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物质与能量转化守恒定律猜想
作者:陈忠煜 来源:福建省厦门海沧实验中学 点击:3276次 评论:0

 关键词:物质与能量 转化且守恒  本质相同

摘要:笔者认为,世界的本质是能量,物质是能量的一种表现形式,物质与能量本质相同,它们间可以相互转化或转移,但物质与能量总和保持不变,因而之前的“能量转化与转移守恒定律”有其局限性,物质很大或很小时特性会发生显著变化,物体的速度是无极限的。

一、能量转化与守恒定律

能量转化与守恒定律是说能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为其他的形式,或从一个物体转移到其他物体,在这一过程中其总量保持不变。

二、物质与能量转化守恒定律猜想

笔者认为世界的本质是能量,物质是能量的一种表现形式,不仅能量间可以转移转化且有条件的守恒,物质与能量、物质与物质也可以相互转移转化且无条件守恒。因而守恒定律扩展如下:世界的本质是能量,物质是能量的一种表现形式,物质与能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,物质与物质、能量与能量、物质与能量可以相互转移与转化,而总量保持不变,物质速度可以无极限。

三、规律随着认知深入在不断的完美

1、规律随时间会不断完善。

回想一下,能量转化与守恒定律的产生过程,1840年,德国医生、物理学家迈尔(J.R.Mayer,1814-1878)在研究人体内化学能与热能转换问题时,得出“如果人体各种形式能的输入、支出是平衡的,那么所有这些能在量上必定是守恒的”。1842年,迈尔把这一概念拓展到了人体以外,表达了物理化

学过程中能量守恒的思想。

1840年,英国物理学家焦耳(J.P.Joule,1818-1889)通过实验给出了电能转化为热能的定量关系。1843~1847年,焦耳设计并进行了一系列巧妙的实验,测得了机械作功、电能、热能之间能量转换的全过程,并第一次给出了热功当量的数值。焦耳的实验和热功当量的测定表明:自然界的能是不能被毁灭的,热只是能的一种形式。

1847年,德国物理学家亥姆霍兹(H.Helmholtz,1821-1894)在《论力的守恒》一书中,首先以数学形式表达了孤立系统中机械能的守恒,继而把能量概念推广到热学、电磁学、天文学和生理学领域,系统、严密地阐述了能量的各种形式相互转换和守恒的思想。

 

可以看出,能量转化与守恒定律也是在不断充实和完善中发展的。

2、不可见物占了宇宙的大部分。事实证明宇宙里的物质分为可见物质与不可见物质,不可见物又分为可感知的暗物质、暂时不可感知暗物质,可感知物质只占宇宙的总量的少部分,能量是其中之一,世界的本质是能量,物质只是能量的一种形式。

3、大量的事实为物质与能量可以转化提供证据。生物学、化学、物理学、天文学现象都说明物质与能量可以相互转化,物质与能量相互转化是自然界中的普遍现象,只是人们熟视无暏罢了。如:食物变成能量贮存在体内,化学反应中产生热量,自然界最普遍的光合作用下植物生长,植物燃烧在物质量减少的同时并放出了热量。温度降低能量也会变成物质,如:宇宙大爆炸中星体的形成过程,高能粒子发生对撞,粒子速度减小能量减小同时产生物质。

4、质能方程为物质与能量转化提供了定量关系。

不但有大量事实可以证明物质与能量可以相互转化,而且大家熟知的质能方程E=mC2给出了物质与能量转化的数量关系,这正是物质与能量转化的典型例证,在核反应中物质的亏损所释放的能量就是这样计算的。相信能量转化成质量也遵守相应的规律。

四、能量守恒定律是有局限的,而能量与质量转化且守恒是无条件的。

原子弹爆炸,虽然原子弹爆炸过程分裂成其它物质了,但它必竞释放出大量的能量,宇宙中能量就多出一些,而物质质量会减小一些,所以能量不在守恒了,如果物质与能量是看成总体就可以守恒,所以笔者认为之前所说的能量守恒定律有其局限性,像其它规律那样,应该在发展中完善,而物质与能量守恒是无条件的。宇宙大爆炸最初的极点包含大量的能量,爆炸后有些能量转化成了物质,变成了星系、地球、植物,就是能量不守恒而物质与能量可以转化且守恒的最好例证。

