能量是什麼？不談論時大家都懂，談及時全都沉默了 - 愛講古

能量的第一個定義是建立在這樣的基礎上的：能量是做功的能力。

但是，在物理學中，做功的定義並不像在口語中那樣隨意。

相反，功的意思是非常具體的 ... 首頁 > 收藏能量是什麼？不談論時大家都懂，談及時全都沉默了作者：由 老胡說科學 發表于 收藏日期：2021-06-03自旋翻轉能量怎麼計算“科學如此美妙，我想讓你知道”。

親愛的小夥伴，歡迎您點進老胡說科學，今天老胡和大家聊聊到底什麼是能量？說到能量，它實際上影響著我們生活的方方面面。

一個房間的能量含量決定了它的溫度；我們透過各種方式把化學能轉化為動能來運輸物品；我們利用它來烹飪食物；我們體內燃燒的能量是維持生命所必需的。

從運動能量到儲存能量，再到分配或儲存能量，生活中能量無處不在。

但即便這樣，要想定義什麼是能量，也可能是一個非常大的挑戰。

因為當人們談論能量時，他們知道有各種形式的能量（PE，KE…），它可以用它做功，它必須是守恆的，能量和物質是可以互換的，等等。

但是到底什麼是能量？國家點火裝置（NIF）的前置放大器是提高鐳射束進入目標室的能量的第一步。

NIF最近實現了500太瓦的發射——比美國在任何時候都要多1000倍的能量。

儘管我們對能源的使用和應用，它仍然是出了名的難以定義。

物理學可以解釋很多關於能量的問題，但即使是最頂尖的理論物理學家也很難想出一個人人都能接受的定義。

在兩顆中子星的合併過程中，會釋放出大量的能量，還有重元素、引力波和電磁訊號，如圖所示。

在這樣的事件中，有各種各樣的能量型別在起作用，但我們仍然缺乏一個明確的、普遍適用的能量定義。

能量的第一個定義是建立在這樣的基礎上的：能量是做功的能力。

但是，在物理學中，做功的定義並不像在口語中那樣隨意。

相反，功的意思是非常具體的東西：一種力作用於一個物體，它沿著物體移動的方向移動了一定的距離。

如果你用10牛頓的力推動一個盒子，和盒子移動1米的方向相同，你做10焦耳的功。

如果你用10牛的力向相反的方向推動一個盒子盒子移動了1米，你做了-10焦耳的功。

如果你用10牛的力推動一個盒子，垂直於它移動1米的方向，你不做功。

“鐳射旅行”概念是：依靠一個大型鐳射陣列來打擊和加速一個大體積、低質量的航天器。

這有可能使非生命體加速到接近光速的速度，使星際旅行成為可能。

當物體移動一定距離時，鐳射所做的功就是能量從一種形式轉移到另一種形式的例子。

傳統上，所有其他關於能量的定義都依賴於轉化為能量的能力：做功的能力。

能量是由你做功的能力來定義的，但功是指能量從一個源轉移到另一個源。

然而，儘管我們無知，我們還是可以自信地說很多關於能量的事情是沒有爭議的，包括：所有的質量和物質都含有能量它可以被量化我們可以把它以電、化學、熱、聲等形式儲存起來我們可以把它從一種形式轉換成另一種形式我們可以用它來完成一些事情我們既不創造也不毀滅它我們可以生成，計算和測量它的各種形式透過將電子“泵”到一個激發態，然後用一個所需波長的光子對其進行刺激，就可以產生另一個能量和波長完全相同的光子。

這一作用就是鐳射最初是如何產生的：受到輻射的激發。

注意：輸出的輻射加上產生的熱量等於輸入的能量，它是守恆的。

就各種形式的能量而言，真的沒有極限。

如果你有任何能被提取，轉移，或者做功的構型，你就得到了一種新的能量形式。

可以是機械的，電氣的，或化學的；它可以是動態的（移動的）或潛在的（未釋放的）形式；它可以以熱或光的形式存在；它可以是基於粒子的，也可以是基於波的；它可以是經典的，也可以是量子的。

