能量守恒和转化定律与物理科学体系

    能量守恒和转化定律被看作是19世纪重要的科学发现之1，并且对于人类科学向物质世界进军的过程中，做出了非常重要的贡献。这是大家有目共睹的。它最大的应用价值在于对未知的物质运动变化建立1种等量的关系。在近代科学的发展上，能量守恒和转化定律的大量应用似乎被认为是正确的。从光的能量子理论到原子核领域中的中微子的发现，似乎都包含着能量守恒和转化定律的成功应用。但是对于这些能量守恒和转化定律的应用，我并不认为是成功的。

    现今的科学已经不是1个世纪以前的科学，它不论从科学理论的本身还是从科学应用的本身来说，都已经进入到物质世界微观个体的本身。如果说能量守恒和转化定律促进了19世纪到20世纪中期的科学发展，那么，能量守恒定律在现今来说，却在阻碍着科学的发展。

能量不守恒的现象

    能量不守恒的现象很多，除了弹性碰撞和摩擦生热之外，还有1些现象，这些您都可以在机械运动（本站）中找到。今天在这里给大家介绍1个已经获得实验证实的能量不守恒现象——磁场中的电化学效应。这个试验是由重庆的刘武青先生完成的，并已经获得多项专利。关于这个试验详细的情况，请您到http://go8.163.com/~cqfyl/去察看刘先生对此方面所做出的工作。关于这个试验的细节问题，物理科学观念与评论中违反能量守恒的1个试验——磁场的电化学反应，是刘先生撰写的介绍。

  “将铁片分别放在塑料容器中的硫酸亚铁溶液两端中，但要留1部分在溶液之上，以便用电流表测量电流。然后，在塑料容器的外面，将磁体放在某1片铁片的附近，让此铁片处在磁埸中。用电流表测量两片铁片之间的电流，可以看到有电流的产生。”

  “我是这样看这个问题的：由于某1片铁片处在磁埸中，此铁片也就成为磁体，因此，在此铁片的表面吸引了大量的带正电荷的铁离子，而在另1片铁片的表面的带正电荷的铁离子的数量少于处在磁埸中的铁片的带正电荷的铁离子数量，这两片铁片之间有电位差的存在，当用导线接通时，电流由铁离子多的这1端流向铁离子少的那1端，这样就有电流产生。可以用化学上氧化－还原反应定律来看这个问题。处在磁埸这1端的铁片的表面由于有大量带正电荷的铁离子聚集在表面， 而没有处在磁埸的那1端的铁片的表面的带正电荷的铁离子数量没有处在磁埸中的1端多，当接通电路后，处在磁埸这1端的铁片表面上的铁离子得到电子（还原）变为铁原子沉淀在铁片表面，而没有处在磁埸那1端的铁片失去电子（氧化）变为铁离子进入硫酸铁溶液中”

           选自《违反能量守恒的1个试验——磁场的电化学反应》

    虽然磁场的电化学效应所产生的电流是很微小的，但是我们却可以采用永久磁铁和硫酸亚铁溶液永久的产生这种电流。这个试验已经足以证明能量守恒和转化定律不能成立。

    能量守恒和转化定律和传统科学有着非常重要的关系，那么下面我们就来看看能量守恒和转化定律和传统科学的关系，以及证明能量守恒定律不能成立的意义。

能量守恒和转化定律和传统科学的关系

    1、能量守恒定律和力学的关系——能量与运动总量

    （1）经典的描述依据

    从定量的意义上来说，描述物体的运动变化得自于力学。使物体进行运动变化我们通常都归到物体作用的本身，或者精确的说，叫做作用力。这是描述物体运动变化最基本的原因。

    此外，还存在1种量，这种量是建立在大量的经验事实的结论上，就是运动总量的问题。

    我们知道，力学是1门古老的学科，这门学科是建立在大量经验事实基础上的1种理论。运动总量在几百年前我们最经常接触的是两种现象，1种是势能，另1种则叫做动能。

    势能通常是使物体运动的能量，动能则是物体运动的本身。或者我们在评定运动的总量可以不考虑在内，因为它本身就是1种运动的总量，表现这个运动的物体具有确定的运动速度。只是我们采用什么样的数值模式来进行描述。

