《物质信息论》第二章 三位一体的世界—物质、能量、信息 2

   

2-1.2  相对能量和极限能量：

能量仅仅是相对于系统范围和系统所在的层次而言。爱因斯坦质能方程式E=mc2 表示的是物质系统在光子层次上的能量，光子层次是物质分解的极限层次，因而mc2是物质的极限能量，它并不说明任何物质系统都能释放出这样大的能量。极限能量的释放需要在特定条件下进行。

物质系统如果在某一个物质层次上达到了平衡态，我们就认为这个物质系统在这个层次上的能量为零。如果它与另一个与之非等态的平衡物质系统相遇，那么它们结合成一个新的更大的物质系统，这个新的物质系统是不平衡的，是有能量的。两个各自平衡的气体物质系统加在一起可能是不平衡的物质系统，两个各自能量为零的物质系统合成新系统后就有了能量，然后在热力学第二定律的作用下，达到新的平衡态，系统能量变为零。但是气体系统在合并以后无论平衡与否，分子层次上的能量即分子间的相对运动是不为零的，并且在分子层次上能量守恒。

 

   能量传递有三种形式，一种是质量运动；第二种是动能转移，如粒子碰撞，机械传动等；第三种是波动。通过波动可以传递“纯能量”和信息（不必传递静质量），自由态的光波（电磁波）是“纯能量”（光子没有静质量，但光是有质量的，这已为科学实验所证实）。声波、水波及其他机械波是通过束缚态能量中部分动能的周期性转移来传递“纯能量”的。光波本身就是能量的载体；声波、水波及其他机械波所传递的能量以有质量的物质载体的部分动能和势能形式存在，通过动能和势能的相互转化将能量传递出去。电磁感应的能量传递过程包含了动能转移和波动两种方式，这里的动能转移是导体的动能和导体内自由电子的动能的相互转移，这里的波动是电磁场的波动。

 

 

   2-1.3  什么是力？

   力就是作用关系。

力是一种关系，是物质与物质之间的一种直接关系，而关系属于信息。力是能量传递（能量转移）的形式，力（作用）的结果是转移了物体的能量。能量转移的表现是得到能量的物体和失去能量的物体都会发生状态变化，包括形状的变化、惯性状态的变化等。

物体所产生的力又可以看成是物体在与它物发生作用关系时所显现的性质，这种性质是物体的内部某些关系的呈现，不同的力，如万有引力和电磁力，其背后的内在关系是不同的，但是不同的力可以产生相同的效应，比如，可以使物体产生形变。我们可以利用这种相同的效应的程度来对不同的力进行量的比较。物体的其它性质，例如转矩、功、能量，各自的背后都有着不同的内在关系，都是不同的内在关系的呈现，并且都是在与它物进行相互作用时从他物的变化中得到显现，这些性质也都可以利用各自所产生的相同的效应来进行量的比较。

 

力作为物质的一种可以度量的性质（作用关系的呈现），或者说作为物质的可以度量的作用关系，是能量不平衡的表现，是表征势能的释放趋势的一个量。力是物质间的相互作用，并且能够引起物质间进一步的相互作用，相互影响，引起物质间的联系，引起物质和能量的运动。在势能全部释放之后，物质进入完全平衡态，表征这种势能的力也就消失了。

力作为作用关系，它可以影响物体之间的时空关系（特别是形变）。我们看不见“力”，我们也不能测量到“力”，我们只能通过测量物质体的形变来间接地探测和测量“力”。物质体的时空关系包含着三种关系：质量的数量关系、空间的数量关系、时间的数量关系。

力呈现为事物相对于自身的非均衡性变化趋势。

如果世界上不存在力，那会怎么样呢？没有力的世界会另有一番趣味，哦，倒不如说是毫无趣味：一切物质都会分崩瓦解为基本粒子，这些基本粒子都做自己的惯性运动，相互之间畅通无阻地穿过，宇宙会无限地膨胀下去。在这样一个世界里，没有生命，没有星球，连我们常见的凝聚态物质都不存在，这里也没有任何事件的发生，没有能量，没有温度。

 

