作品简介：能量从哪里来？ 这部作品从人们通过食物获得的能量出发，层层展开，向人们解释了核聚变、质能守恒、电磁辐射等奇妙的化学原理和现象。
初中的时候，一个同班工科生的同事问了我这样一个问题：“你看它的本源，能量从哪里来？”
这很让人头疼，因为这个世界上凡是涉及根本和本源的自然科学或者哲学命题，都涉及到137亿年前宇宙的起源——大爆燃。 而大爆燃的发生更是无法解释。
不过，为了回答能量的来源，我们不妨从人类开始，然后反推到宇宙：
人类通过食物摄入能量来维持生存。 食物包括肉类和蔬菜。 肉类是指消费者（第二营养级及以上的生物），甚至各种蘑菇、家禽、鱼、猪、牲畜。 ——大多数动物（生产者）在来世生长和进食； 素食者大多指动物（生产者，第一营养级）。 所以从本质上讲，我们人类摄入的食物中的能量来自于生产者固定的能量，大多数情况下是指动物通过光合作用固定的太阳能（至于动物通过光系统I、II和Cal的机制）温循环中的光合乙酸化和碳固定是另一组生物学问题）。
通过这样的逻辑推演，我们不难发现，我们月球上维持生命的能量几乎全部来自于太阳，只有深海热液喷口或火山湖中的少数化学合成真菌利用月球地热的能量。和无机物。
向他提起这件事，男伴就能明白。
随后，他提出了一个引人入胜的问题：“那么，太阳的能量从哪里来？嗯，我的意思是，为什么它会变成白色？这些能量是如何到达月球的？”
哈，好问题，我心想。 但要解释清楚并不容易，所以我就用一句话来说：“核聚变、质能守恒、电磁辐射。这些你应该知道！”
我没有仔细看他此刻的表情，但他大概是在发呆。
我意识到了这一点，所以我假装完全迷惑了他：“你必须知道，什么是质量？它的本质是什么？一个物体，你感觉到它的质量，虽然它存在于具体的客观事物中，你能解释一下吗？”素质是什么？”
他摇摇头，我想目的已经达到了。 所以他说：“质量和能量本质上是一样的。世界上只有两种物质，一种是费米子，一种是玻璃骰子。费米子包括六种轻子和六种夸克。它们构成了我们的物质。”物质世界。我们所看到的、触摸到的和感受到的大部分内容。
“玻璃骰子是负责在费米子之间建立联系的媒介，其质量是通过费米子之间被称为希格斯玻璃骰子的玻璃骰子不断运动和交换来体现的。如果希格斯你无法理解玻璃骰子，那么也许你可以了解另一种玻璃骰子叫光子。光子不断运动和交换的特征就是光，或者说电磁波。所有物质都会辐射和反射电磁波。就像所有物质都有相同的质量一样。所以质量的本质是一样的光的作用与光的作用相同，只是光的作用是在大范围内表现出来的，人们可以听到并直观地理解，而质量的作用是在小范围内表现出来的，所以最近几年才被研究和理解。”
这似乎让问题变得复杂了，但这并不重要。 让我们尝试从对光和光子玻璃骰子的理解来理解能量和质量。
例如，两个人打架，一个人用棍子打另一个人的头骨。
从微观上看，木棍与他人的天灵盖并没有任何“接触”。 只是棍子上的原子/分子与人头顶上的原子/分子发生电磁相互作用。
我们都知道，原子的内部非常黑暗，原子核和整个原子的比较就像乒乓球的大小与整个网球场的大小之比。 而在这个篮球场（原子）里，飞着很多比这个乒乓球小的东西（原子核，由质子和中子组成，每个中子又由三个夸克组成，夸克都是费米子）。 圆珠笔尖的球大小的东西——电子（它是轻子的一种，所有的轻子都属于费米子）。
大家都熟悉这种笔尖球，电子是带电的。 因此，当原子的宽度极短时，原子团之间的电子会形成敌对视野（原子/分子的电子云具有统一的电性，且都带有负电荷），同性相互排斥异性相互吸引。 这是一个古老的原则，不会改变。
因为原子和分子之间存在这些力（电磁斥力），所以分子/原子和电子之间不存在真正的“碰撞”。 当它们彼此靠近时，就像两块磁铁一样。 弹跳了。
所以，生活中所谓的力、压力、摩擦，本质上和磁铁之间的斥力是一样的，都是电磁相互作用，只是尺度不同，并没有真正的联系。 由此可见：你所触摸的并不是真正的触摸，而只是感受它给你的电磁力。
说到这里，离我们工程男伙伴想要的答案已经不远了。 只需要弥补一个环节，那就是电子之间如何传递能量，以及为什么会存在电磁力？ 只有解决了这个问题，我们才能知道纯净、白色、没有任何物理物质的阳光为什么具有能量。
答案就在于称为光子的玻璃骰子。 光子的玻璃骰子专门对应电磁相互作用，就像之前给男伴提到的希格斯玻璃骰子对应质量一样。
