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能量的本質(zhì)探秘

統(tǒng)一價(jià)值論把社會(huì)科學(xué)的“價(jià)值”概念建立在自然科學(xué)的“能量”概念基礎(chǔ)之上,顯然,要想準(zhǔn)確理解“價(jià)值”的真實(shí)內(nèi)涵,就必須首先準(zhǔn)確理解“能量”的真實(shí)內(nèi)涵,為此,必須對(duì)能量的本質(zhì)做出精確定義。然而,無論是哲學(xué)界,還是物理學(xué)界,至今沒有對(duì)“能量”的本質(zhì)作出統(tǒng)一的、公認(rèn)的、精準(zhǔn)的定義。

一、能量的主要形式1、動(dòng)能

動(dòng)能是物體由于作機(jī)械運(yùn)動(dòng)而具有的能量。它可分為位移動(dòng)能與旋轉(zhuǎn)動(dòng)能兩種,其主要度量單位是:焦耳(或牛頓米)。

2、勢(shì)能

勢(shì)能是指物體(或系統(tǒng))由于位置或位形而具有的能。主要有重力勢(shì)能、引力勢(shì)能和彈性力勢(shì)能等,其主要度量單位是:焦耳(或牛頓米)。

3、化學(xué)能

物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化(化學(xué)反應(yīng))時(shí)釋放或吸收的能量。如干電池和蓄電池的放電是化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能;給電池充電則是電能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。其本質(zhì)是原子的外層電子變動(dòng),導(dǎo)致電子結(jié)合能改變而放出的能量。正負(fù)電子對(duì)湮沒成光子,就是電子的靜能轉(zhuǎn)換成光子的能量。其主要度量單位是:焦。

4、熱能

物質(zhì)內(nèi)部原子分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能,溫度愈高的物質(zhì)所包含的熱能愈大。熱機(jī)是膨脹的水蒸氣把它的熱能變成了熱機(jī)的動(dòng)能。其主要度量單位是:卡。

5、電能

正負(fù)電荷之間由于電力作用所具有的(電)勢(shì)能,可以用電場(chǎng)強(qiáng)度表達(dá)出來,其度量單位是:千瓦時(shí)KWH(即度)

6、輻射能

指光和電磁波的能量(光子的能量),其主要度量單位是:電子伏eV。

7、核能

原子核內(nèi)核子的結(jié)合能,它可以在原子核裂變或聚變反應(yīng)中釋放出來變成反應(yīng)產(chǎn)物的動(dòng)能,其主要度量單位是:電子伏。

各種能量主要度量單位之間的換算關(guān)系如下:

1電子伏=1.602,18×10-19焦。

1焦= 0.2388卡= 0.278×10-6千瓦時(shí)

二、對(duì)于能量本質(zhì)的爭論

“能量”雖然是一個(gè)非常常用和非常基礎(chǔ)的物理概念,但同時(shí)也是一個(gè)非常抽象和非常難定義的物理概念。事實(shí)上,物理學(xué)家一直到19世紀(jì)中才真正開始理解“能量”這個(gè)概念。在此之前,能量常常被與力、動(dòng)量等概念相混。

關(guān)于能量的本質(zhì),有著許多不同的定義,現(xiàn)在列出幾種典型觀點(diǎn)進(jìn)行分析:

1、能量指物質(zhì)做功的能力或比喻人的活動(dòng)能力。這種觀點(diǎn),把“能量”概念轉(zhuǎn)化為“做功”概念,這就需要對(duì)“做功”進(jìn)行定義,還是沒有從概念的源頭上解決問題。

2、能量是質(zhì)量的時(shí)空分布可能變化程度的度量,用來表征物理系統(tǒng)做功的本領(lǐng)。這種觀點(diǎn)需要對(duì)“質(zhì)量的時(shí)空分布”和“可能變化程度”進(jìn)行準(zhǔn)確定義。而且,“質(zhì)量的時(shí)空分布”概念則把簡單的概念問題搞得復(fù)雜了。此外,“做功”只是能量眾多外部特性的一種,而不是能量的本質(zhì)特性。

3、能量是物質(zhì)的基本單元在空間中的運(yùn)動(dòng)周期范圍的測(cè)量。這種觀點(diǎn)需要對(duì)“運(yùn)動(dòng)周期范圍”的新概念進(jìn)行定義,而且“基本單元”作為概念定義的基本要素之一似乎有些多余。

4、能量是四維空間度量的一個(gè)物理量。按照“四維空間與能量本質(zhì)”的觀點(diǎn)認(rèn)為:能量的本質(zhì)是物理意義上四維空間度量的一個(gè)物理量,類似的還有三維空間度量的物理量--動(dòng)量,以及二維空間度量的物理量--質(zhì)量等等,它們都是物質(zhì)在不同維度所表現(xiàn)出來的物質(zhì)屬性。這種觀點(diǎn)沒有指明這是一個(gè)什么樣的物理量?