力是使物体改变其状态的效应，或者是抵消另一个改变物体状态的效应的效应。力的作用对象是物质，力的产生源泉也是物质，力是物质之间的效应，力是物质之间的作用关系，力的数量跟物质的核心性质??质量是相关的。

牛顿第二定律描述了力的作用对象是单体物质时的情形，或者说力的作用对象为最一般情况下的情形。万有引力定律说明了最一般物质产生力的情形，广义相对论则把这两种情况统一了起来。所谓最一般物质是指任何的物质而不是特定的物质（如有电性的物质），所谓最一般情况是指任何物质都会遇到的情况而不是特殊物质才遇到的情况。

 

能的源泉是物质惯性和力。正是由于惯性和万有引力跟物质质量有关，能量和质量才有了联系。力的本质问题早就交给比哲学更为专业和成熟的物理学了。

能量的存在在于物质惯性、力的不平衡，不平衡性也是差异性。我们前面说过，信息是物质存在和变化中的差异性。虽然能量、信息都跟差异性有关，但二者有根本性的区别。信息不决定于力，即使没有力，也会有信息。但是如果没有力，就没有能量，能量的存在是建立在物质的相互作用上的。

 

在黑格尔的哲学中也讲了力的概念，他的力不是物理学意义上的力，他的力是哲学概念，而且他的这个力的概念很混乱，例如他认为物自体也是一种力。在黑格尔的哲学中力是一种很抽象的概念（在别的哲学中也是这样），黑格尔没有也不可能讲清楚力的物理概念与力的哲学概念有什么区别。

现在我们就要对力的概念进行一次系统的梳理。

狭义地讲，力是物质间的相互作用，也就是物理学所讲的四种相互作用。但是无论是在日常语言中还是哲学中，人们所讲的力都不只是物质的直接相互作用，还包括更普遍、更复杂的间接相互作用。例如，用炮弹打击敌人所使用的是能量力，而政治攻势、心理攻势所使用则是另外的力。这就涉及到了广义的力。

我对广义的力的定义是：力是一事物对另一事物所施加的作用，它对作用的对象产生了影响。广义的力分为两种：一种是能量力，即物理学所研究的四种相互作用，这是狭义的力；另一种是信息力，即通过信息的传递而对对象产生影响。

信息力依靠的是信息传递，而信息传递必然依赖于物质或能量载体，物质、能量载体当然也会对作用对象产生直接的作用，但是这种作用相较于对对象所产生的整个影响来说可以忽略不计。信息力对于作用对象所产生的影响相对于它直接施加的能量而言是很大的，这种影响通常有以下几种情况：一，如果作用对象是物理的力学系统，信息力通过影响对象的初始状态（特别是初始方向）而对系统的未来状态产生大的影响；二，如果作用对象是层级控制系统，信息力通过影响其控制端的参数量值而对整个系统的行为产生影响；三，如果作用对象是关联群系统，信息力通过影响群系统中的群规则或群系统中关键因素的行为而对群系统状态和演化方向产生影响。信息力对后面两种系统的影响是建立在对第一种系统的影响之上的，因为层级控制系统和关联群系统在微观上都是由物理的力学系统构成的。生命、社会这样的高级系统都是由层级控制系统和关联群系统这两类系统相互交织而构成的。

生命现象和社会现象中广泛存在着信息力，它通过信息及信息的传递来控制对象物的能量流，从而实现对对象的控制。信息力在社会中大多表现为权力，此外还有所谓的影响力。信息力是通过能量触放机制，控制大量的能量的流，控制着生命和社会的变化发展。能量力则是通过交换规范玻色子（光子、胶子、引力子、中间玻色子）来实现物质间的相互作用。这是信息力与能量力在作用机制上的不同，这两种不同的机制作用在不同的层次上。信息力与能量力另一个重要不同是信息力是单向作用，在反方向上是反馈，并且反馈是滞后的；而能量力是双向的相互作用，并且两个作用是等量的、同时的。

尽管我们讨论了这么多，尽管现代物理学达到了过去无法想象的深度和广度，我认为能量力，和质量一样，仍然是物理学上的未解之谜，甚至是物理学上的终极之谜。