本文已經發布在《科技展望》2017.30期（您也可以在中國知網搜索本文，題目就是能量的本質）

摘要：能量到底是什麼？這個問題一直困擾著人們，它是至今為止物理學中沒有定義卻又被使用最廣泛的物理概念和物理量；也是最為模糊和被濫用的量。我們能找到的所有關於能量的解釋中，可以用百花齊放、百家爭鳴來形容，但可惜的是卻沒有一個理論能夠清晰的定義能量到底是什麼，所有關於能量的解釋，要麼陷入神學而成為神論，要麼陷入混沌理論。但能量對人類來講卻又是無比的重要，它不但與我們的生活息息相關，而且是我們在理論教學中無法迴避的一個話題，這導致人們只能使用它，而卻無從考究也不能考究它的本質。物理學中之所以出現這種模稜兩可的現象，其實歸根結底還是由於基礎物理知識的匱乏，這其中最重要的基礎物理理論就是『類引力效應』一直無法找到合理的解釋，時空扭曲雖然被人們承認，但也只能解釋一些特定的現象，無法滿足人們對所有類引力效應解釋的需求，因此無法支撐其正確性；而與能量相關的另外一個重要現代理論『原子模型理論』也存在重大缺陷，無論它多麼的成功，只要它不能解釋原子核的主動或被動位移，那麼我們就有理由懷疑它的正確性，因為任何運動的本質都是通過原子核的位移來實現的。因此我們要想解釋和理解能量到底是什麼，我們的首要任務就是找到『類引力效應』的合理解釋以及正確的『原子模型理論』。

關鍵詞：基本物質、電子環；

引言

我們在學習物理學、化學或生物學的時候，大量的接觸到能量這個詞，但是我們從來沒有聽到關於能量的本質理論。我們總是聽到諸如：我們呼入氧氣，呼出二氧化碳，同時生成了能量和水；炸藥爆炸的時候，釋放出了大量的能量等說法，人們甚至得出了能量守恆的著名定律，可是能量到底是什麼？能量如何產生？又如何被我們的身體吸收和利用？我們卻無從得知。

在第一節中我們討論了『類引力效應』，根據該理論，現在我們可以理解，地球為什麼會圍繞著太陽運轉，也理解了電子為什麼會繞著原子核運動，從而讓我們找到了電子繞原子核運動的理論依據，並由此我們得出了第二節中的原子模型理論。現在依據這兩條基礎理論，我們可以解釋並定義能量到底是什麼了，下面我們以具體的化學反應現象來分析、理解和解釋能量。

1 火焰中的能量分析

人類對火的掌握和使用可以說是人類與動物從本質上區別開的分水嶺，是人類進化史上的標誌性事件，然而從人類開始使用火到現在已經過去了上百萬年，人類依然不知道火焰的本質以及火焰中那種可以燙傷我們的能量到底來是什麼。

我們知道，原子核利用基本物質的撞擊壓力差對電子的束縛作用力使得電子可以圍繞著原子核運動，同樣電子也會利用基本物質的撞擊壓力差對原子核產生反作用力（符合牛頓的第三定律，作用力與反作用力是成對出現的），如果電子的數量有限，那麼這種作用力可以忽略不計，但是如果有大量的電子對原子核產生反作用力，累加起來，這些電子就可以反過來束縛原子核，而多個原子核正是利用了電子的這種束縛作用力而相互作用並結合到一起。在我們所謂的可燃物中，大部分的物質成分都包含碳原子核，包括最早的炸藥也是如此，其中碳原子核也是依靠與其它的原子核之間共有電子並形成共有電子環來獲得相互束縛的作用力。