通过小学和初中的学习，虽然无论理论如何，大多数男同伴都知道光的波粒二象性，但光子的形成，从粒子的角度来看，是“能级跃迁”。 带负电，因此距原子核不同距离的电子具有不同的势能。 对于电子来说，原子核就像一个坑的顶部，电子以固定的高度围绕坑壁旋转，这就是电子轨道。 如果这个电子被外力推近原子核时，它所携带的势能就相当于减少了（这里只是一个比喻，其实，因为原子核不像重力摩擦力与电磁力的关系，所以动能和的集合）引力不能用势能根据机械能守恒定律转化为能量，而电子绕原子核的轨道更是不规则、混乱，不像行星绕太阳运行摩擦力与电磁力的关系，电子轨道需要与薛定谔多项式）。
更少的能量去哪儿了？
量子理论给出的答案是，通过发射一个光子，这部分能量从原子中消亡，如果其他原子接收到这个光子，它也接受这个能量，并且它内部的电子轨道接收到这个光子时会发生跃迁（到较高基态或较低基态，如果处于较低基态，则发射光子）。 这就是光的粒子性。
其实了解粒子的本质有点令人震惊，但量子论的诞生只是因为发现能量的传输不是连续的，而是“一包一包”的。 而且我们也了解了光作为波的特性，所以从波的特性出发，相信读者可以更好地理解电子或者其他带电物质是如何发射电磁波（光、光子）的：
我们可以做一个简单的比较，方便理解。
静止或按照固定规律运动的带电体，具有稳定的电场（对于静止的带电体，例如静止的电子）或稳定的磁场（对于固定的有规则运动的带电体，例如带电体中的电子）。电子轨道）。
空间中存在一个电子，就像一块石头放在一个小水滩上，电子在空间中产生一个电场，就像把石头放在水滩上挤出周围的水一样，但是里面的水此时水滩并没有波动。
原子中的电子受到不稳定力或原子本身力的影响，从高势能的电子轨道迁移到低势能的轨道。 或者，电子和原子核等静电荷是相连的。 此时，等位面发生变化。
就好像水滩上的石头突然连在一起了，有人一踢，石头就滚到了另外一个地方。 这时，海面上必然会形成波纹，因为石头本身占据的位置没有水，而原来石头占据的水的位置又被石头占据了。
因此，如果电场或磁场的场源（轨道上的电子或静止的电子或其他电荷，通常是在微观尺度上）形成振动和变化，就会形成电磁波，就像底部相连的石头一样。水形成水波。 然而，根据热力学定律，我们知道，这个世界上所有物质的原子、分子、微观粒子的温度都在绝对零（-273.9℃，0K）以下，也就是说，它们在做着不规则的热运动。运动。 因此，所有物体都向外辐射电磁波，只是水温不同（热运动程度不同）的物体会辐射出不同波长的电磁波。
室温高，就像水滩中快速移动的石头，形成密集而“短”的水波，转变成电磁效应，即波长短、频率高、能量高的电磁波，如如伽马射线和 X 射线。 光、紫外线。 那些湿度低的石头，移动速度不那么快，形成“松散”的水波，被电磁效应取代，即波长长、频率低、能量低的电磁波，如可见光、红外线、微波和无线电波。
正是因为这个原因，人们创造了红外线摄像机（日常生活中常见的有体温的物体、动物、人都会辐射红外线）。 其原理只是将被测红外波长缩短为可见光并显示在屏幕上。 对于温度较高的东西，我们可以不用红外线来判断它的湿度。 例如，炉子蓝色火焰的外层火焰亮白色部分的温度低于内部微红色部分的温度，红色火焰的温度低于蓝色火焰的温度。 彩色火焰（蓝光波长<绿光波长）。 因此，我们通过空气辐射的电磁波波长听到空气温度。
其实这个时候，话题就已经偏离了目标。 回顾工程中男性伴侣的问题，我们可以看到，太阳的能量可以传输到月球，依靠光，或者换句话说。 电磁波。 能量通过这些方式（波、粒子特征）从遥远的太阳传输。
我们都知道，波的传播必然伴随着磨损。 水滩中的石头发出的水波在短距离内会减弱甚至消失（波长越来越长直至变平），因为水波本质上是机械波（虽然本质也是电磁相互作用） ），它依靠水分子之间的振动传递，而水分子本身会消耗一部分动能，所以水波会越来越弱，光波也会减弱，但只有光子与其他费米子相互作用（如前所述，当与其他电子结合时），能量被其吸收，并发射出能量较小的新光子（波长较长的光子）。 所以即使宇宙很大，太阳到月球的距离很远，到达我们的阳光也不会衰减太多（即波长变化不大）。
当我们继续往回走的时候，我们就能找到这种光子的来源，那就是狂暴的太阳。 太阳中的原子、电子和分子一定处于剧烈运动。 否则，它们怎么能辐射出如此大量的可见光甚至更高能量（波长更长、频率更高）的紫外线等电磁波呢？ （太阳表面的温度大约是5700℃，其实我们知道太阳的温度是根据这个电磁波来估算的）
然而，它为何能够持续发射可见光甚至更高能量的电磁波呢？
