能量為何會守恆?
未子
知道能量守恆定律的人很多,即使是不學物理而對能量概念說不出所以然的人,也都會知道人類是在物理學研究的過程中發現了所謂的能量守恆定律。可是,卻很少有人去思考這樣一個表面看來極為幼稚、深刻思索卻極具價值的問題,即
能量為何會守恆? (*)
印象中筆者也是在所謂「能量究竟為何物」、「能量守恆定律究竟該如何表述」等問題都還沒能搞清楚而處在朦朦朧朧狀態之中時,就已經能夠確信在我們人類所發現的自然界的客觀規律體系中,實實在在的存在著這麼一個所謂的「能量守恆定律」。雖然說不清所謂「能量究竟為何物」的基本問題,雖然不知道所謂「能量守恆定律究竟是如何表述」的物理學科問題,但卻明確而知道所謂的「守恆」之含義就是「既不會增加、也不會減少」而「保持不變」。一直以來一個問題縈繞於腦海而揮之不去,即:如果「能量」是一種好東西,那麼越來越多該有多好呢?如果「能量」是個壞東西,那麼越來越少才稱心呀?可是這奇怪的「能量」卻「既不會越來越多、又不會越來越少」,非得「保持不變」而「守恆」。怪!真怪!
後來,學起了物理,可以在先行獲取一定量的物理學科基本知識的基礎上再對(*)式所示的問題進行較為深入、較為理性、當然也便較為專業化的思考了。
要問「能量為何會守恆」,首先就得弄清楚「能量究竟是什麼」。能量是什麼呢?能量是一個物理量、能量是一個以焦耳為主單位的物理量、能量是一個人為定義的以焦耳為主單位的物理量、能量是一個人為定義的以焦耳為主單位的用於描述運動狀態的物理量。至此,我們對「能量」概念的認識向前邁開了可喜的一步:我們在「能量」概念與「運動」概念之間建立起了初步的關聯。
接下來,我們自然就會循著已有的思路而追問:這個所謂的「運動」又是怎麼回事、又是什麼呢?運動是變化、運動是位置的變化、作為位置變化的運動被稱作為是所謂的機械運動、機械運動是所有運動類型當中最為簡單的一種運動、除了最為簡單的機械運動之外當然還應當有更為複雜的運動、機械運動的簡單性那一定是由其位置變化的簡單性所決定的、那麼更為複雜的運動則一定是指那些更為複雜的變化、冷熱程度的變化一定與所謂的熱運動相關聯、電勢高低的變化一定與所謂的電運動相關聯、電荷流動所引發的磁現象顯然可以被認定為是所謂的磁運動的表象、光的傳播過程肯定是光運動的直接反映、就連光照度的變化其實也應當被歸類為與光的傳播並列的基於光運動的另一種類型、當然對於原子結構和核組成的相應變化也便自然提出了所謂原子與核的運動類型。所有這些「運動」和「變化」都需要前綴上「物理」二字而稱作為是「物理運動」和「物理變化」,而在物理學所囊括的範疇之外還有更具複雜層度的「非物理運動」和「非物理變化」。至此,我們又從「運動」概念出發而繼續前行到達了所謂的「變化」之驛站。
現在該來說一說所謂的「變化」了。說起「變化」,通常有三個基本問題,即:變化多少的問題、變化方向的問題、變化快慢的問題。為了解決如是之三個基本問題,同時也是為了描述所謂「變化多少」、「變化方向」和「變化快慢」等「變化三要素」,人們定義了所謂的「變化量」和「變化率」等兩個既有大小、又有方向的矢量,並以「變化量」的大小來描述「變化多少」、以「變化率」的大小描述「變化快慢」、同時以「變化量」和「變化率」的方向共同描述「變化方向」。在變化的三個要素中,「變化多少」通常可以從「空間」的角度切入而反映「變化」、反映「運動」的開闊程度,而「變化快慢」則是以「空間」與「時間」組合方式反映「變化」、反映「運動」的劇烈程度。注意到這裡有一個不能規避的「程度」概念,而物理學為了表達和描述這裡的所謂「程度」,提出了所謂的運動的「狀態」的相應概念。至此,我們抓住「變化」概念的諸多要素進行深入的探尋,又引入了所謂「狀態」的概念。於是我們必須針對「能量」概念做出精細和精準的物理學指認,為
能量,是運動的狀態參量 (1)
看起來,如果我們的思維不能夠掙脫物理學科所設下的藩籬,可能就無法從哲學的高度而解釋基於(*)式所示的問題。因為,與其將(*)式所示的問題當作是物理學科範圍內的問題,不如將其視作為是超越了物理學科範疇的哲學問題。至少,所謂的「能量」概念那就不是物理學科這個狹小的「籠子」所能夠盛放得下的。接下來,讓我們的思維從最為接近物理學科的「運動」概念而切入,先行試圖針對「運動」而給出其哲學的解讀,進而沿著哲學的思緒去探尋基於(*)式所示問題的哲學詮釋。
若站在哲學的高度我們可以說:運動是絕對的,運動的描述卻只能是相對的;運動的主體是物質(物體),作為絕對而不容質疑的運動其實是其客觀存在的主體物質(物體)的某種特定的屬性的特定的表現形式。也就是說:物質(物體)正是藉助於這種絕對而不容質疑的運動來宣告了其客觀存在且不生不滅的根本屬性。即
運動,是物質的存在形式 (2)
物質,是客觀的不生不滅 (3)
一俟登上了哲學的高臺,便能夠高屋建瓴而簡單的解決形如(*)式所示的、從物理學科出發而被提出來的、但其意義的覆蓋面絕非是僅限於物理學科範疇的相關問題,結合文中諸如(1)、(2)、(3)等三式,即可得
物質不滅→ 運動不滅 → 能量守恆 (**)
正值「黨的生日」,上述文字就算是「獻禮文本」吧!
——1994年7月1日
說明:本文觀點以及形成觀點的相關思維,縈繞於筆者腦海的時間久矣。印象中幾年前曾被學生基於「能量何以會守恆」的質疑提問,逼出了形如(**)所示之詮釋方式,記得當時還曾有相應的文字記載,一時未能在故紙堆中尋到,遂乾脆重新寫過。
文中觀點純屬一家之說,不敢說有能夠得以立論的十足把握,期盼大家批評指正。
——1994年7月2日
再說明:翻閱舊作,想起了恩格斯在其偉大的方法論著述《自然辯證法》中的幾段話而依次錄於斯,曰:
1、沒有運動,物質是不可想像的。既然我們面前的物質是某種既有的東西,是某種既不能創造也不能消滅的,那麼由此得出的結論就是:運動也是既不能創造也不能消滅的。
2、一切運動都和某種位置變動相聯繫,不論這是天體的、地上物體的、分子的、原子的或以太粒子的位置變動。運動形式越高級,這種位置變動就越微小。位置變動決不能把有關的運動的本性包攬無遺,但是也不能和運動分開。所以必須首先研究位置變動。
3、……一句話,(mv)是以機械運動來量度的機械運動,(mv2/2)是以機械運動轉化為一定量的其他運動形式的能力來量度的機械運動。我們看到,這兩種量度因為互不相同,所以並不相互矛盾。
……
——2006年1月1日
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