能量守恆和轉化定律與物理科學體系

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志勰

本文主要在於說明能量守恆定律和傳統科學發展的關係。能量守恆和轉化定律不能成立已經確定無疑,本文推薦1個證明能量守恆定律不能成立的試驗——違反能量守恆的1個試驗——磁場的電化學反應。(該實驗不能成立
關於能量的話題,是大家最喜歡談論的話題之1。從20世紀中期提出的能源危機以及20世紀中後期提出的有效利用能源和環保的思想觀念,都和能源的有效利用有着非常密切的聯繫。本文不談論能源在實際應用過程中有效和最佳的問題,而僅根據1些新的能量現象,在能量的基本概念上所反映出來的1些觀念看法和傳統能量定義體系間的問題。

    能量守恆和轉化定律被看作是19世紀重要的科學發現之1,並且對於人類科學向物質世界進軍的過程中,做出了非常重要的貢獻。這是大家有目共睹的。它最大的應用價值在於對未知的物質運動變化建立1種等量的關係。在近代科學的發展上,能量守恆和轉化定律的大量應用似乎被認爲是正確的。從光的能量子理論到原子核領域中的中微子的發現,似乎都包含着能量守恆和轉化定律的成功應用。但是對於這些能量守恆和轉化定律的應用,我並不認爲是成功的。

    現今的科學已經不是1個世紀以前的科學,它不論從科學理論的本身還是從科學應用的本身來說,都已經進入到物質世界微觀個體的本身。如果說能量守恆和轉化定律促進了19世紀到20世紀中期的科學發展,那麼,能量守恆定律在現今來說,卻在阻礙着科學的發展。

能量不守恆的現象

    能量不守恆的現象很多,除了彈性碰撞和摩擦生熱之外,還有1些現象,這些您都可以在機械運動(本站)中找到。今天在這裏給大家介紹1個已經獲得實驗證實的能量不守恆現象——磁場中的電化學效應。這個試驗是由重慶的劉武青先生完成的,並已經獲得多項專利。關於這個試驗詳細的情況,請您到~cqfyl/去察看劉先生對此方面所做出的工作。關於這個試驗的細節問題,物理科學觀念與評論中違反能量守恆的1個試驗——磁場的電化學反應,是劉先生撰寫的介紹。

  “將鐵片分別放在塑料容器中的硫酸亞鐵溶液兩端中,但要留1部分在溶液之上,以便用電流表測量電流。然後,在塑料容器的外面,將磁體放在某1片鐵片的附近,讓此鐵片處在磁埸中。用電流表測量兩片鐵片之間的電流,可以看到有電流的產生。”

  “我是這樣看這個問題的:由於某1片鐵片處在磁埸中,此鐵片也就成爲磁體,因此,在此鐵片的表面吸引了大量的帶正電荷的鐵離子,而在另1片鐵片的表面的帶正電荷的鐵離子的數量少於處在磁埸中的鐵片的帶正電荷的鐵離子數量,這兩片鐵片之間有電位差的存在,當用導線接通時,電流由鐵離子多的這1端流向鐵離子少的那1端,這樣就有電流產生。可以用化學上氧化-還原反應定律來看這個問題。處在磁埸這1端的鐵片的表面由於有大量帶正電荷的鐵離子聚集在表面, 而沒有處在磁埸的那1端的鐵片的表面的帶正電荷的.鐵離子數量沒有處在磁埸中的1端多,當接通電路後,處在磁埸這1端的鐵片表面上的鐵離子得到電子(還原)變爲鐵原子沉澱在鐵片表面,而沒有處在磁埸那1端的鐵片失去電子(氧化)變爲鐵離子進入硫酸鐵溶液中”

           選自《違反能量守恆的1個試驗——磁場的電化學反應

    雖然磁場的電化學效應所產生的電流是很微小的,但是我們卻可以採用永久磁鐵和硫酸亞鐵溶液永久的產生這種電流。這個試驗已經足以證明能量守恆和轉化定律不能成立。

    能量守恆和轉化定律和傳統科學有着非常重要的關係,那麼下面我們就來看看能量守恆和轉化定律和傳統科學的關係,以及證明能量守恆定律不能成立的意義。

  

能量守恆和轉化定律和傳統科學的關係

    1、能量守恆定律和力學的關係——能量與運動總量

    (1)經典的描述依據

    從定量的意義上來說,描述物體的運動變化得自於力學。使物體進行運動變化我們通常都歸到物體作用的本身,或者精確的說,叫做作用力。這是描述物體運動變化最基本的原因。

    此外,還存在1種量,這種量是建立在大量的經驗事實的結論上,就是運動總量的問題。

    我們知道,力學是1門古老的學科,這門學科是建立在大量經驗事實基礎上的1種理論。運動總量在幾百年前我們最經常接觸的是兩種現象,1種是勢能,另1種則叫做動能。

    勢能通常是使物體運動的能量,動能則是物體運動的本身。或者我們在評定運動的總量可以不考慮在內,因爲它本身就是1種運動的總量,表現這個運動的物體具有確定的運動速度。只是我們採用什麼樣的數值模式來進行描述。