5、能量是帶質(zhì)量物體維持或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或空間位置能力的量度。不難理解,“維持或改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或空間位置”這是“力”的基本特性,也是“能量”的一種具體表現(xiàn)形態(tài),而不是能量的本質(zhì)內(nèi)容。因此,這種觀點(diǎn)沒有闡述能量的本質(zhì)內(nèi)容。

6、能量的本質(zhì)就是力,是物質(zhì)朝某個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的力。這種觀點(diǎn),把“能量”概念轉(zhuǎn)化為“力”概念,這就需要對(duì)“力”進(jìn)行定義,也沒有從概念的源頭上解決問題。而且“力”只是“能量”一種具體的表現(xiàn)形態(tài),而不是“能量”的本質(zhì)內(nèi)容。

7、能量的本質(zhì)是物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的一個(gè)守恒量。這種觀點(diǎn),沒有對(duì)“守恒量”加一個(gè)定語,它沒有回答究竟是一個(gè)什么樣的守恒量?

8、能量是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的量度。這種觀點(diǎn)把能量只限定于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的一種量度,如果物質(zhì)不發(fā)生運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí),其能量就無法表現(xiàn)出來并進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量嗎?顯然不是,物質(zhì)作機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能就可以根據(jù)其運(yùn)動(dòng)速度與質(zhì)量來進(jìn)行測(cè)量。

9、能量是物理學(xué)中描寫一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)過程的一個(gè)量。顯然,一個(gè)系統(tǒng)或一個(gè)過程的物理量有許多(如能量、質(zhì)量、時(shí)間、空間、場(chǎng)等),這種觀點(diǎn)并沒有對(duì)“能量”這個(gè)物理量進(jìn)行準(zhǔn)確界定。

10、能量不是物質(zhì),能量是不同于物質(zhì)的第二個(gè)客觀存在。這種觀點(diǎn)只是泛泛地闡述了能量是一種客觀存在,而沒有闡述能量的本質(zhì)。

三、能量的真正本質(zhì)

世界萬物是不斷運(yùn)動(dòng)著的,在物質(zhì)的一切屬性中,運(yùn)動(dòng)是最基本的屬性,物質(zhì)的其他屬性都是運(yùn)動(dòng)屬性的具體表現(xiàn)。例如:空間屬性是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的廣延性體現(xiàn),時(shí)間屬性是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性體現(xiàn),電磁屬性是帶電粒子在運(yùn)動(dòng)和變化過程中的外部表現(xiàn)等。

物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式是多種多樣的,對(duì)于每一個(gè)具體的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式存在相應(yīng)的能量形式,例如:與宏觀物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的能量形式是動(dòng)能,其度量單位主要是:焦;與分子運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的能量形式是熱能,其主要度量單位是:卡;與原子運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的能量形式是化學(xué)能,其主要度量單位是:焦;與帶電粒子的定向運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的能量形式是電能,其主要度量單位是:度;與光子運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的能量形式是光能,其主要度量單位是:卡;與質(zhì)子運(yùn)動(dòng)或中子運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的能量形式是核能,其主要度量單位是:卡;等等。

當(dāng)兩個(gè)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式相同時(shí),兩個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)特性可以采用某些物理量或化學(xué)量來描述和比較。例如,兩個(gè)作機(jī)械運(yùn)動(dòng)的物體可以用速度、加速度、動(dòng)量等物理量來描述和比較;兩股作定向運(yùn)動(dòng)的電流可以用電流強(qiáng)度、電壓、功率等物理量來描述和比較。

但是,當(dāng)兩個(gè)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)形式不相同時(shí),兩個(gè)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)特性唯一可以相互描述和比較的物理量就是能量,即能量特性是一切運(yùn)動(dòng)著的不同物質(zhì)的共同特性,能量尺度是衡量一切運(yùn)動(dòng)形式的通用尺度。

那么,能量這個(gè)所有物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的“通用尺度”到底是什么內(nèi)涵呢?不難理解,由于運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的最基本屬性,那么,衡量運(yùn)動(dòng)屬性最重要的參數(shù)就是“運(yùn)動(dòng)規(guī)模”或“運(yùn)動(dòng)模量”。

