能量的本質與表現

太陽之愛 2011-04-02

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作者天津濱海新區李新民

能量儲存在物質運動中，或是儲存在系統中，或是儲存在電磁波的運動中。能量在經典力學和熱力學中處于中心位置，也是自然科學最基礎的概念。運動著的物體和受力作用的物體都儲存著能量，機械能就是物體動能和勢能的儲存，機械能的釋放就是物體動能和勢能的釋放。一個質量為m，速度為v，高度為h的物體其動能是，勢能是E=mgh 。機械能，化學能，電磁能和輻射能等各種能量之間相互轉化與傳遞的發現奠定了能量守恒定律。各種能量之間相互轉化與傳遞是通過物體對外施加力或做功的形式表現出來的。我們知道，做功必須是一個物體對另一個物體施加作用力才能將力和能量傳遞或轉化為其它形式的能量，這個物體必須和另一個物體進行接觸才能進行力和能量的傳遞，才能將能量轉化為形式。機械能是動能和勢能的儲存，機械能的釋放是動能和勢能的釋放。機械能的釋放是做功大小的表現，是作用力的傳遞，是動量的傳遞。動量P與力F必須是運動體之間的接觸才能傳遞。因為一個運動物體是不攜帶力的，機械能只能是動量的儲存，機械能的傳遞與釋放也只能是動量傳遞與釋放。能量不是一種客體的物質存在形式，能量通過物體之間的接觸，傳遞動量，產生作用力，然后將作用力進行傳遞。一個外力作用物體，這個外力就做功；能量的大小是做功大小的表現。能源，燃料等不是機械能的儲存，就是電磁能的儲存，通過破壞物質結構就能將物質中儲存的機械能和電磁能釋放出來。機械能，熱能，化學能，電磁能，輻射能等各種形式的能都是機械能和電磁能不同層次的表現。物體能量的傳遞是動量的傳遞，動量傳遞產生相互作用力，也產生力的傳遞；而這些傳遞是經過物體之間的接觸才能進行，即力的產生和傳遞必須經過運動客體之間的接觸才能完成。

力是什么？這個問題在科學中沒有任何答案。物理學中，力是一個沒有定義的，約定成俗的概念。兩個運動的物體接觸才能產生作用力和反作用力，對物體施加力產生運動，對運動的阻礙產生力，孤獨運動的物體不攜帶力的，孤獨運動的物體只攜帶動量；對孤獨運動的物體阻礙就會對阻礙物做功，釋放和傳遞能量，即動量的傳遞與釋放產生能量，能量是動量變化程度的度量。

F=ma (1)

EK=1/2mvv (2)

E= mgh (3)

P=mv (4)

能量的導數是動量，度量P的導數是F。能量的轉化與釋放——>度量的轉化與釋放——>力的產生于傳遞。能量的本質是度量的儲存與傳遞，力的本質是動量的釋放與傳遞。傳遞動量產生力，也就傳遞能量；消耗力也就消耗能量。例如，一個推一輛重車的人，不管他是否推動車，他都消耗體力了，也消耗能量，也將力和能量傳遞給車了。

在熱力學中，流入的熱量Q與系統對外所做的功W，涉及的是系統與環境的能量交換（熱量交換）。當能量（熱量）Q注入系統，Q取正號，這時W表示對外做的功。如果經歷一個循環，回到初態，那么Q=W。若系統不從環境（外界）吸收能量就不會對外做功傳遞能量。我們知道熱力學中四個態函數，壓強P，體積V，溫度T，內能U恰好分兩組，P與T屬于所謂的“強度量”；V與U屬于所謂的“廣延量”。強度量是反映系統能量大小的一個重要指標，廣延量是反映系統狀態的指標。能量的轉化與釋放是強度量的轉化與變化。有熱就有膨脹，有膨脹就有能量；溫度越高膨脹力越大，壓強也就越大。熱的本質是電磁波。在物質結構中和熱力學系統中，存在的熱就是電磁波。電磁波頻率越高，能量子密度越高，系統的溫度就越高，系統的膨脹力（壓強）也就越大。系統中充滿了氣體分子或液體分子，在分子之間充滿了一定密度的電磁波。電磁波能量子的膨脹力作用于分子，使分子運動速度加快，表現為：溫度升高分子熱運動加快，熱的本質是電磁波；熱分子運動不是熱的本質是熱的表現形式之一。熱的傳遞是能量子膨脹力的傳遞；熱的釋放是能量子膨脹力的釋放。系統溫度高，壓強就大，能量子密度就高，系統的膨脹力就大，系統的能量就多。熱力學第一定律是系統膨脹力傳遞與轉化的能量守恒定律；熱力學第二定律是系統膨脹力傳遞方向的規律，也就是電磁波能量子膨脹擴散方向的規律。系統膨脹力對外做功表現為能量的釋放。以上我們討論了兩種運動攜帶的能量形式：1運動物體攜帶動量通過接觸作用，表現為釋放或傳遞能量；2電磁波能量子攜帶膨脹力，可以直接進行力的傳遞和釋放，表現為能量的傳遞與釋放。兩種能量與兩種力的形式歸納如下：

