什么是能量? (物理意义上的)

【专家解说】：1.什么是能量? 能量就是做功的本领。 做功就是能量的转换。当你用力移动一个物体时，你就做了功。你做功的多少就是物体获得的能量的大小。 动能 重力势能 弹性势能 引力势能 2.能量的科学定义 E=mc2 E=mc2 这一质能关系式是德国物理学家爱因斯坦在1905年创立的狭义相对论中导出的。这一公式揭示了物质与能量的联系，一个静止物体它内部也有能量，就等于其质量与光速平方的乘积，由于c2是一个很大的数字（c2 =9×1016m2/s2），所以一个很小质量的静止物体可以蕴藏着极大的能量。 E=mc2 可能是物理学中最简单的一个公式。然而正是这一公式，为人类利用核能奠定了理论基础，从而开创了一个利用核能的新时代。 3.能的守恒与耗散 3.1能量守恒定律 我们知道能量有各种形式，各种形式的能量可以在一定条件下相互转化。这反映了自然界各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。 经焦耳等一系列科学家的长期探索研究，特别是当人们了解到热能与机械功的转换关系后，发现任何形式的能量在转化过程中，能量的总量保持不变。能量既不会消灭，也不能创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或从从一个物体转移到另一个物体。这就是能量转化与守恒定律。在热功转换的范围内称热力学第一定律。 能量守恒定律是十九世纪人类确立的自然界最普遍的规律之一。 3.2能的耗散与熵 既然能量守恒，不可创造，也不会消灭。那么天然能源如煤、石油却越用越少，甚至出现了所谓的“能源危机”，这又是为什么？这些能源释放出来的能量又到哪里去了呢？ 要回答以上问题，我们除了知道能量守恒的一方面，还必须了解能量转化及传递上存在方向性的另一面。 3.2经过科学家克劳修斯和汤普逊的总结与研究得出结论： 热量只能自发地从高温向低温传递，而不可能自发地从低温向高温传递；机械能可以全部转化为热能（内能），但热能不可能全部转化为机械能。即自然界一切与热现象有关的宏观过程，都是不可逆的。这称为热力学第二定律。 由于任何形式的能量都可以转化为热能（内能），但由于热传递或热功转换的单向性，这部分转化为热能的能量再也不能回复到原来的做功的状态了，也就几乎不再有什么利用价值了。 科学家把能量以热的形式散发到周围空间而无法再继续做功的现象称之为能的耗散。在能的转化过程中，能的耗散是不可避免的。 这就是为什么能量守恒，能源是不守恒的道理。 3.3物理学家在定量表述热力学第二定律时，引入了一个物理量称为熵。熵是不能再被转化做功的能量的量度，熵的大小是无效能量的大小。 在一切实际过程中，能量总是守恒的，但能量可以利用程度却总是不断降低，即有效能量不断减少，无效能量不断增加。无效能量亦称为退化的能量，或能量“贬值”了，用熵表示即熵增加了。这样热力学第二定律可以表示为：自然界的自发过程都是熵增过程，或者说是能量“贬值”的过程。 ●关于熵的微观定义及有序与无序 ●永动机 ●热寂说 ●暗能量 4.能量的起源与终结 宇宙能量从哪里来？这是能量的起源问题 现代宇宙学，即大爆炸学说认为宇宙起源于一次“大爆炸”，能量从“无”到“有”，从真空中来，大爆炸释放出了1068焦耳的能量。 “免费午餐”理论 能量从无到有是违反能量守恒，免费午餐理论认为宇宙创生出这么多物质能量E=mc2是正的，但它们之间的引力能是负的，两者正好抵消，整个能量还是零。 宇宙从“大爆炸”（Big bang）开始，也可能在一次“大塌缩”（Big Crunch）中毁灭。