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对能量本质的探究和猜想

    一.前言

    能量是我们的宇宙,我们的世界,我们的生活中的一个重要组成部分。它表现为多种形式,而这些能量可以在不同形式间进行相互的转化,可以说不同形式的能量是一致的。但是对于这些不同形式的能量,我们并不能确切的知道它是如何进行转化,这主要是因为我们并不知道能量到底是什么样子的,在我们的概念中能量是一种看不见,摸不到只能通过温度感受到的“玄而又玄”的东西。但我相信,能量必然具有某种特定的结构,并且以某种特定的方式在不同的物体之间作用和转化,那么就有必要从已有的知识对能量的构成进行研究,哪怕只是猜想,也有它的意义。

    这份报告以探究的方式,从一个问题开始深入物质的结构和运动,以观察能量在物质的构成和运动中所起到的作用,最后得出结论并以结论为基础进行一些猜想和总结。本报告的结构如下:

    二.能量的定义

    一般我们将能量定义为度量物质运动的一种物理量,用来表示物质做功的能力。

    从更专业的角度来说:

    能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值,它随着对这个系统的描写而变换。

    举一个例子而言,我们观察一个质量为1kg的固体的能量:

    ·假如我们在研究经典力学而只对它的动能感兴趣的话,那么它的能量就是我们要将它从静止加速到它现有速度所加的功的总和。

    ·假如我们在研究热学而只对它的内能感兴趣的话,那么它的能量就是我们要将它从绝对零度加热到它现有温度所加的功的总和。


    ·假如我们在研究物理化学而只对它所含有的化学能感兴趣的话,那么它的能量就是我们在合成这个固体时对它的原料加入的功的总和。

    ·假如我们在研究原子物理而只对它所含有的原子能感兴趣的话,那么它的能量就是我们从原子能为零的状态对它做功、使它达到现在状态的功的总和。

    当然我们也可以用反过来的方法来定义这个固体所含的能量,举两个例子:

    ·该固体的内能是将它冷却到绝对零度所释放出来的功的总和。

    ·该固体的原子能是将它所含的所有的原子能全部释放出来的功的总和。

    等等。

    可见,能量虽然是一个非常常用和非常基础的物理概念,但同时也是一个非常抽象和非常难定义的物理概念。所以一般在常用语中或在科普读物中能量是指一个系统能够释放出来的、或者可以从中获得的、可以相当于做一定量的功。比如说1千克汽油含12千瓦小时能量的话,那么是指假如将1千克的汽油中的化学能全部施放出来的话可以做12kwh的功。但是这个概念却在不经意间误导了很多人,即以为能量和功一样是由人类定义出来而不是真实存在的,这样就否认了能量的物质性。出现这样的错误是情有可原的,因为,能量实在是太过“虚无”,它一般蕴涵在物体中,难以分离和观察,人们只能以间接的方式来研究。功便是这样一个产物,通过做功,势能、动能、内能、电能等可以互相转换,从这个角度应该明确功为能量转换的一种量度。能量和功是不相同的概念。

    三.物质与能量的统一

    常见的能量形式有机械能、化学能、内能、电能、原子能、光能。我们已经知道在一定的条件下它们可以相互转化,比如摩擦可以生热,燃烧产生热,电灯泡发热,以及原子弹爆炸放热便分别是机械能、化学能、电能、原子能转化成内能的表现。如果较为精确地测量,就会发现在这些转化中能量既没有被创造也没有被消灭,它只是从一种形式转化成另一种形式。这便是能量守恒定律。与之对应的是质量守恒定律,即物质既不能被创造也不能被消灭,化学变化只能改变物质的组成。

    1。困惑科学家的问题

    但是科学家们在研究中曾经遇到一个使他们感到无比迷惑的问题:原子核的质量小于构成它的粒子的质量的和。这的确很奇怪,因为这个问题说明整体的质量小于局部的质量。

    比如氦的原子核就轻于



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