1 運動物體之間進行動量傳遞才產生力和能量

2 電磁波能量子自身就攜帶力和能量

3 力是通過接觸才能進行傳遞和轉化，不管這個力是什么力

3 能量也是通過接觸才能進行傳遞和轉化

4 力的原函數是動量；動量的原函數是能量。

5 力的定義：力是動量的導數，兩個運動客體接觸作用才能產生和傳遞力的，對客體施加力而運動，運動體受阻礙產生力。

6 物體之間的力是通過相互作用才能產生，電磁波能量子自身就攜帶膨脹力，這是物質與電磁波的本質區別。

7 電磁波的能量是膨脹力的儲存與釋放

8 電磁波是能量和膨脹力快速衰減的運動，光是電磁波的一種，因此，光的傳播時間和距離是有限的。

9 光是光子膨脹力衰減的運動。在波射線方向，后方的光子依靠膨脹力推動前方的光子前進，形成光的運動。光依靠膨脹力運動光就應該是加速的運動；由于真空不空，真空存在基態電磁波和CMB，真空對光速有阻尼作用。當光的膨脹力小于阻尼力時，光作減速運動。

10 既然電磁波是能量子自由膨脹的運動，那么能量子一定會衰減到無膨脹力，無能量。無溫度的基態形式——基態電磁波

熵概念的引入可謂石破天驚，熵能之爭誰執牛耳一直存在爭論。存在：能量是宇宙的主宰，而熵是影子與熵相當于企業的經理，能量相當于簿記員，兩種對立的看法。

S=a/TV (5)

△S=a/T△V (6)

式中S是熵， △S是熵增量，a是系統中電磁波能量子的密度，T是系統的溫度。V是系統的體積，△V是系統體積的膨脹量。（5）和（6）的證明與推導及a/T是一個普適的常量，見文章最后列出的參考文章。系統膨脹，系統的體積就增大，a和T都減小，而比值a/T不變。將（5）式變換得

S=aV/T (7)

(7)式中的aV是系統中電磁波能量子的總量。由于系統中電磁波的總量不變，系統體積膨脹，體積增大。溫度就降低，（7）式中的熵必然增大。熵增方向代表電磁波的膨脹方向，也就是熱力學第二定律的方向。熵增導致能量貶值，這也是熱力學第二定律的關鍵所在，其在生產實踐中的重要意義亦在于此。能量是做功大小的度量，熵是能量貶值程度的度量。

能量是從科學基礎一直到科學前沿的最基本最中心的概念，整個科學就是能量和相互作用力關系的學問。能量是科學出現頻率最高的詞之一，用的最廣泛最濫的詞，也是科學最模糊，最模棱兩可的概念。在基礎力學中，能量被定義為運動的儲存——動能和勢能的儲存。在化學中，化學能是分子動能和勢能的儲存。到了相對論，量子力學，量子場論和科學前沿，能量就變成了一種客體存在物了。基礎力學和化學的能量是對系統作功的表現——作功大小的度量，這時的能量是一個描述物理量。而到了相對論，量子力學，量子場論和科學前沿中的能量就變成了：能量是物質的一種存在形式，如質能轉換，暗能量，真空能量，負能量，宇宙常數，反物質等。也就是說從相對論誕生以來物理學延拓出來的能量概念是不加定義的，是科學家隨意濫用的。運動儲存能量，力也儲存能量，能量是運動和力釋放大小的度量。能量雖然是一個常用和非常基礎的物理概念，但同時也是一個往往被科學家忽略的，想當然的物理量。科學家往往把生活中的經驗和感受帶進物理學，不加思索地認為能量就是作功的一種物質存在形式，如能量有膨脹性。并認為有能量的物質存在它就永遠能作功。如果是這樣，我們可以問：暗能量，真空能量只要存在就永遠作功，而作功就要消耗力，那么能量物質（暗能量，真空能量）永恒不變的力是從那里來的？能量是科學最基礎的概念，如今科學家則把它當做一個最簡單，最容易，想當然的不用定義的物理概念。暗物質，宇宙大爆炸理論，反物質，質能轉換，真空產生粒子，上帝粒子等都是在科學家愚蠢到不知道能量是什么的情況下產生的奇談怪論。

