能量究竟是什么东西?它是怎么来的?

2017年08月12日 16:48科学认识论 责任编辑:满堂春

  爱因斯坦那著名的质能方程E=mc²,可谓是人人皆知,简洁明了,通俗好记,而且科研意义极高!但是人们通常只是明白质能方程代表一个物体也可以具有巨大的能量,而不明白这能量是怎么来的? 甚至产生了“能量构成了物质”这样的认知偏差,笔者选择最简单通俗的语言描述能量的发展史!

能量究竟是什么东西?它是怎么来的? 

  当我们一睁眼看见世界,各种各样的汽车跑在大街上,风吹草动到处可见。世界无时就无刻都处在运动之中,所以世界的运动就是绝对的,而物理就是一门量化运动的学科。

  如果没有数学,没有量化,我们看见一个人在那跑步,只会哇哇乱叫,只有快慢的感觉,而没有速度的概念,所以就无法精确地表达出运动的快慢! 而一开始,人们先通过头脑中的时间和空间的原始概念量化出了速度! 空间距离除以时间间隔就是速度大小!

  之后人们还发现,运动这玩意并不是匀速直线的,还有越来越快(慢)的现象,那么此后人们就又引人新的概念——加速度,用来描述运动越来越快的现象。

  就这样,人们在很长的一段时间里,只能用速度和加速度的概念来认识运动现象!直到伽利略以及此后的牛顿出现,他们认为,只用速度和加速度描述世界的运动太片面了!胖子1秒可以跑2米的距离,瘦子也可以跑2米的距离,所以他们的运动速度都是2m/s,难道他们的运动是一样的? 因为当初只能用速度和加速度描述运动,所以并不能区分开胖子和瘦子的运动差别,那么当我们在运动中引入质量,就可以区分开来胖子和瘦子的运动了!

能量究竟是什么东西?它是怎么来的? 

  所以此时的力就是加速度和质量的乘积。即便胖子和瘦子的加速度一样,那么他们的运动也是不同的,因为力不同啊!

  此后莱布尼茨发现了一个秘密,一个人把1千克的东西举高4米,和把4千克的东西举高1米,好像难度是一样的。这里面貌似有种守恒量呢?

  此后的托马斯·杨,才终于发明了能量的概念。把能量规定为力和距离的乘积!能量=Fx(F是力的符号,x是位移的符号)。这样对能量的定义,就可以把莱布尼茨的小秘密囊括其中了!

能量究竟是什么东西?它是怎么来的? 

  能量的一个表达式是力和位移的乘积,那么力又是质量和加速度的乘积,加速度又是速度变化量和时间的比值,而速度又是空间和时间的比值!所以能量归根结底就是:时间,空间和质量的结合!不管是热能,核能,电能,风能,最本质的就是由时间,空间和质量组成的量化运动转化的工具。所以这也是各种能量直接可以相互转化的一种解释!

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