因此,可以對(duì)能量作出全新的哲學(xué)定義。

能量的本質(zhì):是用以衡量所有物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)模或運(yùn)動(dòng)模量的統(tǒng)一客觀尺度。

由于運(yùn)動(dòng)規(guī)模的變化(增大或減少)全部來自于能量的變化(輸入與輸出),因此,還可以得出另一個(gè)結(jié)論:

能量的本質(zhì):能量是用以改變一切物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)模或運(yùn)動(dòng)模量的動(dòng)力源。

根據(jù)能量的本質(zhì)可知:機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)模或模量可以用動(dòng)能來描述;分子運(yùn)動(dòng)的規(guī)模或模量可以用熱能來描述;原子運(yùn)動(dòng)的規(guī)模或模量可以用化學(xué)能來描述;電流運(yùn)動(dòng)的規(guī)模或模量可以用電能來描述;光子運(yùn)動(dòng)的規(guī)模或模量可以用光能來描述;質(zhì)子運(yùn)動(dòng)與中子運(yùn)動(dòng)的規(guī)模或模量可以用核能來描述。

四、能量守恒定律

能量守恒定律(即熱力學(xué)第一定律):在一個(gè)封閉(孤立)系統(tǒng)中,總能量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中保持不變。

根據(jù)能量的本質(zhì),能量守恒定律的另一種表述方式:

能量守恒定律(即熱力學(xué)第一定律):在一個(gè)封閉(孤立)系統(tǒng)中,總運(yùn)動(dòng)規(guī)模或運(yùn)動(dòng)模量在轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程中保持不變。

能量是衡量一切物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)規(guī)模或運(yùn)動(dòng)模量的統(tǒng)一尺度,也是維持或改變物質(zhì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)模或運(yùn)動(dòng)模量的動(dòng)力源。然而,一般的物質(zhì)系統(tǒng)在其運(yùn)動(dòng)過程中往往會(huì)遇到其他物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的阻礙或者出現(xiàn)能量流失時(shí),就會(huì)不斷降低其運(yùn)動(dòng)規(guī)模或運(yùn)動(dòng)模量。為了維持物質(zhì)系統(tǒng)原有的運(yùn)動(dòng)規(guī)模或運(yùn)動(dòng)模量,必須不斷輸入相同數(shù)量的能量,及時(shí)補(bǔ)償物質(zhì)系統(tǒng)的能量消耗。

五、能量與力的關(guān)系

力是物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過程中相互作用、相互轉(zhuǎn)化的橋梁,也是能量進(jìn)行轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過程的橋梁。

機(jī)械力的橋梁作用:物體通過機(jī)械力來改變物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的方向與速度,從而改變物體的能量分布狀態(tài)。

電解力的橋梁作用:電解水的化學(xué)反應(yīng)過程,就是通過電解力將電能轉(zhuǎn)化為水、氫氣、氧氣的化學(xué)能。

萬有引力的橋梁作用:天體之間的萬有引力,改變天體的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)速度,從而改變天體的能量分布狀態(tài)。

電磁力的橋梁作用:水力發(fā)電機(jī)就是通過電磁力將水的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,電動(dòng)機(jī)通過電磁力將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

摩擦力的橋梁作用:就是通過摩擦力將運(yùn)動(dòng)物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為摩擦表面的分子運(yùn)動(dòng)的熱能。

化學(xué)力的橋梁作用:電池的充電過程就是通過電力將電能轉(zhuǎn)化為電池的化學(xué)能;電池的使用過程就是通過化學(xué)力將電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(如汽車電池),或光能(如手電筒)。化學(xué)力可分為氧化力與還原力,其中,氧化力就是推動(dòng)化學(xué)氧化過程的化學(xué)力,還原力就是推動(dòng)化學(xué)還原過程的化學(xué)力。

振動(dòng)力的橋梁作用:人類發(fā)出聲音的過程就是通過振動(dòng)力將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為聲能。

輻射力的橋梁作用:太陽能電池的充電過程就是通過輻射力將光能轉(zhuǎn)換為電池的化學(xué)能。

人力的橋梁作用:從物理化學(xué)的角度來看,人進(jìn)行體力勞動(dòng)的過程就是將人體內(nèi)的生物化學(xué)能轉(zhuǎn)化為手、腳、身進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。

參考資料:

1、統(tǒng)一價(jià)值論,仇德輝著,中共中央黨校出版社,2018年

2、數(shù)理情感學(xué),仇德輝著,中共中央黨校出版社,2018年

3、情感機(jī)器人,仇德輝著,臺(tái)海出版社,2018年

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