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能量的本质大揭秘  

2011-04-29 02:16:02|  分类: 量子力学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 能量的本质大揭秘

能量的本质大揭秘

 

作者 天津滨海新区李新民     

       物质是什么?是一个混乱的,认识相互对立的物理概念和哲学概念。按照唯物主义观点和定义:物质是客观世界的唯一表现,世界上除了物质之外什么都没有。物质处于永恒的运动之中,物质是运动的物质,运动是物质的运动,运动与物质不可分离;不存在没有物质的运动,也不存在没有运动的物质;无运动的物质和无物质的运动是不存在的。这是一个矛盾的理解和定义,首先物质是什么没有定义。1 如果将客观世界存在的东西定义为物质,则物质可以有不同的存在和运动形式。2 如果将一种客观存在形式定义为物质,则客观世界就不是物质的唯一存在。例如,光和由原子构成的物质存在形式和运动态根本不同,但它们都是客观存在体。如果将存在体定义为物质,则光是物质;如果将由原子构成的物质定义为物质。则光不是物质。科学与哲学概念的混乱和认识的模糊就是由此造成的。科学坚持的把客观一切存在都认为是物质,而又不对物质加以分类和分别定义,只用普通物质与特殊物质加以区别;或者用物质与能量来区别客观存在,而能量更是一个没有定义的,科学最重要,最基本的物理概念(物理学只定义了机械能)。一切科学混乱,科学困扰,科学难题及一切科学神话都是由物质的定义不确切和能量的无定义造成的;科学大乱是对物质和能量认识不清带来的。以物质为研究对象的基础科学,感到最难理解,最难把握,最困惑的又是物质,致使科学不但能造物质,还能创造宇宙。唯物质观的科学,它的指导思想和世界观既模糊又对立,一方面认为物质不灭,运动不灭,另一方面,又寻找质量的起源。我们抛开科学对能量的各种认识,从人们的日常活动来看能量是什么。能量是能源提供的,能源是燃料,热和各种机械运动。燃料的释放热的,热是热力学描述的,提供膨胀力的运动体。机械运动是,一个物体和另一个物体作用后将运动转化为作用力,对另一个物体做功,而产生能量。能量都是对外界力的释放,能量的大小以做功多少度量的,即能量是运动体对外做功大小的度量,不是运动体存在状态物理量。例如,说一个人有多大力气,力气描述不了人任何特征。