    势能则不同了，它是1种静止的量，但无疑采用静止的势能和它转化出的动能，其总量必然是相同的数值形式。这是力学定义体系对于能量的1种最古老的看法。同时，也是因为这样的定义，力学才可以叫做1种力学体系，因为这样的1种定义包含了对所有物质运动变化描述的可能性，它包含了从描述物体为个体向以质点为目标的扩展。

    在大自然中，经常见到的势能则是重力势能和弹性势能。这些问题在19世纪以前早已经解决，都可以采用力与作用距离乘积的形式来描述。即：

mgh=(1/2)mV²

（1/2）kx²=(1/2)mV²

      其中，m为质量、g为重力加速度、h为物体距地面的高度、k为刚性系数。需要说明的是在弹性势能的描述中，作用力不是均匀的。

    那么，依据能量守恒的观念，很自然的，(1/2)mV²则成为动能的描述模式和单位。

    （2）经典的描述中出现的问题

    在上述对两种能量的模式进行描述的过程中，从表面上来看，能量都可以采用作用力和作用距离的乘积作为能量的定量模式。但倘若我们细究起来，则发现采用这样的定量模式是不合理的。我们先来看1下能量转化的条件：

    在重力势能转化为动能的过程中，物体受到它本身在引力场中的重力之外，在我们处理的过程中，并没有在出现其它的作用力。物体下落1段高度h，物体从下落高度过程中从最初的状态到最终的状态完全是物体本身受到引力作用的运动过程。只要是物体下落的高度确定，物体得初状态确定，那么物体的终状态则必然是确定的。与此同时，物体下落的时间也是必然确定。那么在我们采用定量的模式来对物体的运动状态变化量来进行定量，从使物体运动状态变化的原因上至少有两种描述模式。

    1种描述模式是物体在作用力的作用下通过的距离。另1种描述模式则是物体在作用力的作用下经过的时间。对于给定条件之后，两种描述模式对于物体的定量来说是等效的。那么从方法论上来说，定量能量在引力势能引起的物体的运动变化过程中，则可能存在两种定量模式。当然，在传统的科学中则选择的是作用力和作用距离的乘积的模式。

    动能和势能间的转化虽然采用作用力和作用距离的乘积来进行描述虽然可以认为是合理的，但是在物质世界中的物质的运动变化并不仅仅限于势能和动能间的转化的运动模式，还存在摩擦运动、弹性碰撞等等运动模式。在弹性碰撞种，由于物体的运动状态间的变化都得自于弹性势能和动能间的转化，这1点应该也是没有问题的。(注：我最初认为弹性碰撞过程中能量能量的定量也会存在问题，或者说能量不守恒，这1点已经有g94426先生采用数学的方法进行证明过了，可参见本站观点纠正中关于弹性碰撞的内容）那么摩擦运动则不同了。

    摩擦过程中，物体的动能会转化为热能。我们这里仅采用1个简单的例子，如果您想详究这个问题，可以参见——机械运动——机械运动的能量体系）那里有较为详细的说明。

    1个物体在地面上进行摩擦运动，如果地面和物体的材料属性是均匀的，那么摩擦力f则为1个常数(我们这里假设为低速运动，高速运动则不为常数）。为了更方便的来确定我们采用的定义体系和物体的运动变化间的关系，我们这里采用匀速运动。我们来考察1下能量的定量和物体运动过程中的几种物理量的关系。

    推动1个物体运动，首先我们要选用1个动力装置。并且单位时间里输出的作用力相同的1个机器。或者换句话说，功率相同。（关于机器的选定问题，由于存在1个相对参照系的问题，这样1个输出标准的机器采用机械转动的装置实际上是没有的，但并不等于没有这种输出能量的机器，我们可以采用万有引力、火箭发动机、电磁驱动等等，于物体所受到的作用力与惯性参照系无关的作用模式）

    如果我们采用推动物体运动在地面上运动1段距离来判定能量的量值，那么我们只要采用不同的运动速度，在相同的距离里，力所做的功则是不同的。由于摩擦系数在两种不同的运动速度里是相同的，只要运动的距离是相同的，那么摩擦所产生的热量则是相同的。1个物体进行摩擦运动，如果物体的质量的改变我们可以忽略不计（磨损），那么摩擦产生的能量完全转化为热能。

    在计量过程中，如果能量是守恒的，那么不论我们采用作用力和作用距离的乘积还是采用作用力和作用时间的乘积，那么我们都无法采用1个确定的量对我们所推动物体的能量所进行的转化进行描述。因为我们所付出的1个确定的能量，然而确转化出不同的能量。

