能量是万物的尺度—麦克斯韦妖随笔之七
"万物的存在、运动与变化 ,都可以用能量来量度。"
在这组文章之二中，说到了能量的定义，能量的各种形式，以及人们认识能量及能量守恒定律的历史概要，这篇文章要从更深的层面上对能量作一些分析。
01 又说能量
能量，据说在300多年前，在人类的文明中还没有这个词汇，到了16世纪西方有一个叫锡德尼诗人，在他的作品中首次出现了这个词汇，估计这个词汇并不与物理学有多大的关系，因为该词汇的出现一个多世纪后牛顿理论才问世，而牛顿的著作中没有能量。
18世纪虽然许多物理学家已涉及了各种形式的能量，但也没有明确提出能量这一词汇。首先在科学的领域里提出了能量这个词汇的是英国物理学家托马斯·杨。在19世纪初，他把质量与速度平方的乘积说成了能量（与牛顿同时代的莱布尼茨称作活力，见这组文章《之二》）。到1843年哈密顿建立他的理论时，能量概念仍然没有出现。这个概念被物理学“捕获”，可以考证的是1851年，开尔文在他的著作中阐述热一定律时，首次明确提出能量这个名字，并宣称与能量相关的规律应当是物理学中“第一法则”。
能量，是地球上一切生物都不能须臾离开的东西，而这东西全部都来自太阳。地球表面每平方米每秒接受的太阳能量平均约为103焦耳。我们生活中的每时每刻都在与能量打交道。你坐在这里读这本书，你的体表要向外扩散热能，你的脑子进行思考、眼睛注视着页面，这都要消耗能量。人能运动，能工作，正如《之二》中提到的德国化学家李比希说的那样，这是我们吃进的食物提供的能量，一个大馒头提供约103千焦的能量。像我这样一位70千克的人，睡眠中每秒消耗约60焦耳的能量；坐着在这里写作每秒约要消耗80焦耳的能量；散步每秒要消耗250焦耳的能量。人的心脏是一个“既敬业又勤劳”的器官，每昼夜搏动约10万次，每次搏动约消耗1焦耳的能量，一只馒头的能量供它一昼夜消耗还绰绰有余。
能量，无论是在相对或绝对的意义上，这一概念都具有极大的普遍性，它的应用远远超出了物理学的范畴，已经覆盖到所有的自然科学领域。科学概念的力量在于它能解释和统一种种自然现象的能力，在这方面，能量概念也许是独一无二的。
科学包含着不同的科目，不同科目也会具有不同的原理，但是关于能量的原理似乎在各种情况下都是不变的，都是正确的。无论是我们仰视宇宙的无边疆域，还是俯察亚原子微小领地；无论是天空飞行的飞机，还是地面上奔跑的汽车；无论我们煮一碗饭，还是点一盏灯。能量定律都能适用。能量被证明是人类生活所有领域中具有最重要意义的概念，还是一个仍然在不断的认识、探索之中的一个概念。
02 对能量定义的分析
关于对能量的定义，教科书中约有以下几种说法。
“能量是用做功来量度的物质性质”；“能量是物质的一种属性，可用做功来量度”；“能量是物体对外做功能力的量度”；“能量是系统做功的本领，一个系统的能量，就是这个系统能做功的数量”。
如果对这些说法作一个归纳，应当是这样的：能量是物质系统（一个物体，或多个物体的组合）的一种属性；这个属性是指物质系统都具有做功的本领或曰能力；这个属性还可以用做功的数量进行量度，即可以用能做多少功的数量来量度系统的这种本领大小。
关于能量的这个定义，可以做以下几点说明。
第一，任一物质系统都具有能量。
能量既然是物质系统的普遍存在的属性，那就是说，任一物质系统都有能量，都具有做功的本领。
第二，是系统的一种“本领”或“能力”。
能量既然是系统的做功本领，是系统的一种“能力”。“能力”有大小，但没有形状和颜色，更没有温度与质感，是一种非物质的存在形式。
第三，物质系统是能量的载体。
既然能量是系统的一种“本领”或“能力”，那它一定是属于这个系统的，是附属于系统的一种存在。这就像一个人的能力，是依附于这个具体的人而存在的，人是能力的载体一样。
第四，能量会传输与转移，但不会丢失。