       能量至今为止是物理学没有定义而广泛使用的物理概念和物理量;也是最最模糊,物理图像不确定的物理概念;更是滥用的物理量,致使科学思想和认识混乱不堪。能量是做功多少的度量,它必然有储存体。能量不是一种存在体,而是存在体做功的能力。在基础物理学中,只有机械能定义的比较清楚,其他的诸如,化学能,光能,原子能,电能等是比较模糊的概念,除机械能外,物理学中的其他能量是没有定义的而被广泛使用的概念。受之影响,教育工作者,科学工作者,将能量与质量相混淆。狭义相对论给出了质量和能量的转换公式,质量和能量相互转化早已被科学界认定,并成为物理学基础之一。随之而来的,宇宙大爆炸能量,暗能量,负能量,反物质能量,宇宙常数能量,负熵能量等一些没有定义和图像的物理概念相继登场,物理学走向了,茫然,困惑和混乱。能量与能源不同,能源是储存能量的物质; 能放出能量的物质。能量储存在物质运动中,或是储存在系统中,或是储存在电磁波的运动中。能量在经典力学和热力学中处于中心位置,也是自然科学最基础的概念。运动着的物体和受力作用的物体都储存着能量,机械能就是物体动能和势能的储存,机械能的释放就是物体动能和势能的释放。一个质量为m,速度为v,高度为h的物体其动能是H=1/2mvv ,势能是E=mgh 。机械能,化学能,电磁能和辐射能等各种能量之间相互转化与传递是力的传递。各种能量之间相互转化与传递是通过物体对外施加力或做功的形式表现出来的。我们知道,做功必须是一个物体对另一个物体施加作用力才能将力和能量传递或转化为其它形式的能量,这个物体必须和另一个物体进行接触才能进行力和能量的传递,才能将能量转化为其他形式。机械能是动能和势能的储存,机械能的释放是动能和势能的释放。机械能的释放是做功大小的表现,是作用力的传递,是动量的传递。动量P与力F必须是运动体之间的接触才能传递。因为一个运动物体是不携带力的,机械能只能是动量的储存,机械能的传递与释放就运动转化为作用力的传递与释放。能量不是一种客体的物质存在形式,能量通过客体体之间的接触,传递动量,产生作用力,然后将作用力进行传递。一个外力作用物体,这个外力就做功;能量的大小是做功大小的表现。能源,燃料等不是机械能的储存,就是电磁能的储存,通过破坏物质结构就能将物质中储存的机械能和电磁能释放出来。机械能,热能,化学能,电磁能,辐射能等各种形式的能都是机械能和电磁能不同层次的表现。物体能量的传递是动量的传递,动量传递产生相互作用力,也产生力的传递;而这些传递是经过物体之间的接触才能进行,即力的产生和传递必须经过运动客体之间的接触才能完成。物质能量的储存是运动的储存,物质能量的释放是运动转化为作用力的释放;释放能量就是释放力,只有力才能作用其他物体,才能对其他物体做功而释放能量。 光等各种辐射波也是有一定能量,电磁波的能量是携带膨胀力能量子的辐射流。能量子携带膨胀力,能量子的能量是其膨胀力的储存与释放。电磁波的能量是能量子运动转化为力的释放和能量子膨胀力的释放之和。
      力是什么?这个问题在科学中没有任何答案。物理学中,力是一个没有定义的,约定成俗的概念。两个运动的物体接触才能产生作用力和反作用力,对物体施加力产生运动,对运动的阻碍产生力,孤独运动的物体不携带力的,孤独运动的物体只携带动量;对孤独运动的物体阻碍就会对阻碍物做功,释放和传递能量,即动量的传递与释放产生能量,能量是运动转化为作用力的表现。
      F=ma                                         (1) 
   H=1/2mvv                                    (2)
      E= mgh                                       (3)
      P=mv                                           (4)
       能量的导数是动量,动量P的导数是F。能量的转化与释放——>动量的释放与转化——>力的产生与传递。物质能量的本质是动量的储存与传递,力的本质是动量的释放与传递。传递动量产生力,也就传递能量;消耗力也就消耗能量。例如,一个推一辆重车的人,不管他是否推动车,他都消耗体力了,也消耗能量,也将力和能量传递给车了。
      在热力学中,流入的热量Q与系统对外所做的功W,涉及的是系统与环境的能量交换(热量交换)。当能量(热量)Q注入系统,Q取正号,这时W表示对外做的功。如果经历一个循环,回到初态,那么Q=W。若系统不从环境(外界)吸收能量就不会对外做功传递能量。我们知道热力学中四个态函数,压强P,体积V,温度T,内能U恰好分两组,P与T属于所谓的“强度量”;V与U属于所谓的“广延量”。强度量是反映系统能量大小的一个重要指标,广延量是反映系统状态的指标。能量的转化与释放是强度量的转化与传递。有热就有膨胀,有膨胀就有能量;温度越高膨胀力越大,压强也就越大。热的本质是电磁波。在物质结构中和热力学系统中,存在的热就是电磁波。电磁波频率越高,能量子密度越高,系统的温度就越高,系统的膨胀力(压强)也就越大。系统中充满了气体分子或液体分子,在分子之间充满了一定密度的电磁波。电磁波能量子的膨胀力作用于分子,使分子运动速度加快,表现为:温度升高分子热运动加快,热的本质是电磁波;热分子运动不是热的本质而是热的表现形式。热的传递是能量子膨胀力的传递;热的释放是能量子膨胀力的释放。系统温度高,压强就大,能量子密度就高,系统的膨胀力就大,系统的能量就多。热力学第一定律是系统膨胀力传递与转化的能量守恒定律;热力学第二定律是系统膨胀力传递方向的规律,也就是电磁波能量子膨胀扩散方向的规律。系统膨胀力对外做功表现为能量的释放。通过分析我们知道,物质的能量是运动体运动对外转化为力的释放。物质的能量是对外释放作用力大小的度量,是一种强度物理量。电磁波能量除能量子运动对外转化为力的释放外,还有能量子自身的膨胀力对外释放。综上所述,能量分为两种形式,一种是物质运动直接转化的对外作用力,另一种是能量子运动转化的对外作用力和能量子膨胀力之和。从运动的形式和能量的储存与释放来看,物质和电磁波是两种完全不同的运动态,它们内部结构也完全不同,电磁波不属于物质范畴。

