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“能量”是什么?在日常生活中 , 我们有时候把它看成是力气 , 比如我没能量了;也有时候将其比作营养成分 , 比如我需要补充能量;还有时候比作精神状态 , 比如怎么看上去一点能量也没有 。 这么多意思 , 其实都是“能量”这个词本意的延伸 , 那在物理学上 , 能量又是如何定义的呢?
百科上对能量的解释非常的学术 , 在不同物理环境中给出的定义看上去完全不同 , 一般人看了根本不知道是啥意思 。 比如“能量是对应于时间平移对称性的守恒量” , 又比如“能量的本质是物体运动状态中的一个守恒量” 。 很明显 , 这些定义都很正确 , 但普通人听完只会有一个感觉:这根本不是人话 。
以上的解释 , 需要对物理学有深刻的理解才能明白 , 对一般人而言实在是空洞且无聊 。 那我们该如何通俗地理解“能量”一词呢?
首先 , 无论是唯心主义还是唯物主义 , 我们都可以设置一个前提 , 相信我们的世界是物质的 , 那就是说物质就是我们这个世界的客观实体 。 学过中学物理的都知道 , 物质有一个特征 , 那就是:所有物质都处于运动状态 。 至于为啥运动 , 这个没人说得清楚 , 科学家争论了几百年也没有什么结论 , 你要是刨根问底 , 那就得问上帝了 。
物质有这几种状态 , 静止、匀速直线运动和加速运动 。 因为可以随意转换参考系 , 加速运动的存在 , 使得所有物体的运动状态都变成相对的了 。 一辆正在加速的火车 , 这是以大地为参考系 , 但是以这辆火车为参考系 , 那就是大地在加速运动 。 所以有一个结论:静止是相对的 , (加速)运动是绝对的 。
于是科学家们开始研究运动 , 这时候就需要人工引入物理量了 。 就像过去 , 人们没有引入温度的时候 , 就只能说冰块很 冷 , 开水很热 , 但是你无法量化这种感觉 , 而现在我们可以说这杯水太热了 , 足足有90摄氏度 。 运动也一样 , 燃烧的本质是原子间的运动作用 , 其宏观表现就是热能的释放 。
可以这么说 , 热能的微观表现就是粒子间的运动 , 粒子运动得越剧烈 , 其宏观表现出来的温度越高 , 热能就越大 。 热水的热能就是水分子运动的宏观表现 ,光子运动的宏观表现就是光能量 , 部分放射性元素的运动可以变现为裂变 , 也就是核能 。
这些能量形式的本质都是物质的运动 。为了量化这些运动 , 科学家们就引入了一套量化系统 , 这套系统的核心就是“能量” , 运动导致了变化 , 变化赋予了能量 。 假如物质不受外力的作用 , 那么世界就只有静止或者匀速直线运动 , 那么能量这套体系就没有了作用 。
这个宇宙因为运动才有了变化 , 才有了能量 。 不同物质的运动形态因变速运动而发生转换 , 运动转换可以通俗地理解为一种“消费行为” , 物体的能量就可以理解为“金钱” , 假如世界上没人消费 , 那金钱就没有存在的意义了 。
有人可能会问 , 那为什么不同形式的能量可以相互转换呢?比如势能可以转化为动能 , 完全不同形式的能量是如何达到统一的呢?这正是因为所有能量的本质都是物质的变速运动 , 运动的基础就是物质 。 那这时候就有一个脑洞:非物质可以运动吗?很明显我们无法想象出来这种场景 。 能量是一种物理上的度量工具 , 但能量是对运动的描述而非度量 , 能量可以度量的是不同物质运动的相互转换 。
那么这是否意味着:能量只是一个人工发明的物理概念 , 不是实际存在的呢?
想要回答好这个问题 , 我们需要先知道“力”这个东西存不存在 。 有人说力真的存在 , 因为它代表的是物质之间的相互作用 , 而相互作用在宇宙中是客观存在的事实 , 所以力真实存在 , 但是“力”也是人类发明的一个物理概念 。
【“能量”是客观存在的吗,难道仅仅是一个概念?如何通俗理解它】能量也是一样的道理 , 能量是物质之间运动转换的过程 , 而物质运动相互转换是宇宙间客观存在的事实 。 因此 , 我们可以这么说 , 物质运动相互转是客观存在的 , 使用“能量”来量化“物质运动相互转”是人工发明的 。
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