能量的本质是什么？

马海飞

（http://blog.sina.com.cn/gfis 2013年8月12日）

“能量”(Energy)是物理学中的一个基本概念，但是，目前这个概念只能用在数学计算中，而在物理学的理论中却存在很大争议。其主要原因就是因为至今为止人们对能量的本质还没有清楚的认识。所以，“能量”还是一个难以在理论上进行准确定义的物理学概念。

从我们对能量的感性认识上可以知道，能量是一个客观存在的东西。能量与空间密切相关。如果没有空间的话就谈不上能量。能量也与实体有关。实体的质量大小与能量大小直接相关。另外，物体的运动速度也与能量相关。相同质量的物体运动速度越快能量越大。但是，能量却是一个看不见摸不着的客观存在。我们无法像研究实体那样地去研究能量。对能量的认识只能从各种物理现象和从对物质本身的认识上去间接获得。“能量”一直被一层神秘的面纱所遮盖着。揭开这层面纱就是物理学研究的主要目的之一。

那么，能量的本质到底是什么呢？

如果想要回答这个问题，我们必须要从能量的来源说起。只要我们仔细分析一下所有与能量有关的现象就不难发现，能量归根结底与物质和空间有关。这两个是产生能量不可缺少的最基本条件。物质包含了与质量和质量场等存在相关的所有因素，空间则包含了与物质的存在形式（例如运动和距离等）的全部相关因素。反过来说，如果没有物质和空间的话，任何能量都是不可能出现和存在的。不仅如此，这两个因素必须同时存在才可能有能量出现。缺一不可。这个事实告诉我们，能量是从物质和空间中产生出来的。

那么能量是如何从物质和空间中产生出来的呢？这就涉及到“物质”和“空间”属性的问题，也就是“什么是物质”和“什么是空间”的问题。

那什么是物质呢？随着质量场的发现我们已经清楚地知道，从属性上讲，物质实际上是实体与场的统一体。物质的实体属性是通过物质的“质量”形式表现出来的。而物质的场属性是通过“质量场”的形式在起作用的。

空间是什么？物理空间的基本概念就是“物质存在和运动的场所”。但是，实际上宇宙中具有两种不同的空间，一种是“绝对空间”。上面作为“场所”的那个空间概念指的就是绝对空间。另一种是“场空间”。因为各种各样的物理场也都可以是物质存在和运动的场所，因此，“场”也具有空间的基本性质。所以，从空间的基本概念上看，场空间也是一种空间。但是，场空间与绝对空间是不同的空间。绝对空间除了是一个“场所”以外并没有任何物理功能，而场空间不仅是一个场所，而且还具有物理功能。实际上，人类可以接触到的所有空间都是场空间。人类之所以接触不到绝对空间是因为绝对空间已经被物质的实体和场充满了。所以，我们接触到的空间并不是什么都不存在的，而是被场充满之后的空间。

场空间是有物理功能的。其物理功能来自于场分布的不均匀性。所以，我们接触到的实际空间是一个不均匀的场空间。是一个有物理功能的空间。

那么物质在场空间中是如何产生出能量来的呢？

首先让我们看一下静止物体“之间”存在什么样的能量。我们可以把树上的苹果与地球看作是相对静止的两个物体。在地球的表面存在地球的质量场。质量场也是一个场空间。质量场的分布是不均匀的。因此，苹果就处于这样一个不均匀的质量场空间中。质量场的不均匀孕育了重力加速度。虽然地球的质量场对地球是对称的，但对苹果来说却是不对称的。物质的属性关系决定了只有当质量场与物体质心之间处于完全对称时才是最稳定状态。如果质量场与物体的质心处于不对称时，物体就必定以动态方式去平衡质量场与质心之间的不对称性，因此而产生出运动。因为地球的质量场对苹果而言是不对称的，因此，苹果就处于一种随时改变存在形式的状态下。如果没有树枝拽着，苹果就会以自由落体的运动形式去平衡地球质量场与苹果质心之间的不对称性。然而，苹果连在树枝上，树枝阻止了苹果的自由落体运动而让它始终处于一种潜在运动的趋势下。苹果如果一旦开始运动，场与质心之间的对称性就会发生改变。这就是势能。所以，我们可以说，势能就是改变场与实体之间对称性的潜在能力。势能的存在前提必须是苹果和地球都具有质量和二者之间具有空间距离。如果苹果与地球之间没有距离的话，场不对称是不具备潜在改变可能的。因此它们之间的势能是不存在的。

当苹果熟透之后，它就会从树枝上掉下来。苹果就会产生自由落体运动。在这个运动过程中，苹果自身的质量场与其自身的质心之间随着运动速度的不断增加而变得越来越不对称。也就是说，本来地球质量场与苹果质心之间的不对称在苹果做自由落体运动的过程中自然转化成了苹果自身质量场与质心之间的不对称。从而势能转化成了动能。从一种场与实体之间的不对称形式转化成了另一种场与实体之间的不对称形式。因此而使得苹果产生出了动能。

从上述解释中可以看出，重力势能是外部质量场与内部质心之间的不对称产生的。而动能是物体自身内部的质量场与质心之间的不对称产生的。不管是那种形式，都是场与质心不对称的结果。所以，可以说，能量的本质就是场与质心之间的不对称。能量的大小与质量有关，因为质量越大的物体质量场密度越大，改变其对称性的难度越大。能量的大小与物体的运动速度有关的是因为运动速度越快的物体其质量场与质心的不对称性越大。从而，能量就可以被理解成为：是一个物理体系的场与质心之间的不对称对另一个物理体系的场与质心之间的不对称状态的改变能力的大小。

除了动能以外，其他的能量形式，例如光能、电能和热能等的本质也都是相应的场与相应的实体之间的不对称产生出来的。在本质上是与动能或势能一样的。因此，用理解动能与势能的思路去理解其他种类的能量应该是没有问题的。

能量之所以会守恒，就是因为能量的传递就是不对称性的转移造成的。例如一个运动中的康乐球本身的质量场与质心之间是不对称的。当它沿着连心线的方向撞击到另一个静止不动的康乐球上时，原来运动的康乐球的场与质心的不对称状态全部转移到了那个原本静止的康乐球上（假设摩擦力为零）。

总之，能量的本质就是物质的场与实体之间的不对称性。能量的大小与它们不对称性的大小直接相关。对所有的能量都可以从这个角度去认识。一个物体的场与质心之间的不对称性具有改变另一个物体的场与质心之间的对称性的能力。这个能力的大小就是物理学中的能量。在重力现象中是通过场的相互作用来改变另一个物体本身质量场与质心之间的对称性的。在实体碰撞的过程中是通过实体之间的相互作用来改变另一个物体本身质量场与质心之间对称性的。其他能量形式中的相互作用都属于这二者中的一种。