       以上我们讨论了两种运动携带的能量形式:1运动物体携带动量通过接触作用,表现为释放或传递能量;2电磁波能量子携带膨胀力,可以直接进行力的传递和释放,表现为能量的传递与释放。两种能量与两种力的形式归纳如下:
1 运动物体之间进行动量传递才产生力和能量
2 电磁波能量子自身就携带力和能量的
3 力是通过接触才能进行传递和转化,不接触表现不了力的存在,不管这个力是什么力
3 能量也是通过接触才能进行传递和转化
4 力的原函数是动量;动量的原函数是能量。
5 力的定义:力是动量的导数,两个运动客体接触作用,运动转化为力的,两个客体通过接触才能将力传递的,对客体施加力而运动,运动体受阻碍产生作用力和反作用力。
6 物体之间的力是通过相互作用才能产生,电磁波能量子自身就携带膨胀力,这是物质与电磁波的本质区别。
7 电磁波的能量是膨胀力的储存与释放 。
8 电磁波是能量和膨胀力快速衰减的运动,光是电磁波的一种,因此,光的传播时间和距离是有限的。
9 光是光子膨胀力衰减的运动。在波射线方向,后方的光子依靠膨胀力推动前方的光子前进,形成光的运动。光依靠膨胀力运动,光就应该是加速的运动;由于真空不空,空间存在基态电磁波和CMB,空间对光速有阻尼作用。当光的膨胀力小于阻尼力时,光作减速运动。;即光是先加速后减速。
10 既然电磁波是能量子自由膨胀的传递运动,那么能量子一定会衰减到无膨胀力,无能量,无温度的基态形式——基态电磁波 。
      熵概念的引入可谓石破天惊,熵能之争谁执牛耳一直存在争论。存在:能量是宇宙的主宰,而熵是影子与熵相当于企业的经理,能量相当于簿记员,两种对立的看法。
    S=a/TV                                           (5)
 △S=a/T△V                                       (6)
式中S是熵, △S是熵增量,a是系统中电磁波能量子的密度,T是系统的温度。V是系统的体积,△V是系统体积的膨胀量。(5)和(6)的证明与推导,a/T是一个普适的常量。系统膨胀,系统的体积就增大,a和T都减小,而比值a/T不变。将(5)式变换得
    S=aV/T                                            (7)
(7)式中的aV是系统中电磁波能量子的总量。由于系统中电磁波的总量不变,系统体积膨胀,体积增大,能量子密度就减小,温度就降低,(7)式中的熵必然增大。熵增方向代表电磁波的膨胀方向,也就是热力学第二定律的方向。熵增导致能量贬值,这也是热力学第二定律的关键所在,其在生产实践中的重要意义亦在于此。能量是做功大小的度量,熵是能量贬值程度的度量。
      能量是从科学基础一直到科学前沿的最基本最中心的概念,整个科学就是能量和相互作用力关系的学问。能量是科学出现频率最高的词之一,用的最广泛最滥的词,也是科学最模糊,最模棱两可的概念。在基础力学中,能量被定义为运动的储存——动能和势能的储存。在化学中,化学能是分子动能和势能的储存。到了相对论,量子力学,量子场论和科学前沿,能量就变成了一种客体存在物了。基础力学和化学的能量是对系统作功的表现——作功大小的度量,这时的能量是一个描述物理量。而到了相对论,量子力学,量子场论和科学前沿中的能量就变成了:能量是物质的一种存在形式,如质能转换,暗能量,真空能量,负能量,宇宙常数,反物质等。也就是说,从相对论诞生以来物理学延拓出来的能量概念是不加定义的,是科学家随意滥用的。运动储存能量,力也储存能量,能量是运动和力释放大小的度量。能量虽然是一个常用和非常基础的物理概念,但同时也是一个往往被科学家忽略的,想当然的物理量。科学家往往把生活中的经验和感受带进物理学,不加思索地认为能量就是作功的一种物质存在形式,如能量有膨胀性,犹如自动燃烧的燃料,并认为有能量的物质存在它就永远能作功,即,科学认为永远有负压强(膨胀)的。如果是这样,我们可以问:暗能量,真空能量只要存在就永远作功,而作功就要消耗力,那么能量物质(暗能量,真空能量)永恒不变的力是从那里来的?能量是科学最基础的概念,如今科学家则把它当做一个最简单,最容易,想当然的不用定义的物理概念。暗物质,宇宙大爆炸理论,反物质,质能转换,真空产生粒子,上帝粒子等都是在科学家愚蠢到不知道能量是什么的情况下产生的奇谈怪论。