能量到底是一種物質存在形式還是一種對運動過程的描述或度量？科學是建立在能量和力這兩個概念的基礎之上的，如果科學放棄或不認真對待能量的定義（本質），那么科學就無法真實地反映客觀世界。我們知道運動體作用于它物體，對它物體作功，表現為能量；同時力作用于它物體也作功，也表現為能量。而力是有運動接觸他物體，才能表現的。即力是一個運動物體作用于它物體的表現。這樣來說，力也是相互作用的運動物體表現出來的，即力也是一個描述物理量。因此我們得到：運動是本質，能量和力是運動的表現和描述。我們可以將運動稱為存在物理量，將力和能量稱為描述物理量。客觀運動表明：微觀物質粒子無不是處在高速的加速運動中。電子繞原子核高速運轉，質子在原子核作高頻振動，電子和質子還在高速的自旋。根據牛頓第二定律，所有物質粒子的加速運動都有一個外力作用于粒子上。現代科學堅持認為：物質是客觀的唯一存在，宇宙是物質組成的。如果宇宙是物質組成的，宇宙中的物質粒子又都處在不停地加速中，那么作用于物質粒子產生加速度的所有的外力必定不是自身提供的，必定存在一個外力作用于物質，使物質產生加速運動。即一定存在一種不同于物質的運動形式的運動體，不需要外力提供的運動體。也就是說客觀存在的運動體有物質和非物質之分。這是對能量認識清楚帶來的重大發現，是具有里程碑意義。

我們現在討論運動和力的關系，在基礎力學中，運動和力的一些關系沒有討論。力：一個物體作用于另一個物體，另一個物體才能感到力的作用。也就是說一個物體的力傳給另一個物體，它們必須接觸作用才能進行傳遞。兩運動物體接觸作用或碰撞，由于兩物體運動速度不同，兩物體接觸作用就會產生給對方的作用力。例如甲物體對乙物體運動有阻礙作用，乙就產生一個力作用于甲物體，甲也產生一個反作用力作用于乙。這說明：物體之間產生的力是一個運動物體對另一個運動物體的阻礙產生的，并且力是通過接觸從一個物體才能傳遞到另一個物體。到此我們得到的結論是：運動產生力，力是通過物體的接觸傳遞的。另外根據牛頓第二定律：物體要運動和物體的加速運動，必須有外力作用物體，而力傳遞到另一個物體需要運動才能產生。這樣我們得出：運動產生力，力又傳遞運動。力和運動的關系只在物質身上表現顯然是荒謬的。我們正是用力和運動的形式推論非物質的存在，并以此劃分物質和非物質的。物質運動是軌道運動，自旋和振動；物質運動需要有一個外力支持；物質運動的傳遞就是運動的多米諾效應，這是物質的性質。于此不同的就是非物質，非物質要求1支持運動的力不是外力，是內部力（膨脹力）。2運動不是軌道運動，不是自旋運動和振動運動，而是其他運動形式。在自然界中，熱輻射波，光等各種電磁波具有熱膨脹運動，它們符合非物質這兩個要求。

以上我們通過科學結果，物理定律和邏輯推理證明了非物質的存在的同時，還證明 1運動產生力，力又傳遞運動。2物質之間傳遞力必須通過接觸才能傳遞。有力作用于物體就會對物體作功，表現出能量的性質。由于運動又產生力，運動作用于物體也能對物體作功。因此物質能量是力和運動的儲存。由此我們得出：電磁波的能量是能量子力膨脹力作用的表現；物質的能量是動量的儲存，釋放與傳遞。運動是客觀存在的，力和能量是它們作用的表現形式，運動是本質，力和能量是形式；運動是本質，力是比能量更基本的物理概念。通過以上分析我們發現了不同于物質運動形式的非物質運動存在，通過客觀運動形式的不同表現，我們就可以將客觀運動劃分為物質運動和非物質運動。如果我們不進行這樣的劃分，把運動的都看成是物質運動，我們將永遠會被運動困惑著。

能量的本質搞清楚了——能量是運動的儲存。不論是物質還是非物質，運動的儲存量不可能是無限大的，也不可能永恒地釋放運動。即物質儲存的能量是有限的，非物質膨脹運動的膨脹時間也是有限的。又此可推論1：光是非物質，光的傳播距離和運動時間是有限的。推論2：光和熱輻射波等電磁波運動到一定時間會停止運動，變成一種它們的基態形式——基態非物質。推論3：光和熱輻射波等電磁波不可能一直由星體產生，即物質不可能產生非物質，不然宇宙很快就會消亡的，因此宇宙一定會有產生光和熱輻射波等電磁波的“源泉”。即光和熱輻射波等電磁波和它們的基態形式是相互轉換的。推論4：熱輻射波等電磁波形式和基態非物質的相互轉換不可能是自動的，一定是在物質的參與下完成的。推論5：物質運動是在參與光，熱輻射波等電磁波和它們的基態形式相互轉換的非物質運動中產生的。從以上五個推論我們不但給科學一個堅實的基礎，同時能描繪出宇宙的真實畫面。

參考文章

《能量是科學最模糊概念》http://188189189.blog.163.com/blog/static/134391435201117911724/

《熵能之爭誰執牛耳》

http://188189189.blog.163.com/blog/static/13439143520106123212789/

《光的本質和性質》

http://188189189.blog.163.com/blog/static/13439143520110116243956/

《幾個基本物理概念的本質》

http://188189189.blog.163.com/blog/static/1343914352010043272110/

《熵的本質揭秘》

http://188189189.blog.163.com/blog/static/134391435201004409331/

《宇宙“熱寂”的終結》

http://188189189.blog.163.com/blog/static/13439143520100233737378/