下面我們來分析柴草的燃燒：

第一個階段：是火柴與火柴盒的摩擦階段，這個過程中一部分的原子核因為受到摩擦作用力的原因，其與其它原子核之間的共有電子環遭到破壞（共有電子環是突出物體表面的，因此2個物質表面相交時，電子環會互相交叉到對方內部，此時雙方的電子環中的電子都可能會因為受到對方原子核的影響而改變軌跡，從而脫離其宿主原子核的束縛力成為自由的電子，很明顯電子環的軌跡半徑越大則其越容易最先受到對方原子核的影響，任何電子的流失都會導致電子環中電子不足，因此電子環中電子會因為無法對自己的原子核產生足夠的束縛力，而導致原子核脫離電子環的束縛，成為自由的原子核，同時電子環也會斷開，而電子環在斷開的同時，一部分電子會脫離原子核的束縛，而成為自由電子），如果電子沒有原子核的束縛，那麼它的飛行方向是不可預料的，也是無序的，這導致的結果是其中的一部分電子會發生互相碰撞，也有的電子會撞擊到原子核，無論是哪種碰撞，電子都可能會分解，從而分解成更加細小的微粒，這些自由的電子或者經過碰撞分解的更加細小的微粒都會對那些沒有脫離束縛的原子核產生撞擊作用，自由飛行的電子有可能會被原子核再次捕獲，從而可以使得受到撞擊的原子核獲得額外的電子，原子核如果獲得了額外的高動量電子後，它的振蕩幅度也可能會增大，同時原子核的振蕩幅度在各種粒子的撞擊作用力下也會增大，原子核振蕩幅度的增大使得原子核有機會擺脫原子核之間依靠共有電子環的作用力，從而成為自由的原子核，而原子核在成為自由的原子核時會有大量的電子釋放出來，從而有更多的電子撞擊，或者電子與原子核的撞擊，這種作用可以被看作鏈式擴散效應，在撞擊中分解出來的細小的微粒中有各種範圍的粒子，而光子也在這個範圍內，因此我們可以看到燃燒的火柴發光。

第二個階段：燃燒的開始階段，也就是燃燒的火柴接近柴草的時候，火柴上的原子核不斷的因為燃燒而釋放自由的電子，同時還伴有自由的原子核，而電子的撞擊或者電子撞擊後分解出的粒子的撞擊，以及自由原子核的撞擊，都會使得柴草中各種原子核的振蕩幅度增大，這其中就包括碳原子核。各種原子核之間的相互作用力，隨著原子核振蕩幅度的增大而變得越來越脆弱，此時如果有靠近的氧氣分子或單個的氧原子，則因為氧原子核的電子環與碳原子核的電子環存在交集，一旦氧原子核的距離與碳原子核的距離達到共有電子的範圍，且電子環位置在同一平面內時（或者接近同一平面），碳原子核會試圖與氧原子核形成共有電子，如果碳原子核與氧原子核形成了共有電子，則此時碳原子核會與形成共有電子環的氧原子核合起來一起振蕩，同時碳原子核與氧原子核形成共有電子環後，如果碳原子核中的電子動量較高，那麼這些高動量的電子由於無法受到氧原子核提供足夠的束縛力，因此一部分高動量電子會在與氧原子核試圖形成共有電子環的過程中脫離原子核的束縛，從而成為自由電子，這導致碳原子核與柴草中其它原子核之間依靠共有電子環結合的束縛力變弱。如果氧原子核與碳原子核之間共有電子環的作用力大於碳原子核與其它原子核之間的共有電子環作用力，則結合後合起來的振蕩作用力可以擺脫碳原子核與其它原子核之間的作用力，從而成為一個自由的分子或離子，在這個擺脫的過程中，也會有一部分電子被釋放出來而成為自由電子。這個過程具有擴散效應，於是以上的過程開始重複。在這個過程中，很多的原子核會因為受到撞擊而分解成為自由的原子核，這些自由的原子核就是我們所謂的離子，這些離子會夾雜在空氣分子中做自由運動，然後在運動過程中繼續與氧氣分子中的原子核發生作用並形成共有電子環，同時也釋放出多餘的電子。這個過程就是火焰形成的過程，過程中釋放出的能量就是自由電子對其它粒子的撞擊，以及電子撞擊後分解出的粒子對其它粒子的撞擊，火焰的發光只是電子撞擊分解出來的粒子中的光子（本人不支持電子能級躍遷釋放光子和捕獲光子的理論）。