      能量到底是一种物质存在形式还是一种对运动过程的描述或度量?科学是建立在能量和力这两个概念的基础之上的,如果科学放弃或不认真对待能量的定义(本质),那么科学就无法真实地反映客观世界。我们知道运动体作用于它物体,将运动转化为作用力,才能对它物体作功,才能表现为能量;同时力也可以直接作用于它物体也作功,也表现为能量。而力是有运动接触他物体,才能表现能量,才能做功的。单独的运动体没有力,只有一个运动物体作用于它物体的才能出现力。这样来说,力是相互作用的运动物体通过接触表现出来的,即力也是一个描述物理量。因此我们得到:运动是本质,能量和力是运动的表现和描述。我们可以将运动称为存在物理量,将力和能量称为描述物理量。客观运动表明:微观物质粒子无不是处在高速的加速运动中。电子绕原子核高速运转,质子在原子核作高频振动,电子和质子还在高速的自旋。根据牛顿第二定律,所有物质粒子的加速运动都有一个外力作用于粒子上。现代科学坚持认为:物质是客观的唯一存在,宇宙是物质组成的,除了物质之外什么都没有。如果宇宙是物质组成的,宇宙中的物质粒子又都处在不停地加速中,那么作用于物质粒子产生加速度的所有的外力必定不是自身提供的,必定存在一个外力作用于物质,使物质产生加速运动。即一定存在一种不同于物质的运动形式的运动体,不需要外力提供的运动体,作用于物质使物质运动,也就是说客观存在的运动体有物质和非物质之分。这是对能量认识清楚带来的重大发现,是具有里程碑意义。
      我们现在讨论运动和力的关系,在基础力学中,运动和力的一些关系没有讨论。力:一个物体作用于另一个物体,另一个物体才能感到力的作用。也就是说一个物体的力传给另一个物体,它们必须接触作用才能进行传递。两运动物体接触作用或碰撞,由于两物体运动速度不同,两物体接触作用就会产生给对方的作用力。例如甲物体对乙物体运动有阻碍作用,乙就产生一个力作用于甲物体,甲也产生一个反作用力作用于乙。这说明:物体之间产生的力是一个运动物体对另一个运动物体的阻碍产生的,并且力是通过接触从一个物体才能传递到另一个物体。到此我们得到的结论是:运动能转化成力,力的传递是通过物体的接触传递的;力作用于物体也能使物体运动。另外根据牛顿第二定律:物体要运动和物体的加速运动,必须有外力作用物体,而力传递到另一个物体需要运动才能产生。这样我们得出:运动转化力,力传递运动。力和运动的关系只在物质身上表现显然是荒谬的,显然还存在使物质运动的外力的非物质存在。我们正是用力和运动的形式推论非物质的存在,并以此将客观存在分物质和非物质。物质运动是轨道运动,自旋和振动;物质运动需要有一个外力支持;于物质不同的就是非物质,非物质要求1支持运动的力不是外力,是内部力(膨胀力)。2运动不是轨道运动,不是自旋运动和振动运动,而是能量子之间膨胀力的传递运动。在自然界中,热辐射波,光等各种电磁波具有热膨胀运动,它们符合非物质这两个要求。
    以上我们通过科学结果,物理定律和逻辑推理证明了非物质的存在的同时,还证明 1运动能转化为力,力能产生运动。2物质之间传递力必须通过接触才能传递。有力作用于物体就会对物体作功,表现出能量的性质。由于运动能又产生力,力只有通过两个物体接触才能产生,因此物质能量是运动的储存。由此得出:电磁波的能量是能量子力膨胀力和能量子运动的储存。 运动是客观存在的,力和能量是运动体间作用的表现形式和度量。运动是本质,力和能量是表现形式。通过以上分析我们发现了不同于物质运动形式的非物质运动存在,通过客观运动形式的不同表现,我们就可以将客观运动划分为物质运动和非物质运动。如果我们不进行这样的划分,把运动的都看成是物质运动,我们将永远会被运动困惑着。
      能量的本质搞清楚了——能量是运动的储存与释放。不论是物质还是非物质,运动的储存量不可能是无限大的,也不可能永恒地释放运动。即物质储存的能量是有限的,非物质膨胀运动的膨胀时间也是有限的。由此得

推论1:光是非物质,光的传播距离和运动时间是有限的。

推论2:光和热辐射波等电磁波运动到一定时间会停止运动,变成一种它们的基态形式——基态能量子。宇宙空间就是基态能量子空间和CMB组成的,电磁波和物质在这个空间运动,相互作用。

推论3:光和热辐射波等电磁波不可能一直由星体产生,即物质不可能产生非物质 ,不然宇宙很快就会消亡的,因此宇宙一定会有产生光和热辐射波等电磁波的“源泉”。即光和热辐射波等电磁波和它们的基态形式是相互转换的。

推论4:热辐射波等电磁波形式和基态能量子空间的相互转换不可能是自动的,一定是在物质的参与下完成的。

推论5:物质运动是在参与光,热辐射波等电磁波和它们的基态形式相互转换的非物质运动中产生的。从以上五个推论我们不但给科学一个坚实的基础,同时能描绘出宇宙空间的组成和宇宙的真实画面。

        能量同压强和温度一样是物理学中的一个强度量,不是广延量,不是描述物体存在状态的物理量。至此能量的秘密彻底揭秘!

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