按定义，能量是物体做功的本领，本领的大小可以用做功的多少来量度。比如，A（一个人）推动B（一本书），使B动起来，A具有做功的本领（能推动书），但要消耗了能量（化学能），即消耗这种做功的本领，而B获得了能量（动能），即B获得这种做功的本领。这里的“本领”可以传输（从A到B），还可以有不同形式的转换（在这里是化学能到机械能），但不会丢失，显然，这里的本领与我们通常理解的“本领”或“能力”并不完全一样，而更合适的词汇却没有。
第五，某物质对象所具有能量，是它能做多少功，而不是它做了多少功。
某物质对象的做功能力与能做多少功是两码事，有能量不一定能做功。地球上的海水存储了巨大的能量，但没有一个低温的冷源，无法实现热量的流动而做功，而建立低温冷源目前还是一个得不偿失的难题。由此可见，利用能量做功是有一定的条件的，有时这个条件还无法实现，因此永远也不能做功。这就像有人有一张银行卡，上面具有的款项就是这张卡的“能量”；能做多少功，就是用这张卡去消费，消费了多少，卡上刷去了多少现金——这才是做了多少功。而消费是要有一定外部条件的，在千里大漠，在原始森林，没有可消费的地方，这张银行卡虽然有“能量”，但也不能“做功”。
第六，麦克斯韦妖一定要消耗能量。
前文中说，麦克斯韦妖在操作的过程中，因为没有接触系统中的任何成员（分子），因此小妖没有对容器内分子做功，该系统的能量不会有变化，小妖似乎就不用消耗能量。
我们来考察小妖的工作，虽然它没有对任一分子做功，但它不停地开关阀门，总在使阀门不断地从静止到运动，又从运动到静止，而阀门一定是有质量的，它不断获得机械能，必须有小妖给予它能量，因此，小妖是一定要消耗能量的。
另外，它要准确、适时地开关阀门，使阀门总在运动变化中；它还必须获得每个分子运动的信息来决定自己的操作行为，这也要消耗能量。小妖要消耗能量就必须先存储能量，而能量是要以物质作为载体的，可见，在物理世界中小妖必须是物质的，可以存储能量、可以触摸、有质感的一个妖精，它在工作中必然会不断地消耗能量。
03 关于 E = mC^2
爱因斯坦对20世纪物理学的发展有着重要的作用和影响，而其主要的成就是建立了狭义相对论和广义相对论。
在狭义相对论中，爱因斯坦发现了一个重要公式：E = mC^2。这个公式是对能量认识的一个重大的突破，表述了大自然一个最基本的关系。公式的基本含义是：任何物体的总质量等于该物体的总能量除以C^2，由于能量是做功的本领，公式的实际上还指出任何质量为m的物体，应当能做 mC^2的功。任何一个物质系统，质量是它存在的标志，因此正如上面所说的，任何物质系统都有做功的本领，是物质系统本身就具有的基本属性。
爱因斯坦还有这样的看法：一个物体的质量全部都是由不同形式的能量形成的，比如电能、引力能和核能等，质量就是被锁在物质内的能量，是一种潜在的贮藏的能量，可在恰当的条件下释放出来；不仅一切质量有能量，而且一切能量也都有质量，能量和质量本质上是等当的，是同一种东西。
若在我们面前放着一张纸，或一支笔，总是要由一定的“量”来表征它们的存在，那就是它们的质量，即它们含有多少个分子、原子，这些分子、原子，都是能量的果实，是被锁住了的能量，因此，有了质量也就有了能量，或者说能量就是物质，物质就是能量。
在这个公式中，因为C值很大，它的平方就是一个更大的数。由此，即便一个物体获得很大的能量，也只能增加了很小的质量，或者反过来，一点很小的质量就可释放出很大的能量。比如，你把一吨重的一块大石头，提高100米，势能增大了，质量也增大了，质量的增加为△m = △E /C^2 ，约10-5毫克，只增加了一粒尘埃的千分之一那么点儿质量。
又比如，在核裂变的反应中，反应后能生成大量的能量而损失质量却不多。1千克的铀发生裂变，其质量损失约为1%，即10克左右。约能产生9×1014焦耳的能量。我国人口14亿，若每人的平均体重为50公斤，则可以将这么多人一齐提升到1300米的高度。这个能量显然惊人。
在高能物理实验室中，这一公式被无数次证明，是一个正确的公式。
