能量是什么？

“热”只不过是科学家们称谓的“能量”中的一种，“能量”一词所描述的是某种事物所具有的做功的能力。来源于希腊语，词意是“贮藏的功”。请注意：科学家们对“功”——work 一词的理解有极特殊的意义，它同我们平常生活中使用这个词时的含意是不一样的。科学上的“功”往往指我们用外力克服阻力使之运动一段距离时所付出的劳动。

科学的观点认为：如果我们把一定质量的物体竖直地向上提高 1 米，那么我们在克服重力时就对物体做了“功”。如果我们提着这个重物，停在 1 米高处不做任何移动，科学上认为我们没有做功。可能，我们以为自己在做功，因为此时我们觉得越来越累，其实那是因为肌肉总是处在紧张状态，使得我们消耗了体力，可是对重物而言，我们并没有对它做功。如果我们把这个重物放在 1 米高的架子上，重物会在架子上无限期地呆下去，而架子对累不累是不会有感觉的，当然架子也没有对重物做功。又如，当我们用词组成句子、并对它们进行合理的编辑，从而构成一本书的内容时，也会有累的感觉，但是，这毕竟不是在做功。

从科学的观点上讲，“热”也能做功，它可以使水银柱膨胀，此时“热”克服了重力对水银做了功，水银液被举高了。人们的肌肉举起一个重物或一块磁石将吸起一只铁钉的时候都要做功。在适当的条件下，电、光、声、化学反应也都能做功。任何处于运动中的物体都蕴藏着动能（希腊语称之为运动的能量），一个处于高处的物体有落下的能力，在这种状态下重物会做功。当重力作用在旋转的时钟指针上时，重力将使之向下转动（当物体位于某高度时，我们称这物体具有了潜能）。

所有这些不同种类的能量都是独立存在的吗？抑或它们彼此之间有什么联系呢？电流可以产生磁效应，反之磁能变化时也会产生电流。电流经过电铃时会发出声音；通过白炽灯泡的电流会产生光和热；电流流经电动机时会使之转动；光可以形成电、声及其他物理现象。实际上，任何一种形式的能量都可以转化成其他形式的能量，能量是一种现象的表达形式，这种现象可以用多种形式表达，可以互相转换。

但当能量从一种形式转化成另一种形式的过程中是否有能量的损耗呢？或者当能量维持在某一形态时，是否也有能量损耗呢？这些问题的答案似乎在很早的时候就被肯定了。能量的种类中，我们最熟悉的、也最有研究价值的是“动能”，一枚快速飞行的巨型炮弹可以摧毁一座城堡，这充分地体现了动能的威力。但如果让这枚炮弹在空中自由地飞行，它也不会永远地前进下去，其速度会逐渐慢下来，最终会停下来。这表明：随着速度的下降，炮弹的动能也在减少，以至于完全消失。

不管动能是在什么时候消失的，它的大部分都变成了热能，而认识这一点，却花费了科学家们很长的一段时间。在飞行过程中，炮弹的动能变成了热，并且扩散到了一条狭长的空间里。这一细微渐变的现象并没有引起人们的注意。若把这些热量包括进去，难道总能量在形态的转化过程中还会有损失吗？

英国物理学家詹姆斯·布里斯科特·卓林是世界上首先用实验的方法深入研究这个问题的。19 世纪 40 年代他做了许多能量转换的实验，他测量了原始状态具有的能量以及转换过程中产生的能量，其中包括热

能，最后他得出了能量既没有增加也没有减少的结论。1847 年，他对所做的实验作了总结。由于他不是位专业科学家（他是位酿造专家），因此他的结论未引起科学界的高度重视。

同年，赫尔曼·L．F．冯·海姆赫兹也公布了同样的结论，他是位教授，他的理论分析做得非常仔细，因而引起了公众的注意。为此，他被世人确认为第一个宣布“能量守恒定律”的人。该定律阐明：能量可以互相转换，但在此过程中它既不会增加，也不会减少。有关这一定律的另一种说法是：宇宙间的能量是永恒的。人们把这一定律看做是自然界的基本规律。

由于能量的研究常被简化为热能量的研究，所以科学界把功、热能间的转换问题的研究称做热力学（希腊语的语意为热运动），能量守恒定律有时也叫做热力学第一定律。

这条定律以及与之相关的定律极为重要，其原因是：它作为一个准绳可以判断哪些现象是对的，哪些现象是错的。对于我们所观察到的或设想出的物理现象，我们必须解答出“能量是从哪里产生的，它又到哪里去”的问题，如果回答不出这个问题，就要检查一下问题出在什么地方，或许假定本身就不成立，或许观察时有错误，或许收集的信息不完整。

另一方面，能量守恒定律及其相关的结论至今未被推翻，也是千真万确的。我们只能说，科学家们还没有发现一个是违反能量守恒定律的例证。或许有那么一天这个例证突然地出现了，这只能促使我们重新思考这条定律，更正它、发展它，甚至是否定它。但遗憾的是，一个半世纪都过去了，能量守恒定律依然屹立在世界。

不过要记住：即使是最牢靠的科学定律也可能被动摇。19 世纪后期有关核能的研究就是一例。若抛开了有关“动摇”的概念，所有对能量守恒的认识都是不完整的。就连“质量”本身是能量形式高度集中的具体体现的认识也并不彻底。何况对能量守恒定律的有关理论的认识。19 世纪时，科学家们并不对此感到失望，因为核能量及具有同等能量的物质在当时所扮演的角色并不重要，但如今，我们必须重视这个事实：即人类对于宇宙间许多至关重要的领域还是一无所知，一旦了解了它，就会迫使我们重新确立和修正以前的理论。科学上没有任何东西是凌驾于证明和修正之上的，这不仅仅体现在能量守恒定律上。上述观点不过是科学研究中的一种待征，正因为如此，科学才成为一种诱人的趣味游戏。