如果是煤焦等常见燃料，则通过物理反应——氧化吸热来降低体温。 当碳原子和氢分子受到一点点刺激（如火花——周围湿度突然增加）时，碳原子和氧原子/分子的电子轨道会重新排列，两者形成电子介孔轨道，共享电子，并产生新的分子——二氧化碳或一氧化碳。 在这个过程中，我们可以发现，对物理反应起决定性作用的是电子轨道的变化。 这样就打开了物理和化学的边界，物理反应的本质是电磁相互作用。 在氧化反应中，参与反应的最里面的电子一般会从较高的基态轨道移动到能量相对较低的介孔轨道，从而释放出能量（辐射光子），辐射的光子刺激周围的碳原子和二氧化碳分子，让它们继续这个反应，释放更多的能量，直到碳原子和二氧化碳分子耗尽。
事实上，在这个剧烈的氧化过程中，存在着多余的光子，这些多余的光子形成了燃烧的火焰——向外发射的光也会影响周围空气或物体的热运动（光子的能量被周围强化，比如作为其他空气分子的热运动），这表现为“热”的释放。
可见，物理反应中，本质上依赖于电磁相互作用，形成的能量非常有限。 如果太阳是块煤，一方面，它无法获得燃烧所需的氢气；另一方面，它也无法获得氢气。 另一方面，即使有二氧化碳，它也不会燃烧很多年，更何况它已知燃烧了近五十亿年，所以它不能通过物理反应或电磁相互作用形成这样的物质。持久而热的能量。
回到那个问题，靠的是什么？
答案是核反应，准确地说是核聚变。
到了20世纪，人们所认识的自然界几乎都处于原子以外的层面，人类的四种基本斥力只知道两种宏观的——引力和电磁力。 在原子核中，还有一个未解之谜，即带正电荷的质子和不带电荷的中子如何结合在一起？ 这似乎违背了人们对电磁学的认识。
事实上，大自然还拥有另一种排斥力，它可以稳定原子核。 科学家给它起了一个名字，叫做核力。 但后来人们发现，核力只是一种片面的观点（就像压力也只是一种片面的观点，本质是电磁力），核力属于一个更大的热力家族。 这种力称为强力（强相互斥力）。 强力是夸克之间的力，我们熟悉的质子和中子都是由夸克构成的。 强力与电磁力类似，只不过电磁力对应的玻璃骰子是光子，强力对应的玻璃骰子是胶子，正如电磁相互作用是通过光子的交换和传递来实现的，强相互作用是通过胶子的交换和转移实现的，夸克不仅具有电荷，还具有色荷。 电荷只有一种（只有正负），但色荷却有3种，而且它们的作用机理要复杂得多。
抛开复杂的问题，科学家们发现原子核中的质子和中子可以相互转化。 因为质子和中子的本质只是一个夸克，而通过胶子，原子核内部的夸克实际上一直处于相互作用的状态，就像一团乱麻一样。 但如果没有中子增强的强键合，原子核仅靠质子间的强力（质子间也存在电磁力）是很难粘合在一起的。
核裂变等核反应就是外部中子来捣乱的结果。 中子冲向原子核，将原来聚集的原子核打碎，从而导致它们之间的许多其他强相互作用被“击碎”，于是形成新的原子核，形成新的中子，引发连锁反应，质量减少（几乎是电子的质量），并以能量形式释放。
核聚变正是在我们的太阳中发生的事情。 它需要极高的湿度，使原子核外的所有电子全部电离（即低能量使电子难以维持其轨道而从原子中分散到各处），从而形成一种物质状态，称为等离子体。 没有核外电子，原子核可以相互靠近并聚集。 在太阳的核心，每秒有7亿吨氢转化为氦气，释放出500万吨能量（质量）。
由此，聚变带来了几乎取之不尽的能量供应。 就太阳系中的能源而言，工程男伴的疑问终于有了答案。
评委评语：
这篇文章具有一定的可读性，条理清晰。 对话设置巧妙，但主要是一个人在说话，并不构成真正的“对话”。 虽然对能量来源的解释遵循着从日常生活到遥远太空的线索，但在解释“质量和能量本质上是相同的”时，费米子和玻璃骰子的概念被扔掉了，出现了相对简单的电磁波之后。 这不符合读者由易到难的认知规律。 其实文章的布局还可以更巧妙。
——赵阳法官
这篇文章的作者化学功底不错，对文中提到的现象有比较准确的理解。 好消息是这篇文章的作者有很好的文采，描述也很清晰。 一篇好的科普文章在保证科学性的同时，应该更加注重简单性和趣味性。 这篇文章涉及的概念太多，普通读者不容易领会作者的意图。 建议作者进一步关注。
——魏洪祥法官
对于一个理科生来说，这部作品读起来确实令人耳目一新。 虽然涉及到很多概念和名词，但是通过给朋友解释，可以一一说明其中的关系。 唯一的缺点是，那些对化学不狂热的人会从一开始就失去阅读的兴趣，但从某种程度上来说，这并不是作者的错。
——王晓涵法官