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談能量

能量是什麼？

2018/05/25   維加斯新聞報
晏成和

    前兩篇文章，談到了二氧化碳已經是穩定的最低能量狀態，所以不能夠繼續燃燒；談到了動物呼吸表面上看是個生物學的現象，然而這個現象背後的推手、始作俑者是在呼吸中獲得了能量。
    能量是當今社會最常用的詞。能量，看不見、摸不著，但又無所不在。
    能量卻是現代科學的重要概念、廣泛運用，充斥在當今全部物理學理論中，但是我們的物理學卻不能解讀能量是什麼。能量，這無所不在的物理概念已經使現代物理理論陷於“不知所云”的囧地，卻仍然在廣為傳播。
 
    在中學我們就學了各種形式的能量——動能、勢能，電能、化學能太陽能；學習了能量轉換、能量守恆。能量是什麼，能量是怎樣轉換？能量為什麼會守恆？一直是困惑科學界的自然之謎。
 
    在此，要探討能量，我們首先從看得見的能量——動能、勢能談起。
    飛馳的火車具有動能、瀑布上游的水攜帶勢能，遊樂場上的過山車是勢能、動能轉換的絕佳體現。由此我們發現：動能是物體（質）運動所蘊含的能量；勢能則是蓄勢待發、將要運動，我們能明確知道勢能物質將要運動的方向，二者在運動中相互轉換，宏觀能量告訴我們：能量與運動及運動趨勢密切相關。
 
    在微觀，能量也與運動密切相關，最明顯的是電能。電能來自電流——電子的（宏觀）運動。電壓——電動勢、確立了電子將要運動的方向，在電壓作用下，電子運動形成電流、形成了電能。很明顯，電子的運動攜帶了電能，電子的運動是電能的載體。電能可以與熱能、化學能、光能等相互轉化，那麼，這各種微觀能量也應該與電子運動相關。
我們知道，物質內最活躍、最明顯運動的是核外電子，那麼“物質內電子的運動會不會是這各種微觀能量的載體？”這是一個邏輯明析的思維方向，我們的探索當然應該由此深入。但是，這合情合理的思路卻遇到了不可逾越的障礙。
 
    一百年前，有牛人提出了核外電子的運動是無規律的“電子雲”。後來學者虔誠奉行，使之成為理論。之後的量子物理的波、粒二象性理論、測不准原理，強化了電子運動不可知論，還論證說：粒子的運動是測不准的，探討單個粒子的運動沒有意義，研討電子的運動線路、速率是不懂量子力學、是低級、幼稚，是陳舊的經典思維。由此，強迫劃界了科研禁區，建立了思想囹圄。於是，無人敢（也無法）把精確守恆的能量與這“如煙似霧”的電子運動進行邏輯聯繫，學界忌諱探討核外電子的規律運動，使能量的探索沒有了方向。
 
    熱力學不敢探討“熱”與核外電子速率之間的關係，天天看見火光，也不敢有熱、光與電子運動的物理聯想。只能依據宏觀的布朗運動把熱定義在分子級別，說“熱是大量分子無規則運動的表現”。這一統計學理論已經流傳久遠。現在不妨進行一點推敲：任何物質分子的品質都是電子品質的3600倍以上，如果電子是只皮鞋，分子則是一輛卡車。電能轉換成熱能，按分子熱學，是電子的運動造成了分子的無規則振動——扔一隻皮鞋，打得大卡車晃悠？這天方夜譚的理論，在教科書上忽悠了近兩百年。
 
    在拙博《熱是什麼？》談到在火光中發現：物質溫度高時核外電子速率高、躍遷發出高頻光波；反之，溫度降低時電子速率下降、躍遷發出光波的頻率隨之下降。核外電子的運動速率隨溫度有規律地變化，物質吸熱溫度高——核外電子速率升高。這是一個被當今物理忽略的重要細節。
    （實驗及研討過程請看我新浪博文1、熱是什麼？溫度一）
     由此論證：溫度——電子的運動速度；熱能——核外電子的動能。回答了熱是什麼，把熱與核外電子運動之間建立關聯。高溫物質向外輻射電磁波（光線、紅外線）並降低自身溫度；低溫物質接受輻射加快核外電子速率——提升溫度。在事實的基礎上把熱能與核外電子相應的運動建立了邏輯聯繫，順帶也論證了熱力學第二定理。
 
    《物理化學》探討化學能，但忌諱涉足物質電子的規律運動，無奈之下製造了“焓”“熵”這樣貌似高深又不能自圓其說的新名詞。使化學能變得很玄，為什麼氧有焓、碳有焓，燒成二氧化碳熵就大增、焓就沒了，焓藏在物質中的哪裡？它又是怎樣逃跑了？脫離電子規律運動與能量的內在實際聯繫，編造抽象的新詞使物理學陷入迷茫。對電子規律運動的回避、對核外電子速率的回避，回答不了人為什麼要呼吸？也回答不了孩子的天問：奔跑之後為什麼要大口喘氣。
編造新詞、禁錮思維、只能使近代物理的研究失去了方向，種種奇怪的理論造成了科學幾十年的沉寂。
（關於化學能、生物能請看我的博文，核外電子與化學（3））
 
     億萬年來，太陽的輻射（光能）加速了地球上的核外電子，通過光合作用，形成了核外電子速率較高的碳氫化合物——植物、動物（生物能）、還有氧氣。億萬年後形成了煤炭、石油，這些物質的核外電子速率仍然很高（富含化學能）。今天，我們開採了這些碳氫化合物，利用它們核外電子的部分速率，與氧化合、燃燒，推動了汽車、火箭。由-化學能-熱能-機械能-動能，自然的法則就是這麼和諧簡單。
 
    核外電子本來就在繞核運轉著，電子品質不大、速率卻很高，大自然用電子的運動速率攜帶能量，用電子的運動方式的不同實現能量轉換（見下表）。因為轉換前後的能量都是電子的運動，由一種電子運動形式傳遞、轉換成另外的運動形式，所以總量不變——能量守恆。
 
    熱能
    核外電子運轉速率的動能
    化學能
    物質內具有較高速率的核外電子的動能
    光能
        核外電子躍遷輻射的電磁波
    電能
    電子在電壓作用下宏觀運動的動能
    機械能
    核外電子的動能轉換的宏觀表現
    生物能
    核外電子的動能在生物體內的體現
  
    思想衝破“電子雲、測不准”的禁錮，關注核外電子的規律運動，能量問題迎刃而解，能量的天問就有了回答：物質能量是電子規則運動的動能，能量蘊含在電子規律運動的速率之中，能量由電子的運動進行傳遞、轉換。
除了核能，（我的文章不涉及核內，因為我不太懂）所有的能量都是核外電子運動的宏觀表現，各種能量的存在和相互轉換都與核外電子的運動密切相關。
 
    探討核外電子有規律的運動，揭示了物質能量的內涵，表中這些能量都是核外電子的動能，核外電子的不同運動就是能量在物質間轉換、轉移、貯藏並且守恆的內在原因；核外電子規律運動是能量轉換、守恆的紐帶。
能量為什麼會守恆？能量為什麼能在物質之間轉移、能量的形式為什麼能相互轉換？其內因就是核外電子的運動。核外電子的運動方式、運動速率、運動的動能，是獨立呈現的熱能、光能、化學能、生物能存在相互聯繫的內在原因；核外電子的規律運動，是能量轉換、能量守恆的內在原因。