如果燃燒是一個化學反應的過程，那麼很顯然這個化學過程其實就是物質間原子核通過電子的得失來重新組合或分開的過程，而電子的得失是通過形成共有電子或者斷開共有電子的方式來實現的，其它的化學反應過程應當也類似，在炸藥的爆炸過程中，決定爆炸威力作用的應當就是那些釋放出來的電子或類電子粒子的撞擊作用力，釋放的電子的密度以及電子經過撞擊分解出的粒子的密度越大，則爆炸威力越大，所以從這個過程可以看出，化學和物理學之間應當是統一的。

2 核裂變和核聚變中釋放的能量分析

核電站利用了原子核的變化過程產生能量，無論是聚變還是裂變，過程中原子核都遭到了破壞，破壞的過程中會釋放出各種粒子。

2．1 核裂變

核裂變前原子核是依據大量的共有電子環而結合的，即使是單體的原子核它也存在著私有的電子環（環的定義在這個地方不是很精確），從而擁有著一定數量的電子，無論任何原因造成原子核破壞後，原子核裂變後的粒子的體積都會小於裂變前的原子核的體積，因此其對電子的束縛力也發生了很大的變化，第二節中我們認為電子是一類粒子的統稱，它的動量值是一個範圍值，原子核對電子的束縛力只能束縛動量處於一定範圍內的電子，因此當原子核發生裂變後，其束縛的電子的動量範圍發生變化，而裂變前的電子的動量範圍很明顯要高於裂變後所能束縛的電子的動量範圍（體積及密度決定了原子核的束縛力）。假設裂變前2個原子核之間共有電子環以及私有電子環的動量範圍是7X-10X，而裂變後原子核所能束縛的電子動量範圍為5X-7X，那麼很明顯裂變後至少損失了位於8X-10X範圍內的所有電子，這些電子會成為自由電子，並相互之間以及與其它粒子之間發生撞擊，我們知道電子撞擊後是有概率分解的，而分解出的粒子的動量也是一個範圍值，然而動量為7X的電子也不一定會被裂變後的粒子所全部捕獲，至少會有一部分成為自由電子。此外，裂變的過程中原子核也會產生大量的碎片，這些碎片的質量可能要遠遠超過該原子核裂變時釋放的電子的總質量，如果這些碎片的粒子範圍很大，那麼它們很可能包括類光子粒子、類電子粒子或體積更小的類原子核粒子，所有的這些粒子都會對其它的原子核產生撞擊作用力，這些被撞擊的原子核中除了發生裂變的原子核，還包括水分子中的原子核。水分子中的原子核在受到各種粒子撞擊的同時，也在不斷的束縛自由的電子，因此水分子的振蕩幅度會不斷的增大，振蕩幅度增大會使得水分子有能力擺脫與其它水分子之間通過共有電子而形成的束縛力，這個劇烈振蕩的處於自由狀態的水分子會不斷的撞擊它遇到的每個水分子，從而使得其它的水分子在不斷受到自由粒子撞擊的同時還要承受來自於其它自由水分子的撞擊，因此這些水分子會更容易因為受到雙重撞擊而成為自由振蕩的自由分子，而這個過程是鏈式反應，而擺脫其它水分子束縛力的自由的水分子則可能還會和空氣分子形成共有電子環，我們看到的氣泡就是這些自由的高速振蕩的水分子以及水分子與空氣分子短暫的形成共有電子環後一起振蕩的產物。

高速振蕩的自由的水分子會試圖與路過的任何的空氣分子形成共有電子環，而共有電子環的過程有兩個作用，一是起到支撐的作用，使得水分子佔據的體積空間很難被壓縮；二是可以交換雙方的電子，使得雙方的電子密度趨於平衡。其實水分子可以和路過的任何原子核之間試圖形成共有電子環，無論有沒有形成，水分子都可能會失去電子，當水分子中的電子密度降低時，其振蕩的幅度會衰減，並最終重新凝聚成水滴。

