人生代码不同的世界

1.2 力与能的平衡

2020-03-27  本文已影响0人  A孑木

我个人对于世界(整个宇宙)的物理学认知一句话就可以概括:空间和时间的本质是力与能的内外平衡。我认为目前我所知道的一切事物都可以用这个去解释。只是要如何用语言或文字来形容我脑中的世界并不容易。

内外:一个相对的参考体系。能被观察和测量的事物(一个观测系统)总是相对于一定的时空环境而存在。这个观测的事物称为内,相对的时空环境称为外。

平衡:事物发展的趋向。

力:自然界的四种基本力;强力>电磁力>弱力>引力。我们之所以能感知空间的存在正是因为有这四种基本力的相互作用。

能:多种不同形式的能量能量守恒定律,能量的传递。有一种说法是能的传递代表了时间。

主要有两条原则:


1,力能转换

氢气和氧气燃烧的实验很多人都知道!2个氢分子+1个氧分子燃烧后得到2个水分子,这个过程会放释放出能量。但能量守恒定律告诉我们:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失。那能量从何而来?答案是化学键:纯净物分子内或晶体内相邻两个或多个原子(或离子)间强烈的相互作用力的统称。化学键在本质上是电性的,原子在形成分子时,外层电子发生了重新分布(转移、共用、偏移等),从而产生了正、负电性间的作用力。根据这种电性作用的方式和程度不同,所以将化学键分为离子键、共价键和金属键等。

假设氢分子中2个氢原子之间的化学键用A表示(随便写的代号),氧分子中2个氧原子之间的化学键用B表示,水分子中氢原子与氧原子结合的化学键用C表示。已知化学键断裂吸能,化学键形成放能。单从能量来讲,由其过程放热可知,断开2A+B的能量要小于形成4C的能量。(当然,对于这些有专业的名词来用以说明:键能、键长、键角。不过我并不打算在这问题上深入!)前面说过化学键其实也是一种力,所以也可以表示成断开2A+B的力要小于形成4C的力,宏观来看就是:粒子间总的作用力增加了。

假设:如果系统对外放出能量,则系统内粒子间总的作用力会增加。如果系统对外吸收能量,则系统内粒子间总的作用力会减少。

这个假设是否成立,还得请科学家帮忙证明!

不如我们先来说说另一件事,水变成冰的过程。水在放出能量形成冰的过程中,水分子之间氢键会把水分子结合起来形成有规则的空间结构。这种结构比液态水分子的间隙更大,所以水形成冰后体积会变大。但这种结构也比液态水分子的结构更牢固,所以水形成冰后会变硬。

分子的空间结构能够决定物质的性质,比如上面提过的硬度,让分子或原子形成这种空间结构的本质还是力,也就会受到能量的影响。受热后能量增加,粒子间作用力减小,在分子结构不发生改变的情况下,其硬度自然降低。反之大多数物质在低温条件下硬度也会增加。

2,力能平衡

在一个观测系统内,能量既不会凭空产生,也不会凭空消失。所以有一个外部环境来对内传递能量,而且系统总是趋向力与能的内外平衡。除了宇宙之外的虚空,外部环境不对内部产生影响的观测系统不存在。(绝对静止状态的粒子是无法被观测的,能被观测到的粒子,都是处于运动状态。)

假设:运动状态的粒子所含的能量大小与粒子间作用力的关系:粒子所含能量越高,粒子间作用力越小。粒子所含能量越低,粒子间作用力越大。系统所处的外部环境决定了系统内部能量的传递方向。但如果外部传递的能量数级不够大,则能量传递仅在分子及原子层完成。

(注意:亚原子级的量子世界,强力和弱力的作用方式会表现得不同于电磁力和引力。)

小结:基于上面的两个假设:能可以被储存为力,力也可以变成能。一切事物都是力与能相互转换过程中的内外平衡。或者说:力是能量的一种稳定形态。


声明:内容仅为个人的一些想法与猜测,部分内容未经科学证实。敬请注意!

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