我们知道，构成通常的实物是质子、中子和电子，物理学家还发现了另外三种对应的实物粒子，分别叫做反质子、反中子和反电子（正电子）。如果把一个反粒子带到它对应的粒子附近，两个实物粒子就会完全消失而产生高能辐射。实验表明，任何质子、中子和电子都可以通过这种方式湮没，而转化为高能辐射，测量高能辐射的能量，就等于这对粒子的质量之和乘以C的平方。
在广义相对论中，爱因斯坦提出了更加惊人的关于质量-能量的看法。
他说一个物体的质量会使其周围的时空发生变形。对于质量小的物体，这种变形非常微小，以致不能被观测出来，而对于质量巨大的天体因为周围有强大的引力场，空间会发生畸变。质量大的物体，其周围空间的引力强，时空密度就显得大，在这里，钟走得慢了，尺子也变短了。因此，根据这个理论，时空的形状是由质量来决定的，而质量是由能量形成的，因此也可以说是能量的分布决定了周围时空的形状。
空间的弯曲
对于地球上熟悉的现象，如物体的下落，子弹的飞行等，广义相对论与牛顿理论预言近乎全同，但是理论上的解释却有天壤之别。比如地球绕太阳运动，牛顿理论认为是引力，像是从太阳上“长出”了一根绳子系紧了地球，甩着地球绕太阳转，这很直观，也很形象，好理解；广义相对论认为这是太阳巨大的质量形成的空间的弯曲，地球就是在这个弯曲的空间里运行。
按爱因斯坦的说法，是不同形式的能量形成了质量，因此时空弯曲根源还是能量，是能量造就了这个让地球运行的弯曲的空间。当然不是说弯曲的空间就是地球绕太阳运动的环形的圆圈，相反，这是一个异常复杂的谁也说不清楚（包括爱因斯坦本人）的三维弯曲的空间。
04 浅说量子场
20世纪前二十几年里，先是相对论出现了，后来又有了量子论。这两个理论在两个方面拓展了牛顿物理学：相对论将牛顿理论放到与光速（3×10^8米/秒）可比拟的高速世界中，这是宇宙中最快的速度；量子论将牛顿理论投入到原子、电子运动的微观的世界中。
然而，这两个理论都有不足之处。相对论不能用来处理小尺度范围内的物理现象，而量子力学在高速的情况下不适用。因此两个理论都不能解释小尺度区域中的高速现象。人们就想，能否把这两个理论结合在一起，构成一个新的理论，来处理一切空间尺度、一切速率范围的物理现象呢？
答案是肯定的，这个理论在1930——1950年期间逐步建立起来，叫量子场论。
该理论有自己清晰的世界图像：物质世界存在的本原形式是各种场，比如引力场、电磁场、物质场（物质与能量本身及其形成的场，譬如天体及其天体万有引力形成的场）等，这些场充满了整个宇宙空间。自然界发生的每个件事都是这些场的运动与相互作用的结果。这些场的量子化会生成微小能量包，称作量子，亦即微观世界的各种粒子，不同的粒子就是不同的场生成的。自然界的一切辐射粒子和实物粒子都是这些量子以及它们的组合。
物质构成的阶梯图
量子场论可以画出这样一张“物质构成的阶梯图”来：宏观物质 → 分子 → 原子 →原子核 →核子（质子、中子）→夸克、电子→场。这里的夸克和电子，可认为是构成宇宙万物的最小砖块，它们来源于场的相互作用而生成的粒子。
实验告诉我们，质子与中子是由三个夸克构成的。由E = mc^2，计算表明，质子与中子的质量90%来自这些粒子内部的夸克强作用力场的能量。由于寻常物质的质量的99%来自质子和中子，这就是说，寻常物质的大约90%的质量来自夸克之间强大的非实物的场，而其余10%来自于充满整个宇宙中希格斯场，这个场会与实物粒子（夸克、电子等）发生相互作用，其能量就是剩余的10%的质量的来源。这就是今天人们对于宇宙间万物质量起源的终极解释。总之，一切质量都来源于场的能量。
上面提到的希格斯场，下面作一点解释。
希格斯场