但是能量不能總是被提取出來。

除了所有這些不同的形式，物理學也給了基態的概念：任何量子系統可以達到的最低能量狀態。

這種零點能量不一定等於零能態的經典值，但通常是有限的、非零的值。

例如，處於最低（基態）狀態的氫原子的能量不是零，而是一個更大的值。

21釐米的氫譜線出現在一個氫原子中，它包含一個質子/電子組合和自對準自旋（上）翻轉到反對準自旋（下），釋放出一個特殊波長的光子。

n=1能級的反自旋構型表示氫的基態，但它的零點能是一個有限的非零值。

基態和經典值之間的差異，定義了我們所知道的零點能。

也許是物理學史上最令人震驚的發現，在過去20年裡，對不斷膨脹的宇宙的研究使科學家們得出這樣的結論：空間的零點能量本身不是零，而是一個更大的、有限的值。

記住能量的最初定義：它是做功的能力（沿運動方向施加一個力）。

如果空間本身充滿了某種能量，也就是今天所說的暗能量，那麼它就會產生一個負壓，也就是在一個區域上的力。

如果宇宙在膨脹，這意味著可觀測宇宙邊界的表面積在一定距離內改變。

因此，暗能量確實作用於膨脹的宇宙本身。

提高容器內氣體溫度。

向外的壓力會導致體積的增加，內部分子在容器壁上做功但這怎麼行呢？似乎一個充滿暗能量的宇宙並不能儲存能量。

如果能量密度——單位體積的能量——保持不變，但是宇宙的體積在增加，這不意味著宇宙的總能量在增加嗎？這不違反能量守恆定律嗎？這就是我們開始遇到問題的地方。

你們看，我對你們撒了個小謊，當我說暗能量施加了一種力，在宇宙膨脹的時候對它起作用。

真相更加複雜和違反直覺，但歸結起來就是：在一個不斷膨脹的宇宙中，能量是不守恆的。

事實上，在廣義相對論定律下不斷膨脹的時空中，能量甚至在全球層面上根本沒有定義。

如果你有一個不改變的靜態時空，能量守恆將得到保證。

但是如果空間結構隨著你所感興趣的物體的移動而改變，在廣義相對論中就不再有能量守恆定律了。

以下是兩大要點:當粒子在不變的時空中相互作用時，能量必須守恆。

當時空發生變化時，守恆定律就不再成立了。

如果你重新定義能量，使其包含所做的功，無論是正的還是負的，在它周圍的一小塊空間裡，你可以在膨脹的宇宙中節省能量。

正壓量（如光子）和負壓量（如暗能量）都是如此。

但這種重新定義並不有力，這只是一個數學上的重新定義，我們可以用它來強迫能量守恆。

事實的真相是，在膨脹的宇宙中能量是不守恆的。

按照慣例，我們習慣了膨脹的東西，因為有一個正（向外）的壓力來自於它們內部。

關於暗能量的一個違反直覺的事情是它有一個相反符號的壓力，但是仍然導致空間結構的擴張這讓我們回到了原來的問題。

能量是什麼？據我們所知，能量不可能獨立於粒子或粒子系統而存在。

（甚至引力波也是由被稱為引力子的理論粒子構成，就像電磁波由光子構成一樣。

）能量有多種形式：一些是基本的，一些是派生的。

例如，一個粒子的靜止質量能量，是宇宙中每個粒子固有的。

但是所有其他形式的能量都是相對的。

動能是相對的；電能是相對於其他電荷儲存的；化學能依賴於斷裂和形成化學鍵。

處於激發態的原子比基態的原子具有更多的能量，但這種能量只能透過光子的發射釋放出來。

如果不節約能量，就無法從一種狀態過渡到另一種狀態，而這種能量需要粒子攜帶。

就我們所知，能量不是我們能在實驗室中分離出來的東西，而是物質、反物質和輻射所有屬性中的一個。

能量只能相對於另一種任意狀態來定義。

它完全依賴於組成系統的所有粒子。

自從物理學引入與工作相關的能量定義以來，已經有300多年的歷史了，儘管我們仍然將它用於所有的轉換，但它並不是普遍適用的。

科學是由事實構成的，就像房子是由石頭構成的；但事實的積累與其說是一門科學，不如說一堆石頭是一座房子。

我們一直在談論能量能做什麼，它是如何使用的，它在哪裡出現，以什麼數量出現，以及如何用它來完成無數的任務。

但是一個基本的，普遍的定義仍然是一項我無法企及的成就。

小夥伴們，你們對能量是不是有了重新的認識？歡迎留言討論。

能量定義一個做功宇宙上一篇：「綜合手工」撿回家的貝殼反過來粘在一起，成品太美了下一篇：日本這家企業比六必居開業早，600年長壽秘訣藏一堆圓石頭上面相關文章俗話說“一家兩門出，家衰人不旺”，啥意思老話有道理嗎矽基智慧CEO司馬華鵬：在實驗室“造人”，矽基智慧用人“串聯”起元宇宙的虛擬與現實|超級觀點中國古代詩詞中的宇宙意識：人生代代無窮已，江月年年只相似第二篇：輕鬆掌握JS函式劉慈欣丟擲疑惑：人到底是什麼？誰才有權利來定義人最合適？搜索猜你喜歡家裡裝修選電線，如何根據功率配電線？看看專業老電工的講解！懷孕初期需要做唐篩嗎？這1點準媽媽要知道得到了卻守不住，我寧願一開始就得不到，因為守不住才最可悲張晉就怕蔡少芬說普通話，上熱搜，娘娘說看來有人命不久矣？福建省姓氏源流研究會陳氏委員會第五屆會長辦公會今天舉行