我对能量的认识大概经历了四个阶段。
第一个阶段是听说了能量这个概念,这大概是在我小学时期。那时我知道炸弹爆炸有能量,太阳光照身上有能量,汽车在街上跑也需要能量。总之当时对能量的理解是,这是个真实存在的东西,有了它车子飞机轮船就能动起来,但是这个东西聚集多了会很热,如果一个动物身上聚集了很多能量它有可能会热死也有可能变异成哥斯拉。
第二个阶段是中学时期。这时我系统学习了能量的知识,知道了能量有很多种形式:动能、势能、热能、光能、化学能、电磁场的能量还有相对论中的E=mc等等,并学会了怎么计算一些简单的能量。同时我也学习到了能量守恒的概念,知道了能量不能凭空产生凭空消失,只能从一种形式转化成另一种形式,从书上看到的人类长久以来的实践结果让我知道这个定律是可信的。这时的我对能量的理解是,这还是个真实存在的东西,它有很多种形式,可以互相转化,但全宇宙中这个东西的总数是固定的。同时,我也开始有了一些想不通的问题,比如E=mc这个公式,在核反应中明明反应前后物质的数量没有变化,那质量是怎么变成能量的?这让我思考了很久。
第三个阶段是大二系统学习了分析力学和狭义相对论以后。这时的我对能量的认识发生了根本性的变化。我知道了能量不是个真实存在的东西,它是人们定义出来的,本质上只是时间平移对称性所导出的守恒量罢了。它和动量、角动量之类的由别的时空对称性导出的守恒量没什么本质区别。还知道了各种形式的能量本质上都是系统的静能、动能和势能而已。同时我也认识到质量也是人们定义出的东西,核反应中不是质量变成了能量,而是复合系统作为一个整体时的一部分静能变成了反应产物的动能。总之,这时的我觉得自己已经完全理解什么叫能量什么叫能量守恒了,只要我们的世界有时间平移对称性,能量这个定义出的物理量就是守恒的,就这么简单嘛。
第四个阶段是去年学了广相之后,我发现能量没我想象的那么简单。首先是广相中时空是可以弯曲的,所以没有时间平移对称性,因此没法讨论能量守恒,而且对于引力场目前根本没法定义出一个定域的能量。此外,现代宇宙学告诉我们在宇宙创生的暴胀时期,它是真空主导的,一个真空主导的宇宙中的物质具有不变的能量密度,但宇宙的尺度却是在指数膨胀的,这意味着总的物质能量也在指数增多!而且,我们知道现在的宇宙在加速膨胀,这可能也是一个真空主导的过程,由此人们引入了暗能量。至此可以看到能量以及能量守恒不是那么简单的事情,它的背后还有许多未解之谜。
回到这个问题本身,为什么有人不相信能量守恒?他可能处于第一阶段,也可能处于第四个甚至更高的阶段。
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