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對能量本質的探究和猜想

    一.前言

    能量是我們的宇宙,我們的世界,我們的生活中的一個重要組成部分。它表現為多種形式,而這些能量可以在不同形式間進行相互的轉化,可以說不同形式的能量是一致的。但是對於這些不同形式的能量,我們並不能確切的知道它是如何進行轉化,這主要是因為我們並不知道能量到底是什麼樣子的,在我們的概念中能量是一種看不見,摸不到只能通過溫度感受到的「玄而又玄」的東西。但我相信,能量必然具有某種特定的結構,並且以某種特定的方式在不同的物體之間作用和轉化,那麼就有必要從已有的知識對能量的構成進行研究,哪怕只是猜想,也有它的意義。

    這份報告以探究的方式,從一個問題開始深入物質的結構和運動,以觀察能量在物質的構成和運動中所起到的作用,最後得出結論並以結論為基礎進行一些猜想和總結。本報告的結構如下:

    二.能量的定義

    一般我們將能量定義為度量物質運動的一種物理量,用來表示物質做功的能力。

    從更專業的角度來說:

    能量是物理學中描寫一個系統或一個過程的一個量。一個系統的能量可以被定義為從一個被定義的零能量的狀態轉換為該系統現狀的功的總和。一個系統到底有多少能量在物理中並不是一個確定的值,它隨著對這個系統的描寫而變換。

    舉一個例子而言,我們觀察一個質量為1kg的固體的能量:

    ·假如我們在研究經典力學而只對它的動能感興趣的話,那麼它的能量就是我們要將它從靜止加速到它現有速度所加的功的總和。

    ·假如我們在研究熱學而只對它的內能感興趣的話,那麼它的能量就是我們要將它從絕對零度加熱到它現有溫度所加的功的總和。


    ·假如我們在研究物理化學而只對它所含有的化學能感興趣的話,那麼它的能量就是我們在合成這個固體時對它的原料加入的功的總和。

    ·假如我們在研究原子物理而只對它所含有的原子能感興趣的話,那麼它的能量就是我們從原子能為零的狀態對它做功、使它達到現在狀態的功的總和。

    當然我們也可以用反過來的方法來定義這個固體所含的能量,舉兩個例子:

    ·該固體的內能是將它冷卻到絕對零度所釋放出來的功的總和。

    ·該固體的原子能是將它所含的所有的原子能全部釋放出來的功的總和。

    等等。

    可見,能量雖然是一個非常常用和非常基礎的物理概念,但同時也是一個非常抽象和非常難定義的物理概念。所以一般在常用語中或在科普讀物中能量是指一個系統能夠釋放出來的、或者可以從中獲得的、可以相當於做一定量的功。比如說1千克汽油含12千瓦小時能量的話,那麼是指假如將1千克的汽油中的化學能全部施放出來的話可以做12kwh的功。但是這個概念卻在不經意間誤導了很多人,即以為能量和功一樣是由人類定義出來而不是真實存在的,這樣就否認了能量的物質性。出現這樣的錯誤是情有可原的,因為,能量實在是太過「虛無」,它一般蘊涵在物體中,難以分離和觀察,人們只能以間接的方式來研究。功便是這樣一個產物,通過做功,勢能、動能、內能、電能等可以互相轉換,從這個角度應該明確功為能量轉換的一種量度。能量和功是不相同的概念。

    三.物質與能量的統一

    常見的能量形式有機械能、化學能、內能、電能、原子能、光能。我們已經知道在一定的條件下它們可以相互轉化,比如摩擦可以生熱,燃燒產生熱,電燈泡發熱,以及原子彈爆炸放熱便分別是機械能、化學能、電能、原子能轉化成內能的表現。如果較為精確地測量,就會發現在這些轉化中能量既沒有被創造也沒有被消滅,它只是從一種形式轉化成另一種形式。這便是能量守恆定律。與之對應的是質量守恆定律,即物質既不能被創造也不能被消滅,化學變化只能改變物質的組成。

    1。困惑科學家的問題

    但是科學家們在研究中曾經遇到一個使他們感到無比迷惑的問題:原子核的質量小於構成它的粒子的質量的和。這的確很奇怪,因為這個問題說明整體的質量小於局部的質量。

    比如氦的原子核就輕於



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