2．2 核聚變

核聚變前每個原子核都帶有自己的私有電子環，每個電子環都帶有大量的電子，聚變後的原子核的體積以及密度都可能發生了變化，因此其束縛電子的動量範圍大概率會發生改變，即使聚變後體積與聚變前原子核體積相當，但是聚變過程是一個劇烈的撞擊過程，因此大部分的電子都可能會瞬間成為自由電子，而原子核在聚變的過程中並不是單純的原子核的結合，聚變後的原子核體積並不是聚變前體積的簡單相加，而可能成為多個小體積的原子核，根據已有的核聚變實驗數據可以看出，核聚變後的原子核的體積之和一定小於聚變前的原子核體積之和（原子核質量的改變往往是體積變化導致的）。損失的那部分原子核質量在碎裂的過程中，其碎裂後的體積是未知的，它們可能會位於任何的粒子範圍之內，這些粒子範圍包括從基本物質到原子核之間的任何粒子範圍，它可能是基本物質粒子，也可能是光子，也可能是電子，也可能是小體積的原子核，而在碎裂的過程中，一部分形變能會重新轉變成動能（我們認為任何大於基本物質的粒子都是由基本物質經過撞擊並發生形變後聚合到一起的，撞擊之前的動能轉變成了形變能儲存了起來），因此碎裂後的粒子可能會具有各種動量，這些粒子也會對其它的任何粒子產生撞擊作用，由此可以看出在聚變的過程中，原子核損失的質量中有一部分也變成了具有撞擊作用力的粒子，因此聚變要比裂變多出一部分由原子核質量轉化而成的具有撞擊作用力的粒子（而原子核損失的這部分質量很可能比它所擁有的所有電子的質量之和還要大），所以聚變往往會比裂變釋放出更多的能量。

3 熱水中的能量

當我們的身體的任何部分靠近具有一定溫度的熱水時，我們會感覺到熱量的傳遞，並且在被熱水燙傷後，燙傷部位會出現水泡，那麼燙傷我們的熱量到底是什麼呢？

我們通過分析核裂變過程中已經指出，水分子被加熱的過程其實是水分子不斷的受到撞擊並不斷的獲得高動量電子的過程，無論水分子受到撞擊或者獲得高動量的電子，其振蕩幅度都會增大，水分子隨著振蕩幅度的增大，從而其擺脫分子之間依靠微弱的共有電子環作用力的能力也不斷的增強，水溫越高表明水分子的振蕩幅度越大，其擁有的高動量電子也越多，由於高動量的類電子類粒子所具有的動量往往超過了水分子中原子核所能束縛的電子的動量範圍的臨界值，或者即使沒有超過，也會位於臨界值附近，因此水分子很難束縛這些類電子類粒子，它能做的只能是讓這些粒子暫時的圍繞自己進行短暫的運動，或者水分子只是改變了這些粒子的運動軌跡，但是卻不能束縛住它，即使水分子暫時的束縛了一些高動量的粒子，例如位於水分子束縛的粒子動量範圍臨界值附近的高動量粒子，如果有任何其它粒子或者原子核對這些粒子進行撞擊或者在這些粒子旁邊經過，這些粒子的運動軌跡都可能會改變從而脫離其宿主水分子，重新成為自由運動的粒子。熱水內部自由運動的粒子並不是沿著直線運動的，而是不斷的受到所路過的水分子的影響，因此它們的軌跡時刻都在發生改變，如果這些粒子的軌跡在它們到達水面時其運動方向恰好又指向了水面下，那麼它們就會重新在熱水內部運動，直到它們下次到達水面時，其軌跡方向指向了水面之上的任何角度，它們纔可能脫離熱水內部，從而進入到空氣中，這個過程是需要時間的，因此熱水總是需要一段時間，其溫度才會慢慢的與環境溫度趨於平衡（這個過程其實是內部高動量的粒子的逸出過程，隨著高動量的粒子的數量的減少，水分子的振蕩幅度也會慢慢的降低）。