五、速度是能量转移和转化中“势”的表象。

能量处在不的“能处”中(宏观连续、微观中分能级),高处的能不稳定,有从高能处向低能处转移或向稳定态转化(物质也是稳定态之一)的本能,这个过程在不同的地方与不同的形式表现。如:当能量以物质的形式经过有形物表面时,会产生相互作用(即力):又如:流体经过时会产生像风阻、电阻、磁阻等的阻力:光、声、电磁波等也是能量在转移与转化,如:原子光谱、电磁辐射、声音的产生、恒星聚变等:还有一些地方能量以目前不可感知的形式转移与转化,这些物质个体趆小,转移速度越快,物质间或能量间能量差越大(称为“势大”)转移也会越快,能量转移过程的“势”以物体速度的形式体现,因为物体本身就是凝固了的能量,所以物体的运动也是能量的转移,物体的辐射或发光就是能量在转化,物体越小速度可以达到越快,速度可以很快,因而光速不是速度的最大值,物体的速度可以无极限。

六、光速是速度的极限吗?

在相对论之前应该有不少人认为物体的速度能超过光速,但爱因斯坦的相对论认为光速是速度的极限。他认为物体的速度不能超过光速是因为当物体的速度增加时它的质量会非线性的增加,以致于加速度减小,也就说随着速度的增加物体的加速能力越来越小,还未达到光速质量已达到无限大,没有足够的能量供给使它再加速了,所以物体的速度总是小于光速。其实,这种分析是基于经典力学之内,就象当初人们对光的认识那样,牛顿从经典的角度认为光是粒子,惠更斯等认为是波,爱因斯坦却证明光具有波粒二象性。从量子的角度考虑要达到光速是轻而易举的事,原子内部的电子从一个能级跃迁到另一个能级,能量差只需很小,便能产生光子,一根小小的火柴轻轻一划便能发出光,也就是说能产生等于光速的物质,所以只要选取适当的物质采取适当的方式,达到光的速度是不难事。但是问题是物质要达到超过光速,相对论”相对质量”公式根号内小于1,将出现复数解,这是一个敕手的问题,是物质的速度不能超过光速,还是爱因斯坦的相对论存在缺陷性,或是数学知识不够用了。笔者觉得或许就象当初牛顿研究物理时那样,需创立微积分才能解决问题,是数学知识不够用,导致爱因斯坦的相对论存在缺陷性,所以光速不一定是速度的极限。

七、世界的本质是能量,物质是能量的一种表现形式,物质与能量具有统一性。

我们现在熟习的物质是由由原子、分子和更小颗粒构成的,对纳米级材料构成的物质我们还不够熟习,纳米级材料构成的物质的性质与正常物质性质有着许多不同之处。如纳米材料有以下几大特性:体积效应,表面效应,量子尺寸,量子隧道,介电限域。你能相信铜不导电吗?铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电了;绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。你能相信正常的水会不透明吗?有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强,在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子,水就会变得完全不透明。你了解碳吗?你一定知道“纳米碳管”和纳米丝吧,美国正在拟用“碳纳米绳”打造"月球天梯" ,我们的思维是不是过于拘谨了。现在我们来回忆一下小时候玩积木的情境,我们可以用积木搭建一个粗略的人,如果将来我们把人有序的分解到极小,再让它们按序穿过墙壁,再采用3D技术打印组合起来,人还会是人吗?物质小到一定程度也许就是能量,物质与能量只是形式不同而本质相同的,具有统一性。

作者简介:陈忠煜  福建省特级教师、福建省“五一”劳动奖章、福建省中青年物理学科带头人、福建省优秀班主任、福建省义务教育优秀成果一等奖等。    

地址:福建省厦门海沧实验中学

 邮编:361013

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更新:2014/8/9 6:49:10 编辑:fengyefy
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