    勢能則不同了,它是1種靜止的量,但無疑採用靜止的勢能和它轉化出的動能,其總量必然是相同的數值形式。這是力學定義體系對於能量的1種最古老的看法。同時,也是因爲這樣的定義,力學纔可以叫做1種力學體系,因爲這樣的1種定義包含了對所有物質運動變化描述的可能性,它包含了從描述物體爲個體向以質點爲目標的擴展。

    在大自然中,經常見到的勢能則是重力勢能和彈性勢能。這些問題在19世紀以前早已經解決,都可以採用力與作用距離乘積的形式來描述。即:

mgh=(1/2)mV2

(1/2)kx2=(1/2)mV2

      其中,m爲質量、g爲重力加速度、h爲物體距地面的高度、k爲剛性係數。需要說明的是在彈性勢能的描述中,作用力不是均勻的。

    那麼,依據能量守恆的觀念,很自然的,(1/2)mV2則成爲動能的描述模式和單位。

    (2)經典的描述中出現的問題

    在上述對兩種能量的模式進行描述的過程中,從表面上來看,能量都可以採用作用力和作用距離的乘積作爲能量的定量模式。但倘若我們細究起來,則發現採用這樣的定量模式是不合理的。我們先來看1下能量轉化的條件:

    在重力勢能轉化爲動能的過程中,物體受到它本身在引力場中的重力之外,在我們處理的過程中,並沒有在出現其它的作用力。物體下落1段高度h,物體從下落高度過程中從最初的狀態到最終的狀態完全是物體本身受到引力作用的運動過程。只要是物體下落的高度確定,物體得初狀態確定,那麼物體的終狀態則必然是確定的。與此同時,物體下落的時間也是必然確定。那麼在我們採用定量的模式來對物體的運動狀態變化量來進行定量,從使物體運動狀態變化的原因上至少有兩種描述模式。

    1種描述模式是物體在作用力的作用下通過的距離。另1種描述模式則是物體在作用力的作用下經過的時間。對於給定條件之後,兩種描述模式對於物體的定量來說是等效的。那麼從方法論上來說,定量能量在引力勢能引起的物體的運動變化過程中,則可能存在兩種定量模式。當然,在傳統的科學中則選擇的是作用力和作用距離的乘積的模式。

    動能和勢能間的轉化雖然採用作用力和作用距離的乘積來進行描述雖然可以認爲是合理的,但是在物質世界中的物質的運動變化並不僅僅限於勢能和動能間的轉化的運動模式,還存在摩擦運動、彈性碰撞等等運動模式。在彈性碰撞種,由於物體的運動狀態間的變化都得自於彈性勢能和動能間的轉化,這1點應該也是沒有問題的。(注:我最初認爲彈性碰撞過程中能量能量的定量也會存在問題,或者說能量不守恆,這1點已經有g94426先生採用數學的方法進行證明過了,可參見本站觀點糾正中關於彈性碰撞的內容)那麼摩擦運動則不同了。

    摩擦過程中,物體的動能會轉化爲熱能。我們這裏僅採用1個簡單的例子,如果您想詳究這個問題,可以參見——機械運動——機械運動的能量體系)那裏有較爲詳細的說明。

    1個物體在地面上進行摩擦運動,如果地面和物體的材料屬性是均勻的,那麼摩擦力f則爲1個常數(我們這裏假設爲低速運動,高速運動則不爲常數)。爲了更方便的來確定我們採用的定義體系和物體的運動變化間的關係,我們這裏採用勻速運動。我們來考察1下能量的定量和物體運動過程中的幾種物理量的關係。

    推動1個物體運動,首先我們要選用1個動力裝置。並且單位時間裏輸出的作用力相同的1個機器。或者換句話說,功率相同。(關於機器的選定問題,由於存在1個相對參照系的問題,這樣1個輸出標準的機器採用機械轉動的裝置實際上是沒有的,但並不等於沒有這種輸出能量的機器,我們可以採用萬有引力、火箭發動機、電磁驅動等等,於物體所受到的作用力與慣性參照系無關的作用模式)

    如果我們採用推動物體運動在地面上運動1段距離來判定能量的量值,那麼我們只要採用不同的運動速度,在相同的距離裏,力所做的功則是不同的。由於摩擦係數在兩種不同的運動速度裏是相同的,只要運動的距離是相同的,那麼摩擦所產生的熱量則是相同的。1個物體進行摩擦運動,如果物體的質量的改變我們可以忽略不計(磨損),那麼摩擦產生的能量完全轉化爲熱能。

