附上费曼经典积木的解释(《费曼物理讲义》):
§4-1 什么是能量
完成了对事物的一般描述后,从本章开始,我们开始更详细地研究物理的各个方面。 为了说明理论物理学中可能使用的概念和推理的类型,我们现在考虑能量守恒定律,这是物理学最基本的定律之一。
有一个事实,如果你愿意的话,也可以说是一条法则,它支配着我们迄今为止所知的所有自然现象。 这条定律没有发现任何例外——据我们所知,它是完全正确的。 这个定律称为能量守恒定律。 它指出,在自然界所经历的各种变化中,有一个物理量保持不变,称为能量。 这是最抽象的概念,因为它是一个数学原理; 它说的是当某种情况发生时,有一个量保持不变。 这不是对机制或特定事物的描述,只是一个奇怪的事实。 首先我们可以计算出一个特定的值。 当我们观察大自然的表演后,我们可以再次计算该值,结果将是相同的。 (有点类似于红色方块中的图像。移动了几步后——具体步骤不清楚——仍然在某个红色方块中。我们的法则就是这种类型的法则。)因此它是一个抽象的概念,我们用一个比喻来说明它的含义。
想象一个孩子,也许可以叫他“淘气的丹尼斯”,他有一堆绝对坚不可摧的积木,不能分解成更小的碎片。 每一块都与其余部分相同。 假设他总共有 28 块积木。 每天早上,他的母亲把他留在一个有 28 个街区的房间里。 晚上,妈妈出于好奇仔细数了积木的数量,结果发现了。 关于这一现象的两条规则——无论丹尼斯如何玩盖帽,盖帽的数量仍然是28! 这种情况持续了好几天。 直到有一天她发现只有27块积木,但经过一番调查,她发现地毯下面还有另外一块——为了确保积木总数没有改变,她必须付出代价无处不在的关注。 然而有一天,区块数量似乎发生了变化,只剩下26个区块了! 仔细一查,发现窗户已经打开了,再往窗外看去,发现了另外两个街区。 又有广田了。 仔细数了一下,一共有三十块积木! 这让她颇为震惊。 后来她得知,小布鲁斯带来了他的积木来玩,并在丹尼斯家里留下了一些。 在房间里。 一切都很顺利,直到丹尼斯的妈妈拿走了多余的积木,关上窗户,不再让布鲁斯进来,直到有一次她数了一下,发现只有25块积木。 不过,房间里有一个玩具箱。 妈妈走过去想打开盒子,但孩子大喊:“不,不要打开我的盒子”,不让她打开玩具盒。 这时,妈妈很好奇,也很聪明。 她想出了一个办法。 她知道一块积木有三两重。 有一次,她看到盒子里有28块积木,称了一下,这个盒子是16两。 这次她想检查一下,于是她重新称了一下盒子的重量,减去了16两,然后除以3。然后她发现了下面的公式:
*****(这里省略一个公式)
然后动量守恒定律是自然界的基本规律吗,似乎出现了一些新的偏差,但仔细研究发现,浴缸里的脏水的高度发生了变化,孩子正在往水里扔积木,但她看不到积木,因为水很深。厚的。 浑浊,但在她的配方中
再添加一项,她就能知道水中有多少个方块。 由于水的高度最初为 6 英寸,每个方块会使水升高 1/4 英寸,因此新公式为:
*****(这里省略一个公式) (4.2)
在她日益复杂的世界中,她发现了一系列代表计算积木的方法的术语,这些术语隐藏在她不被允许看到的地方。 结果,她想出了一个复杂的公式来计算数量,无论孩子玩多少,数量都保持不变。
这与能量守恒有何相似之处? 抽象地说,必须从该图像中删除的最明显的事情是根本没有构建块。 去掉(4.1)和(4.2)中的第一项,我们会发现我们正在计算一些有些抽象的东西。 上述比较的相似之处在于以下几点。 首先,当我们计算能量时,有时会有一些能量离开系统跑掉,有时其他能量会进入系统。 为了验证能量守恒,我们必须小心,不要将能量引入系统或从系统中带走能量。 其次动量守恒定律是自然界的基本规律吗,能量有多种不同的形式,每种形式都有一个公式。 这些不同形式的能量是:重力势能、动能、热能、弹性能、电能、化学能、辐射能、核能和质量能。 如果我们将所有这些能量公式加在一起,除非能量逃逸或添加其他能量,否则总和不会改变。
重点
重要的是要认识到,在当今的物理学中,我们不知道能量实际上是什么。 我们并不认为能量会以一定数量的水滴形式出现。 不像那样。 但是有一些公式可以用来计算某些数量,当我们将它们全部加在一起时,结果是“28”——始终是相同的数字。 这是一个抽象对象,它没有告诉我们每个公式的机制或基本原理。
这是费曼的另一条观点:
这个例子就说明了这一点。 我们如何才能将我们的法律推广到我们尚不清楚的领域? 为什么因为我们在这里检验了能量守恒定律是正确的,所以遇到一个新现象时,我们总是那么有信心说一定满足能量守恒定律呢? 每隔一段时间,您就会读到一篇文章,物理学家发现他们最喜欢的定律之一是错误的。 那么,将法律的正确性扩展到你没有时间看清楚的领域是错误的吗? 如果你从不说某个法律在你还没有看清楚的领域是正确的,你就不会知道任何新的东西。 如果你发现的规律只存在于你已经观察过的领域,你将永远无法做出新的预测。 科学唯一的用处就是在不断进步的过程中尝试提出新的猜想。 所以,我们永远要做的就是不顾一切地往前走。 至于能量,最有可能的是它保存在其他地方。