希格斯场是英国物理学家希格斯于1964年提出的一个想法，这个场与别的场一样，也必然存在这个场相对应的能量子——希格斯粒子。这一粒子长期以来成了物理学家理论上假设的一种基本粒子，著名美国粒子物理学家莱德曼（1988年诺贝尔奖得主）称这种粒子为“上帝的粒子”，是“指挥着宇宙交响曲的粒子”， 现已成为整个粒子物理学的研究的中心，可见这种粒子的重要性。 2011年12月13日，欧洲核子研究中心的大型强子对撞机侦测到有希格斯粒子出没的迹象。到2012年7月31日，实验物理学家发现了希格斯粒子，发表的论文详细地描述了新发现的希格斯粒子衰变的过程。2013年诺贝尔物理奖发给了与这项研究相关英国理论物理学家希格斯等两人。
关于希格斯粒子还有一段趣闻，早在2000年，斯蒂芬·霍金与美国物理学家凯恩打赌，霍金认为希格斯粒子不可能存在。希格斯粒子的发现，霍金输了100美元，而希格斯本人从提出到发现足足等待了48年，才被世人发现与肯定。
如此说来，宇宙的本原是场，粒子只是由场的组合出现的次级现象。放在眼前桌子上的书，都只不过是波动的力场的一种组态，是场的一种“织物”。由于桌子中的电子力场排斥书本中的电子力场，使得书不会从桌子的场——虽然是一种虚空——中掉下来。人的眼睛也是场的一种组态或曰堆砌，眼睛能看到桌上的书，是因为书的力场发出的电磁辐射与眼睛的场发生了作用，使你的眼睛看见了这本书。宇宙原貌不是由我们能触摸到的实物来构成的，一切实物都是由量子化的场“编织”出来的。
场是什么，场就是携带着一定能量的像烟一样飘渺的虚空，宇宙的原貌就是虚空。莎士比亚戏剧《暴风雨》第四幕的第一场中有这样一句台词：“构成我们的材料也是构成梦幻的材料”，若用在这里似乎既形象又贴切，怪不得美国大物理学家惠勒说“也许莎士比亚比我们自己更理解这个宇宙！”
牛顿认为虚空中运动的不可摧毁的原子是构成万事万物的砖块；量子场论则认为由相互作用与运动的场才是一切实物包括原子在内的基本存在，是万物的根源。看来，原子构成的物质世界已经过时，物理学对宇宙的看法变了：宇宙从坚实的原子幻化成了飘渺的场；从粒子绵延成波，从一个点弥散成一个区域；各种场的组合才是我们感知到的实物，其质量仅仅是由这些场的能量结出的果实。
05 宇宙有多少能量
18世纪中叶，开尔文与他同时代的科学家根据能量守恒定律，提出了这样一种看法，上帝将能量作为一份大礼赐予了人类，这份大礼是神圣的，既然是上帝送的礼，当然与人类的任何活动无关，是一个恒定的量。
那么，宇宙间到底有多少能量呢？这是衡量上帝“慷慨”或“吝啬”的一个指标。
这份大礼的“量”究竟是多少，还得从现代物理学提出的宇宙如何出现说起。
现代物理学认为，所谓的真空不是不包含任何东西的空间，不是完全的虚无，而是存在着场。在这个场中，会有一定的几率随机地出现具有一份一份能量的小包。
美国高能物理学家古斯根据这些观点，提出了他的“宇宙创始”说。这个假说也许是目前为止，对宇宙出现的最早时刻发生的详细情形给出的一个最好的描述。这个假说这样说，在真空中极小的亚微观尺度上，发生了一次能量的量子涨落事件，出现了一个极小的但具有一定能量的小包。这样的量子事件可能会由于相反的量子涨落，很快就消失掉，成为一个虚无事件，但还有另一种可能性，它非但没有消失，反而会像一个气球那样突然“胀”起来，出现一个真实的有物质存在的空间。
这是一个极小概率的事件，是一个奇迹。
宇宙就是从这样的奇迹开始的，其详情是这样：在一真空区域中，根据量子理论的不确定原理，会偶然地出现一个能量小包——即量子，其直径约为10^－35米，存在的时间约为10^－43秒，这个小包的能量围绕着它的统计平均值随机地出现不同寻常的涨落，涨落的能量大小约为109J，相当于一只汽车油箱的汽油所具有的能量。根据E＝mC^2，这么多能量相当的质量是0.01mg，一颗尘埃的质量。这听起来不是很大的能量，但是塞在这么小的一个区域中，就会产生一个极高的大约10^32K温度，如此高的温度，这个小能量包就立即开始膨胀，宇宙大爆炸就开始了，在一个极短的时间内，宇宙会经历一次极为猛烈的、短暂的、指数式的膨胀，称作“暴胀”。暴胀结束后，宇宙还在膨胀着，直到我们现在这个样子。
