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1.5.3质能关系

 

 

我们先来弄清能量和物质的三个关系:能量是系统的还是主体的;物质是不是能量的唯一载体;能量是否可以脱离物质而单独存在,然后再谈它们的相互转化问题。

确定动能的大小需要确定其相对参考系的速度,量度势能的大小要确定参照物和势能零点。因此,能量必须有参照对象,因而动能和势能都是相对的,能量的作用效果是包括参照物在内的系统的共有财富。滔滔洪水的动能,可以冲跨桥梁,但对其河面上随波逐流的木头无伤大碍,因为这木头和洪水的相对速度为零;“春江潮水连海平,海上明月共潮生”的美景,是地月之间引力势能相互作用的结果,不是哪一方的功绩;在压迫和反抗中所爆发的冲突,也决不是单方面的责任。

动能和势能是相对的,那内能是绝对的吗?温度的测量不需要参照什么,只要制订一个标准。物体内分子运动的剧烈程度跟外界无关,是分子之间的相互碰撞频率f和平均自由程d所决定,碰撞频率定义为两个分子之间每秒钟的碰撞次数,则分子平均速度v=df,所以分子的动能E=m(df)2/2。分子的转运动动能也具有绝对值,分子的势能就主要跟分子间距相关,因此确定物体内能的值是不需要参照物的,这就像我们不能认为一个成年人能够打赢一个五岁小孩就说他的武功很强一样。人的英语水平、钢琴水平等都是通过考级来确定的,这是一个绝对值,取相对值仅仅只起到一个二者比较大小的作用。

飞行的炮弹、滚烫的开水以及树上掉落的苹果,让我们深刻地体会到能量不是单独的存在,而是依附在一定的物体上的,物质是能量的载体。能量如果离开了具体的承载物,就变成了“无源之水,无本之木”,因为无论是动能还是势能,其表达式中都有质量m,既便是电势能中的电量,也与质量有着千丝万缕的联系,没有质量的电量不可想象;弹性势能、化学能、核能等都概莫能外。

能量被绑定在物质的战车上是我们的常识,我们还要学会思考常识以外的东西。一个最根本的问题就是:能量最终的表现形式是什么?这个不难想到,能量尤其是势能,就是“场”这种无所谓质量的特殊物质。麦克斯韦方程中的,从理论让诠释了电荷是电场的源,而磁场因由电场激发,是一种可以传播出去的能量,重要的是它为无源场。手机发射的电磁波,星际中传播的光线和中微子,都携带着能量,但它们看似均无质量。所以能量是可以脱离物质而单独存在的电磁波。看似由速度决定与电量无关的动能mv2/2,在转化为功的时候,仍然是借助于电磁能。弹性碰撞时的电光石火,其实就是原子外层电子间的相互作用。非弹性碰撞中因摩擦而产生的热能,也与电荷脱不了干系。

能量能够脱离物质游荡,但不要去联想“灵魂出窍”,否则无所不能的“上帝”就会被说成能量之父。还是关注人类社会吧,“天生我材必有用”,每个人也都是能量和能力的携带者,无论是武林秘籍中的“九阴真经”还是“葵花宝典”,或是散布在浩如烟海的书卷中的知识技能,是不是也算一种能够脱离物体而独立存在的能量呢?但这种能量若不内化于人,固化于心,也是无用。如同空中弥漫的无数个卫星电视信号,不用相应的接收设备去接收还原,望眼欲穿也是一无所有。臧克家的《有的人》中有这样的句子:“有的人死了,他还活着。”英雄的精神常在,并会成为激励人们一种动力。仇恨也像一种脱离物质的能量,让人疯狂地复仇。某些阴魂不散的反动思潮和流毒,还借尸还魂并死灰复燃。

爱因斯坦的质能方程E=mc2是每一个文明人至少要了解一下的,它总比一些影视明星的家长里短蜮花边新闻要有用得多。C作为最大的速度3×108/秒,其平方与质量的乘积是物质最大动能的2倍,这个值竟然就是物质所蕴含或者能够转化的全部能量。在核反应中有一部分消失的质量转变成了能量,而在正反物质的湮灭中,物质则全部变成了能量。感谢爱因斯坦,让我们明白只要物质在,能量就在;如果你能够激发核反应,能量之大将超乎你的想象;这也让我们更加坚信,“留得青山在,不怕没柴烧”。将质能方程变换成m=E/c2,则让我们看到了独立存在的能量,可以转化为质量,但这是宇宙起源的高深课题,不在这里纠缠,只听到有人说过,即便是可口可乐公司真的倒闭了,仅凭那纸秘而不宣的神秘配方,仍可东山再起。

 

 


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