文章来源：科学网鲍海飞的博客（收藏有删减）2018-1-17 12:34 什么是能？什么是力？这是认识理解物质世界的一个根本性问题。在力学中，定义力与位移之积便是功，于是功便成为一种量度‘力’的物理量，所以力也可以看成是能量。力分为动力和阻力，具体的又有电力、磁力、机械力、支撑力、摩擦力、耗散力，甚至化学力。功或者能的类型有机械能、电能、化学能、太阳能等，进一步，比如，机械能又包含了动能和势能。 网络上有人提出了‘势能不是能量’的观点。如果势能不是能量，那什么才是能量？更进一步，物理学究竟的研究是什么？能量或势能的本质是什么？能量的作用形式和表现形式又是怎样的？如果认为质量与速度平方之积是一个物质所表现出的能量，那么能量的源泉在哪里？ 也许，‘势能不是能量’是由动能公式E = 1/2（mV2）派生出来的认识，因为爱因斯坦质能方程E = mc2表明了一种物质包含的能量等于它的质量与光速的平方乘积。这个方程里不存在与位置r相关的物理量，明显的是只有质量和速度，而质量被认为是属于物质的内在属性，与速度之积代表能量，故是全部的能量。按照这样的理解，‘势能不是能量’似乎很有道理，至少爱因斯坦的方程里是这样说的。 那么，这是问题的全部答案吗？ 大约400年前的某一天，我们的主人公牛在他姐姐的苹果园里思考问题，树上掉下来了一个苹果！真是无巧不成书，苹果正砸在苦思冥想的牛顿头上。凡夫俗子定然是抱怨之后捡起苹果吃掉，然而这个苹果生来不凡，它给牛顿带来了灵感。牛顿拣起苹果没有急着吃，而是把苹果扔上去，苹果又掉下来了。大道至简，万物之秘被牛顿感悟出来了了。苹果为什么会掉下来？牛顿明白了：万有引力在作怪！ 苹果从树上掉下来意味着有一种力施加在苹果上，而且是引力。这个引力吸引周围每一个有质量的物体，它的一个表观属性就是质量。引力的大小与两个物体质量之积和距离的平方反比（作用能则与距离成反比）。如果单纯只考虑地球上的一个质量为m的物体受到地球的作用，且距离地球的高度为h，那么相互作用能即势能为mgh。此势能可以转变成动能。苹果自然落下，的的确确表明了势能是一种能量的属性，是一种内在的属性，是一种相互作用的属性，表明运动是绝对的，静止是相对的，这说明引力是绝对的，引力能是绝对的，势能是绝对的。 抛向天空的一个石子，需要给它一个初速度，然后石子要克服引力势能才能向外飞翔。当然，这个过程还要不断克服空气阻力。如果石子的能量得不到补充，石子只能越来越慢，最后会回到地面，这是引力在起作用。动能是能，势能更是能，势能的本质是引力能。 惯性体系的牛顿二次微分方程，一般是用质量-阻尼-弹簧构造而成，简单描述为：F=ma+cv+kx，其中左端F为作用力，右端第一项为在质量m上产生的加速度和相应的力，第二项是阻尼力，第三项便是弹性力。如果势能不是能，弹簧不产生力，那么这一项还有必要加吗？ 物理学研究物质与物质之间是如何相互作用和转化的，再如何通过这种转换或转化而为我们所用。力和能量是衡量这种转化过程的一种尺度。 张弓射箭也是一个势能转化成动能的过程。压缩的弹簧蓄积了势能，固体之间的拉伸和压缩，本质上是分子间的距离变化，于是有了分子间相互作用力。著名的雷纳德-琼斯势（Lennard-Jones，Φ（r）＝- A/r6＋B/r12，吸引力大约与r的-6次幂成正比；斥力大约与r的-12次幂成正比），是从分子的角度看问题，同样表明了势能的本质依然是引力能或斥力能。 如果没有引力势能，黑洞便不会跋涉千万光年来相遇发生缠绕，然后融合为一体，进而也就产生不了今天的人们发现的引力波，无论其是否是封闭体系还是开放体系。因此，势能的本质是引力能，动能也是引力能的一种表象。 希腊神话里记录了一个故事：一个叫西西弗斯的神，由于触犯了众神，诸神惩罚他，让他每天从早到晚把一块巨石从山下推到山上，石头一推到山顶之上，便又立即滚下山去，他便又追赶着石头到山下，再重新向上推去。日复一日，年复一年，他重复着这个永无止境又毫无意义的工作。西西弗斯并不是在做无用功，而是通过向上移动石头，不断提高势能，而消耗他自己的机械能，进而消耗他自己的化学能。因此作用和反作用才是根本，是物理学的基础。 物体具有质量，它的运动不仅是一种外在能量所表现出的属性，更是一种相互作用属性的表现形式。因此质量是能量的一种存储形式。也就是说，‘能’是指内在固有，而‘力’是‘能’发出去的大小；而‘势力’则不同，‘势’有背景之含义，进而衍生出力。 牛顿发现了什么，应该说，牛顿发现了物质间相互作用的引力，进而牛顿发现了引力能，也就是发现了势能，一个体系的作用势力范围（场）。牛顿发现物质间相互作用的规律，同时也就发现了作用力和反作用力定律。牛顿的发现是一个从现象到本质的过程，是距离与力的较量，也就是势（或能）与距离较量，解决的是物理学的基本问题之一。我们以往所说的‘运动是绝对的，静止是相对的’，应改为‘相互作用是绝对的，系统能量是固有的’。 如是评论说（鞍山师范学院王虹宇教授）： 你考虑一个弹簧的压缩。你可以认为弹簧势能是由于弹簧端点的位置发生了改变，于是写出一个加和量，叫做弹性势能。 但你肯定更愿意认为弹簧在压缩过程中，弹簧的材料发生了一些连续变形，在材料的内部蓄存了一部分能量，这个叫弹性场能。弹性场能的值存在于自然的零点就是完全不变性的那个状态。 同样，你可以认为重力势能来源于物体位置的变化，因此可以随意的给个初始位置来确定势能零点；但现在的物理学家更习惯于认为地球扭曲了周围的空间，空间本身的扭曲导致有某种类似于能量的东西蕴含在空间的每一点之内，这叫引力场场能。显然这个能量也存在自然零点，就是平直状态。 场能观点和势能观点本身，在不涉及运动的时候没有区别，但涉及到运动，就会出现明显的区别：首先是场能传递是局部的，也就是任何情况下场能只能从一个区域传到临接区域，而势能不存在这个问题；其次场能是满足E=mc2的，而势能因为没有自然零点所以不存在这个关系式。 认为势能不存在的，无非就是认为通常被说成势能的量，都只是场能的一种求和。至于信不信，喜欢不喜欢，力学和物理学毕竟不是一个学科，你怎么搞随便你。
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