按爱因斯坦的公式，物体的质量是与能量是成正比的，质量越大，包含的能量也越大。然而，由于存在着质量，物质之间会出现了引力，质量越大的物体之间引力也越大。物体间的引力会降低相互作用的物体的总能量，引力的作用对总能量的贡献是负的，因此当我们把星系之间，以及星系内部的恒星之间的引力作用都加起来的话，那么原先按照质量相加所得到的总能量就会大大地减小。如果质量与引力的作用二者对能量正负效应相等的话，那宇宙的总能量就是零。
古斯提出的理论也对宇宙间究竟有多少能量做出了解释。理论首先指出了宇宙间为什么存在着这么多的物质，粒子是从能量中创生出来，粒子具有正能量，而这些粒子的质量产生的引力场具有负能量，从而宇宙的总能量趋近于零。在宇宙体积急剧加倍膨胀（称作暴胀）的早期，可以制造粒子的总能量变得非常之大，以致于我们的宇宙现在大约拥有1亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿（1后面跟80个零）个粒子。然而，随着宇宙的膨胀出现的巨额负引力势能，会始终保持着能量的收支平衡。天文学家们能够测量出诸星系的质量，星系间的平均距离，以及它们的退行速度，从而计算出宇宙的总能量。计算的结果是在可观测的精度内总能量的值确实为零。
“慷慨”的上帝馈赠给人类的能量“大礼包”原来是空的！
关于宇宙间的能量，还有一个新的情况。
1998年，天文观察揭示着这样一个事实：宇宙不仅在膨胀，而且这个膨胀是加速的。这不是人们预料的结果，如果因为大爆炸宇宙向外膨胀，那么由于爆炸已经过去了140亿年，爆炸的余威应当越来越小了，膨胀应当减速；而且由于引力的持续作用，它是会阻碍宇宙继续“发胖”的。那么宇宙为什么还会加速膨胀呢？是什么原因推动着这种加速膨胀呢？
科学家们推测，全部的空间甚至包括真空，必定存在某种新形式的非实物的能量，这些能量的存在把空间向外推，使得星系间的空间变大，星体之间的距离变大，科学家称为“暗能量”，只有这种暗能量的存在，才形成了宇宙的这种膨胀形式。这代表了宇宙空间的一种性质，即空间自身可以具有能量，这种能量的密度不因膨胀而降低，并且促使空间膨胀的速度越来越快。但问题是，宇宙空间为什么会有这样的性质，并具有能量呢？
这是一个令人惊讶的新概念，这个概念是1998年随着发现宇宙膨胀的加速而提出来的。从观察到证据表明它的存在是确定的，但它到底是个什么东西，至今还不清楚。目前物理学家和宇宙学家对于暗能量仍然是一无所知。这就使得“暗能量”不是物理学中的一个确切的“概念”，而是宇宙学中最为艰深的一道难题。
爱因斯坦说，一切形式的能量都有质量，而质量会影响空间的弯曲程度。科学家从宇宙背景辐射获得的信息，能够推断出宇宙中暗能量的含量。把这个暗能量对应的质量，加到宇宙中的发光物质、不发光的寻常物质和暗物质（亦称“奇异暗物质”，以与别的不发光成分如星际间的气体、中微子和黑洞等相区别，而后面这些是由现在已知的物质形式构成的。它的发现是因为观测发现恒星与气体云环绕它们的星系中心公转时，其速度是如此至高而会发生飞散，除非星系中心有比我们实际观测到的多许多倍的物质产生的引力，才能维持速度如此之高的公转，这些未观测到的大量物质就是暗物质）的质量上，得出的总质量正好是使宇宙的总体空间几何形状变得平直所需的质量，于是，宇宙平直的性质、宇宙的加速膨胀和暗能量这些东西的相互配合，一起就构成了一幅出乎意料又与观测相符的宇宙图像。
2013年普朗克卫星给出的结果
然而，暗能量的出现为“宇宙是由什么构成的”这个古老的问题提供了一个全新的答案。从对宇宙的膨胀和微波背景的观测表明，宇宙主要是由暗能量构成的！宇宙有73%是暗能量，23%是暗物质，接近4%是不发光的“寻常”物质（包括星系间的气体、中微子和黑洞），只有0.4%（还不到1%的一半）就是我们能见到的那些东西。宇宙比我们能想象到的还要离奇，它的96%是我们完全不了解物质和能量构成的，剩下的4%中又大部分是不可见的，而可见的物质，即我们通常以为的宇宙万物——脚下的地球、地球上可见到的一切，月亮、太阳、银河系、河外星系等等，只占有宇宙构成的1%还不到！