當我們的皮膚接觸到熱水時，皮膚中的原子核和水分子之間會形成共有電子環，如果溫度相當，那麼雙向電子通過共有電子環的流動數量總體來說是趨於平衡的，此時我們感覺不到溫度的變化；但是如果熱水的溫度很高，那麼此時雙向電子通過共有電子環的流動的數量會出現很大的落差，皮膚中的原子核在瞬間補充大量的高動量電子後，其振蕩的幅度會瞬間增大，同時熱水中還不斷的有高動量的粒子逸出，這些逸出的高動量粒子對皮膚中的原子核的撞擊，也會使得皮膚中的原子核的振蕩幅度進一步增大，皮膚中原子核的振蕩幅度增大後使得它有機會擺脫原子核之間依靠共有電子環的結合力，如果振蕩幅度超出了共有電子環的結合力，那麼這個原子核就會成為自由的原子核，然而我們的皮膚中的每個原子核都不是獨立的完成一項任務的，單個原子核的脫離，就意味著這塊皮膚中的組織遭到了破壞，皮膚組織偵測到這種破壞以後就會試圖降低破壞部分中原子核的振蕩幅度，而皮膚唯一可以做的就是想辦法降低受到熱水燙傷部分的原子核中的電子密度，而降低電子密度的最有效的方式是稀釋電子的密度，對於人體來說稀釋電子密度的最好的物質就是帶有水分的液體，水分子獲得過多的電子後，其振蕩幅度會增大，振蕩的水分子很容易形成汗液並排出體外，只要人體有足夠的體液，那麼這個過程會一直持續，直到高密度電子區域的電子密度與其它部分達到平衡；如果人體的某部在瞬間獲得大量高動量電子，那麼人體會迅速派遣大量的體液來稀釋電子的密度，然而水分子獲得高動量電子後形成汗液排出體外是一個過程，是需要時間的，因此大量體液的瞬間聚集會形成水泡，依據被熱水燙傷的程度，其所需的用來稀釋分攤高動量粒子的水分子的數量也會不同，因此燙傷部位的水泡的大小也會不同。這就是我們為什麼被燙傷後會出現水泡的原因。

4 總結

我們現實中所接觸到的所有的能量都和電子類粒子以及光子類粒子的撞擊有直接的關係，或者確切的說就是這些粒子的撞擊後果的表現，包括電能、呼吸作用中的能量、光合作用中的能量等，其最終都體現在粒子的運動上，後面我們將繼續具體的討論電能（在導電性分析後面討論），以及呼吸作用中釋放的能量（原子核的位移分析後探討）。

依據我們本節中探討的現象，我們總結出下列結論：

a：無論因為任何原因而具有初始動量的粒子都具有能量，其能量公式為：E<=

m (V + v)，其中mV是該粒子所具有的由動能轉變成的形變能（基本物質經過撞擊可以把動能轉變成形變能，從而結合成更大的粒子，如果該粒子在基本物質撞擊聚合後保持絕對靜止，則其形變能為mV，否則其形變能<mV，V是基本物質所具有的速度），mv是該粒子具有的動能，假設此時該粒子的速度為v.

b：宇宙中任何的能量都是通過撞擊來傳遞的，我們生活中接觸到的任何能量最終都是粒子的撞擊作用力的體現。

c：宇宙中的能量來源於具有初始動量的基本物質，而基本物質的總量恆定不變，因此宇宙中的總能量恆定不變，即使基本物質經過撞擊形成了更大的粒子，其能量也沒有消失，只是由『動能』轉變而成了『形變能』儲存了起來，在特定條件下當該粒子分解後，『形變能』可以重新還原為等量的動能。

d：能量的本質就是粒子所具有的動量以及該粒子在撞擊結合的過程中所儲存的形變能，所謂的能量的傳遞過程其實就是通過粒子的撞擊傳遞動能的過程。

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