    在計量過程中,如果能量是守恆的,那麼不論我們採用作用力和作用距離的乘積還是採用作用力和作用時間的乘積,那麼我們都無法採用1個確定的量對我們所推動物體的能量所進行的轉化進行描述。因爲我們所付出的1個確定的能量,然而確轉化出不同的能量。

    實際上,不論我們如何得對這個問題進行調整,都不可能在能量守恆和轉化定律的基礎上得到滿意的定義模式。這1點暴露出我們採用的能量定義體系和能量的概念本身存在着問題,並且這個矛盾是不能調和的。

    在現在的科學中採用1種折中的方式對這個問題進行調諧。採用兩種能量定義體系對這個問題進行調諧:1種定義模式是(1/2)mv2是動能的模式,另1種能量定義模式則是ft功率的模式。前者表示能量的總量,在人類的實際應用上通常叫做功,後者則表示單位時間裏輸出能量的量值,通常將這種能量模式叫做功率。兩者在能量的屬性上是沒有區別的。

    我並不認爲採用兩種能量的量綱對能量進行描述是合理的。

    2、能量守恆定律和熱學的關係

   1827年自英國植物學家布朗先生髮現布朗運動之後,人類探索的物質世界的範圍逐漸的從宏觀到微觀轉移。到109世紀中葉開始建立了宏觀和微觀聯繫的分子運動論。摩爾概念的建立,從定量的意義上建立了物質概念在宏觀和微觀上的關係。這些都給與19世紀熱力學的發展奠定了基礎。

    然而,從人類研究宏觀物質世界的方法和微觀物質世界的方法是絕對的不同,不能將研究宏觀物體運動變化的規律應用到微觀物質世界中去。我們不能象宏觀世界中研究物體的運動變化1樣,採用試驗的方法來確定微觀物質世界的運動變化。因爲這是所面對的大量的不能進行觀測的微觀物質分子的無規則運動。在這種情況下,微觀統計學就誕生了。當然,這是後話。

    如果我們要以微觀物質作爲描述對象,那麼我們首先要建立物理量間的等量關係。選定什麼樣的量作爲對微觀物質運動變化的量則成爲1種重要的問題。由於在19世紀以前,人們對物體運動變化的描述採用的是質量、作用力、長度、時間等作爲對物體運動變化進行描述的量。那麼對於微觀物質世界,這些量也仍然搬到了對微觀物質運動變化的描述上,由於微觀物質世界所面對的是大量的微觀粒子,那麼作用力、長度和時間則不再重要,而採用這些量的1種綜合的量——速度、動量、衝量、動能對這些概念進行替換。當然,這些概念仍然也是對宏觀物體進行描述的量,只是採用統計的方法,它們和宏觀物體的量相對應,其重要性進1步的加強了。這得自於統計方法的誕生。

    在宏觀的物質運動變化的描述和微觀物質運動變化的描述中,建立1種等量關係對於宏觀描述和微觀描述來說是非常重要的,那麼能量守恆和轉化定律則誕生了。它的誕生直接推動了熱力學的發展,間接的推動了19世紀的工業革命。反映在直接的應用上,則是守恆觀念對熱機的直接應用上。

    卡諾先生在1842年就發表了研究熱機效率的《關於火的動力的思考》,當然,最初始,支配他對這個領域探討的並不是能量守恆和轉化定律,而是熱質的守恆,卡諾的日記表明,大概在1930年左右拋棄了熱質說。不論採用熱質守恆的觀念還是能量守恆的觀念,它們對於解決物理問題的思路的意義是相同的,就是建立1種研究目標的途徑。在卡諾先生關於熱機效率的維象理論裏,兩種守恆的觀念對於熱機量間的轉化關係是等效的。這1點是需要說明的。

    正是由於採用維象學說對熱現象成功的解釋,因此在現在的熱學裏仍然存在兩種對氣體狀態進行描述的理論,1種是以熱力學3個定律爲基礎所建立的熱力學唯象理論。另1種則是對微觀物質個體採用統計的方法所建立的統計物理學。但是兩種理論都有1種相同點,就是引用了能量守恆和轉化定律作爲宏觀和微觀物理量間的等量關係。

    從種種的跡象來看,能量守恆和轉化定律是1個錯誤的定律。能量的觀念和能量守恆和轉化定律在力學的體系中就已經存在問題,那麼採用能量的量綱的概念延伸到微觀物質的描述中,無疑是存在問題的。我認爲主要有兩種物理量間的錯誤:1種是氣體分子所產生的壓強和氣體分子運動速度的關係。另1種則是溫度和微觀物質分子運動速度的關係。關於這些看法,在機械運動的能量體系中已經有了較爲詳細的說明。請參見。

    3、能量守恆定律和物理哲學的關係

    能量守恆和轉化定律在誕生後,1個直接的作用

能量守恆和轉化定律與物理科學體系

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