如此看来，宇宙的主要部分对于我们还是一个谜，宇宙中全部能量的主要部分我们竟然一点也不知道是什么。
06 能量究竟是什么？
根据以上的论述，我们可以归纳一下，看看能量是什么。
用牛顿理论讨论物体的机械运动，定义了能量。说能量从属于一个物质系统，是这个系统的做功的能力，或者说，能量就是物体的做功本领。
在狭义相对论中，爱因斯坦说一物的能量等于其质量乘以C2。由于能量是做功的本领，任何质量为m的物体，就能做 mC2的功。爱因斯坦还说，不仅一切质量有能量，而且一切能量也都有质量，能量和质量本质上是等当的，是同一种东西。这就是说，能量就是质量。
现代物理学又说，你看到的书，敲击的键盘，踩的地，以至包括我们自己，都是携带着各种能量场的叠加结出的“果实”。这是说，宇宙间的万物都是能量的叠加，而每一物都是锁住的能量。
量子场论说，真空中的一个能量小包，就是一个微观粒子，那么微观粒子就是能量；引力场可以抵消物质场的能量，就是说，“引力场”与“能量”也是同一类的物质存在形式，引力场看不见、摸不着，又说是一种负能量，这里所说的能量又是什么？
古斯说一个真空中能量小包，可能会成为宇宙的一颗种子，导致了一个宇宙的出现，能量成了偌大宇宙的种子；又有物理学家说，今天宇宙的不断膨胀，是因为一种“暗能量”在起作用，能量是宇宙不断膨胀的原因；爱因斯坦说，能量决定着宇宙空间的形状，也决定了宇宙间万物的运动轨道；不少科学家说，决定了万物的运动、变化、生长，是能量，决定着人类的命运、决定了宇宙的明天也是能量。
从物质世界看来，能量几乎就是一切，那么，能量究竟又是什么呢？
如此看来，能量这个概念，随着人们对物质世界认识的不断深入，其内含也在不断地深入与丰富，至今，我们对这个概念的认识，恐怕还不清楚。这正如大物理学家诺贝尔奖得主费曼所说的那样：“我们并不知道能量是什么，而在当今物理学中认识到这一点是非常重要的。”
07 能量是万物的尺度
古希腊的哲学家普罗泰戈拉（约公元前481-约前441年）认为人都是根据自己的感觉对事物做出判断的：一阵风刮过来，有人感到冷，有人感到不冷，人的不同感觉确定了风的不同模样，人的感觉就成了风的“尺度”。 由此，他提出了一个著名命题“人是万物的尺度”。强调人的作用和价值。因为神不能被他感知到，因此他对传统的宗教神学提出了质疑：“至于神，我既不知道他们是否存在，也不知道他们像什么东西”。
事实上人们大都是从感知出发，从看到的、触摸到的东西感悟这个世界，认为世界是个什么样子。诗人、文学家对山川河流的描述，也都是以他个人的感悟作为一把“尺子”，“量度”出这些物的“形与神”，只是“量度”得那样绘声绘色，久为后人传颂而已。
科学当然不全是这样的，它认识事物也是从感知开始，即所谓的观察，但要结合慎密的思考，通常还要有实验这个中介，让观察与思考不断地发生相互撞击，从而找出规律。伽利略是这种科学方法的首倡者，他用这种方法否定了亚里士多德以直觉为主建立起来的物理学。因此，在科学领域里，感觉显然不能作为度量万物的尺度。
然而，在科学领域里，自然界为我们提供了一把尺子，现代物理学找到了这把尺子，那就是能量。某物的能力可以用能量来“量”，某物的运动可以用能量来“度”。
宇宙也是可以用能量来量度的。
宇宙如何生成，为什么刚出生就暴胀，宇宙有多少净能，宇宙空间是什么形状，宇宙的空间为什么至今还在膨胀，宇宙的寿命有多长，宇宙间的万物及其变化都可以由能量来量度，而且宇宙自身的演化也可由能量来确定。
尽管今天的物理学并不完全知道能量究竟是什么，但能量作为万物的尺度是一个无可非议的结论，无论那一个概念都不能替代它的确定地位，是能量统一了全部物理学；能量的概念与定律有助于我们对物质世界的任何过程的思考和把握，帮助我们弄清事实的真相；能量概念的出现，物理学才找到了自己的灵魂，人类才找到了量度自然界的一把尺子。
