什么是能量？为什么它在宇宙结构中如此重要？

尊重的读者，感激您在百忙当中阅读我的文章，这是对我尽力的必定，也是延续创作的动力，向您致以我最真挚的敬意，希望能获得您的一个"关注"，在此感激！

能量不可是物理学的关键概念之一，也是一切科学范畴的根基概念。它可以被描写为做工作或移动物体的才能。能量的范例多种多样，包括势能、动能、热能、电能、化学能和核能。让我们尝试领会这类多样性，并仔细看看什么是动能和势能。

当我们看到移动的物体时，例如一辆超速行驶的汽车，我们正在目击动能的感化。这类能量与物体的活动有关。动能有多种形式，包括平移活动（例如汽车向前行驶）、扭转活动（车轮转动）或振动（汽车策动机的振动）。凡是引入的第一种动能是平动能，大概更简单地说，是向前活动的能量。

设想一个质量为“m”的物体以速度“v”移动。该物体的平移动能可以利用公式 1/2 mv? 计较。

但不但仅是活动才能发生能量。势能是“存储”在物体中的能量。例如，当我们拉伸弹簧或克服重力向上举起物体时，我们将势能“存储”在物体中。假如我们铺开一个举起的物体，它的势能将起头转化为动能，而且它将起头移动。重力势能取决于物体的高度和质量：我们把物体举得越高、越重，它的势能就越大，响应地，物体着落时移动的速度就越快。

是以，我们四周的天下布满了各类形式的能量，科学正在试图了解和描写一切这些形式，以便当用它们为我们带来上风。

风趣的究竟：虽然我们偏向于将能量的概念与艾萨克·牛顿的科学理论联系起来，但这个概念现实上是由他同时代的戈特弗里德·威廉·莱布尼茨提出的，他引入了一个接近我们现在所说的能量的概念。牛顿在他的理论中更关注动量这样一个概念，动量即是质量和速度的乘积。

牛顿以为描写活动的关键量是质量与速度平方的乘积。但是，牛顿和莱布尼茨的两种概念本质上都主如果哲学的。为领会决这一争端，需要法国常识份子艾米莉·杜夏特莱的介入。艾米莉停止了尝试，将钢球扔进软粘土中，发现钢球下沉的深度取决于钢球被扔出的高度和钢球撞击粘土的速度的平方。

此外，埃米莉·杜·夏特莱还提出了能量守恒的概念，并推导出了引力势能的公式。一些人以为，正是在她阿谁时代，能量的概念起头遭到重视并正式化。

但是，能量的概念已经构成了几十年；萨迪·卡诺、詹姆斯·焦耳、丹尼尔·伯努利、路德维希·玻尔兹曼、詹姆斯·克拉克·麦克斯韦等著名物理学家都介入了它的成长。现在，我们可以将动能视为活动物体的能量，例如扭转或振动的物体。

势能可以被以为是物体抵抗力活动的能量。例如电场和电荷或引力场和质量。假如在这类条件下开释一个物体，它就会起头移动，而且它的势能将转化为动能。

能源很重要，但最初并不清楚缘由。德国数学家埃米·诺特发现了自然定律的对称性与守恒定律之间的深入联系。假如自然的根基定律不随时候而改变，那末能量就是守恒的。艾美·诺特还表白，假如自然法例不随位置而改变，那末动量就会守恒。我们将撰写一篇零丁的文章，更具体地先容艾美·诺特的工作及其对科学的进献。

现在让我们稳固一下记忆中能量的界说。动能是活动物体的能量，势能是物体由于其在力场中的位置而具有的能量。领会能量守恒也很重要。

我们会商了大质量物体，但它们并不是唯一具有能量的物体。无质量的光子也照顾能量，活动场是具有能量的物体的另一个例子。阿尔伯特·爱因斯坦证本色量和能量是等价的而且可以相互转换，这为了解我们天下中的能量增加了另一层复杂性。

在典范物理学中，质量和能量似乎是完全分歧的量。以太空中的一个庞大物体为例，它不相对于其他物体移动，而且阔别一切引力场。按照典范物理学，这样的物体既没有动能也没有势能，但它确切有质量。这里有一个差别，由于按照爱因斯坦的相对论，质量是能量的一种形式。当我们深入研讨质量的本质并发现质子和中子的大部分质量来自原子核内的活动能量和力时，这类差别就获得领会决。

究竟上，原子核是活动粒子的细小漩涡，它们经过强大的核力连系在一路。假如我们将质量视为扭转能的一种形式，我们再次回到动能和势能的概念。虽然将质量暗示为扭转物体并不能供给对这类现象的周全描写，但它是一个很好的近似值，可以帮助我们更好地了解能量是什么。

是以，能量是活动和相互感化力，当从一种形式转化为另一种形式时，能量是守恒的。质量和能量之间的这类联系是现代物理学成长的关键，并帮助我们更深上天领会宇宙的结构。

宇宙能量转化的进程可以类比物资的循环转化，比如土壤酿成草，草酿成斑马，斑马酿成狮子，狮子死后酿成灰尘，循环竣事。但这幅天下图景有其意想不到的转折。

虽然，按照艾美·诺特的理论，由于自然纪律的对称性，我们习惯于将能量视为守恒量，但究竟上，在全部宇宙的标准上并非如此。按照现代宇宙学，宇宙布满了被称为暗能量的恒定能量密度场。由于宇宙正在收缩，暗能量的总量正在增加。

此外，宇宙的收缩致使来自悠远星系的光发生红移。这意味着来自这些星系的光看起来比发射时现实更红，是以光的光子能量看起来更少。这致使这样一个究竟：在收缩的宇宙中，能量守恒定律并未获得满足。

在宇宙学布景下，时空可以改变其外形，能量守恒的概念就落空了相关性。这一说法获得了广义相对论的支持，在广义相对论中，时空的多少外形和维度会发生变化，能量纷歧定守恒。艾美·诺特在她的作品中是从空间和时候稳定的假定动身的，假如这个条件被取消，她的结论就不再适用。

那末现实最深层的能量是什么？力场和物体的相互感化发生了势能。动能表现在这些场的活动中，而质量则首要由类似的活动场组成，让人想起静止的龙卷风。各类动能和势能不竭相互转化，改变其形式，但同时连结能量总量并连结活动定律的数学结构。

全部宇宙的能量守恒题目要复杂很多，需要点窜“能量”和“守恒”的概念。一方面，能量看起来很是复杂，但另一方面，它又看起来很是简单。这是一个令人沉迷且多方面的话题，总是能激起人们的设想力。继续思考能量——现代物理学中最奥秘、最根本的主题之一。请记着，物理就是一切。

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