什麽是能量？

戴榕菁

在網上找了一圈之後，發現除了本人之外，費米實驗室的林肯博士是唯一一個承認亞原子內的質量是由動能與勢能共同貢獻的。

這意味著當今物理學界最引以為驕傲的基本粒子的標準模型出錯了！而導致這裏的錯誤的基本原因顯然是兩個：1）在標準模型中運用了狹義相對論；2）文明象牙塔頂端的物理學家們居然不清楚能量的意義是什麽！

這可又是一個大新聞！

那麽能量的意義到底是什麽呢？答案很簡單：到中學物理課本上去找！當你翻開中學物理課本找到能量那一節的時候，你一定會看到有關能量的定義為：做功的能力或物體保持原有運動的能力也就是讓運動停止所需要的功。勢能就是某種力的做功的能力，而動能則是讓運動停止所需的功也就是物體保持原有運動的能力。由於能量的守恒與轉換，這兩者之間存在一種等價性。

在前麵三篇文章（再談狹義相對論對質量概念的幹擾，用狹義相對論計算質量背後的一個夢想，連這都是一筆糊塗賬，能推就推的現代物理學。。。。）中我提到，亞原子內的動能一定要與勢能相平衡才行。為了更好地理解這一點，現在來看一個中學物理測驗的題目：假設有一個小球在與一個固定的大球（比如太陽）之間的引力的作用下繞大球做等勢能的圓周（偏心率為0）運動，它的勢能為1焦耳，請問它的動能是多大呢？

首先，根據上述的能量的意義，不需要具體的計算我們從哲學上就可以得出結論說：所需的動能也是1焦耳。這是因為勢能是大球所具有的能拉住小球所需的力量，而動能則是小球掙脫引力的能力。假如動能大於勢能，那麽大球就拉不住小球，假如勢能大於動能，那麽小球就會被拉向大球，因而無法維持固定的勢能。

對於那些不相信哲學的人，我們可以運用中學課本的知識來計算一下：

令小球質量為m，大球質量為M，小球速度為v，兩球心距離為H，則

小球的向心力為mv²/H = GmM/H²， mv²=GmM/H

而小球的動能T=mv²/2, 勢能V=GmM/(2H)

 T = V. 證畢

當然，在亞原子內我們遇到的情況與上述的引力的例子不完全相同，因為人們發現誇克間的強作用力的特點是在一定的範圍內距離越大力越大然後就維持一個巨大的量，而且當兩個誇克間的距離增大到一定程度後，就產生了一對正負誇克，而不是簡單地將原來的兩個誇克分離了；相應地，不會出現單獨誇克動能大於勢能的情況。但是，這不等於說當動能小於勢能時兩個誇克間的距離不會坍縮，因為隻要兩個誇克之間有引力存在，而它們各自又不具備可以平衡引力的動能，它們的之間的距離一定會坍縮。不僅如此，當兩個誇克之間的距離在引力作用下縮小時，它們之間的距離應該是會加速坍縮的，這是因為它們之間不存在排斥力。

上述的分析是基於對能量概念的基本理解所進行的。

假如有關標準模型的量子力學不能滿足上述有關能量的基本特性，那麽它一定存在問題。對於這一點，我比對於能量是否守恒更加確定------這是因為能量可以不守恒，但是假如上述分析中所依據的能量的基本概念錯了，那麽標準模型就錯的更厲害了，因為標準模型正是“出錯”的能量概念上建立的。

所以說，根據上述討論，隻要人類目前所擁有的有關能量的基本概念是對的，基本粒子的標準模型就錯了；萬一人類目前所擁有的能量概念是錯的，那麽基本粒子的標準模型就錯的更厲害了！

[慕容青草]

再來加一點混亂：

直到今天，在有關誇克的實驗結果（不是理論，而是實驗）上居然還有兩派言論：

其一聲稱誇克之間的鏈接是不可能被打破的，在實驗中得到的都是誇克Jets，而不是自由誇克。

而另一派，包括大名鼎鼎的歐洲CERN則聲稱自上世紀90年代他們就已經在實驗中得到具有自由誇克和膠子的漿體（Quark Gluon Plasma)。。。

你看，當科學家們信誓旦旦地說實驗最可靠的時候，連已經有幾十年曆史的實驗結果都眾口不一。。。。。

[慕容青草]

看到網上有半吃瓜群眾解釋為什麽亞原子內質量隻和勢能有關而與動能無關，其理由是在量子力學中誇克的速度是不確定的-----這純屬胡說八道。。。。考慮到那是在reddit討論群中的半吃瓜的就不用對這種言論太認真了，因為他顯然不知道在海森堡測不準原理中速度與位置是成對的，所以動能與勢能的測不準程度是沒區別的！！！！

標準模型在陳述上顯然出了問題，不過回到我最初在“狹義相對論帶來的質量概念的混亂。。。。”一文中所說的，目前來說這個錯誤對於粒子物理學家們來說恐怕仍是無關緊要的，因為他們既測不出誇克的速度，也測不出誇克的勢能，連誇克是什麽樣的都不知道，完全隻是一種基於數學模型的猜測而已，所以本文所指出的錯誤目前來說仍屬於是他們在對與亞原子質量的解釋的層次的錯誤，還完全沒有能力使得這種錯誤影響到他們的實驗與數學推導。。。同時另一方麵，由於對於動能的解釋馬上就麵臨洛倫茲常數帶來的挑戰，而對於所謂的膠子力的勢能的解釋可以雲山霧罩的，沒人知道他們在說什麽，就幹脆撿容易的說了。。。。而其他的包括大學教授和量子物理暢銷書作者在內的科普人員就肖唱曹隨地跟著把亞原子量說成是隻有勢能沒有動能的貢獻了。。。。。

但是，由於這是一種基本概念的錯誤，是表明他們對能量概念的理解缺陷，如果他們現在不糾正這個錯誤，不但誤導包括專業物理人員在內的全民，而且將來一定會對他們的具體實驗與計算產生不好的後果。。。。。

[慕容青草]

忘了提一句一個怪相：如果你搜索誇克的速度，你會發現一堆結果，而且或是說誇克以接近光速運動，或幹脆就說誇克實際以光速運動（practically moving at speed of light)。。。但如果你搜索亞原子的質量，則人們一下子似乎都忘了誇克還會運動。。。與此同時所有的人又都用狹義相對論來分析亞原子的運動，似乎忘了按照狹義相對論，接近光速的運動的能量是接近無窮大的。。。。

如此的邏輯混亂不一致實在少見。。。。。。