    实际上，不论我们如何得对这个问题进行调整，都不可能在能量守恒和转化定律的基础上得到满意的定义模式。这1点暴露出我们采用的能量定义体系和能量的概念本身存在着问题，并且这个矛盾是不能调和的。

    在现在的科学中采用1种折中的方式对这个问题进行调谐。采用两种能量定义体系对这个问题进行调谐：1种定义模式是（1/2）mv²是动能的模式,另1种能量定义模式则是ft功率的模式。前者表示能量的总量，在人类的实际应用上通常叫做功，后者则表示单位时间里输出能量的量值，通常将这种能量模式叫做功率。两者在能量的属性上是没有区别的。

    我并不认为采用两种能量的量纲对能量进行描述是合理的。

    2、能量守恒定律和热学的关系

   1827年自英国植物学家布朗先生发现布朗运动之后，人类探索的物质世界的范围逐渐的从宏观到微观转移。到109世纪中叶开始建立了宏观和微观联系的分子运动论。摩尔概念的建立，从定量的意义上建立了物质概念在宏观和微观上的关系。这些都给与19世纪热力学的发展奠定了基础。

    然而，从人类研究宏观物质世界的方法和微观物质世界的方法是绝对的不同，不能将研究宏观物体运动变化的规律应用到微观物质世界中去。我们不能象宏观世界中研究物体的运动变化1样，采用试验的方法来确定微观物质世界的运动变化。因为这是所面对的大量的不能进行观测的微观物质分子的无规则运动。在这种情况下，微观统计学就诞生了。当然，这是后话。

    如果我们要以微观物质作为描述对象，那么我们首先要建立物理量间的等量关系。选定什么样的量作为对微观物质运动变化的量则成为1种重要的问题。由于在19世纪以前，人们对物体运动变化的描述采用的是质量、作用力、长度、时间等作为对物体运动变化进行描述的量。那么对于微观物质世界，这些量也仍然搬到了对微观物质运动变化的描述上，由于微观物质世界所面对的是大量的微观粒子，那么作用力、长度和时间则不再重要，而采用这些量的1种综合的量——速度、动量、冲量、动能对这些概念进行替换。当然，这些概念仍然也是对宏观物体进行描述的量，只是采用统计的方法，它们和宏观物体的量相对应，其重要性进1步的加强了。这得自于统计方法的诞生。

    在宏观的物质运动变化的描述和微观物质运动变化的描述中，建立1种等量关系对于宏观描述和微观描述来说是非常重要的，那么能量守恒和转化定律则诞生了。它的诞生直接推动了热力学的发展，间接的推动了19世纪的工业革命。反映在直接的应用上，则是守恒观念对热机的直接应用上。

    卡诺先生在1842年就发表了研究热机效率的《关于火的动力的思考》，当然，最初始，支配他对这个领域探讨的并不是能量守恒和转化定律，而是热质的守恒，卡诺的日记表明，大概在1930年左右抛弃了热质说。不论采用热质守恒的观念还是能量守恒的观念，它们对于解决物理问题的思路的意义是相同的，就是建立1种研究目标的途径。在卡诺先生关于热机效率的维象理论里，两种守恒的观念对于热机量间的转化关系是等效的。这1点是需要说明的。

    正是由于采用维象学说对热现象成功的解释，因此在现在的热学里仍然存在两种对气体状态进行描述的理论，1种是以热力学3个定律为基础所建立的热力学唯象理论。另1种则是对微观物质个体采用统计的方法所建立的统计物理学。但是两种理论都有1种相同点，就是引用了能量守恒和转化定律作为宏观和微观物理量间的等量关系。

    从种种的迹象来看，能量守恒和转化定律是1个错误的定律。能量的观念和能量守恒和转化定律在力学的体系中就已经存在问题，那么采用能量的量纲的概念延伸到微观物质的描述中，无疑是存在问题的。我认为主要有两种物理量间的错误：1种是气体分子所产生的压强和气体分子运动速度的关系。另1种则是温度和微观物质分子运动速度的关系。关于这些看法，在机械运动的能量体系中已经有了较为详细的说明。请参见。

    3、能量守恒定律和物理哲学的关系

    能量守恒和转化定律在诞生后，1个直接的作用

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