重新认识能量守恒定律

姚 斌

（贵州省铜仁地区经贸局，贵州铜仁市 554300）

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摘要：该论文认真分析了能量守恒定律，揭示了能量增量对所有能量形式等价是能量守恒成立的基本条件，指出了长期以来物理学界一直把ΣE=常量等同于能量守恒是对能量守恒定律认识不足，是一个错误。

关键词：能量守恒定律

能量守恒定律贯穿整个物理学，能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。从物理、化学到地质、生物，大到宇宙天体。小到原子核内部，只要有能量转化，就一定服从能量守恒的规律。能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器。

经典和量子物理后面蕴藏着一个共同的、更本质的自然法则：能量守恒定律，它把物质、运动、时间、空间和相互作用紧密联系在一起。物理学史上不止一次地发生过这样的情况。在某类新现象里似乎有一部分能量消失了或凭空产生出来，后来物理学家们总能够确认出一种新的能量形式，使能量的守恒律得以保持。虽然我们不能给能量下个普遍的定义，但这决不意味着它是一个可以随意延拓的含糊概念。关键的问题是科学家们确定了能量转换的各种当量，从而使得能量守恒定律可以用实验的方法加以定量地验证或否定。此外，每确认出一种新形式的能量之后，在其基础上建立起来的理论，又能定量地预言一大批新效应，后者经受住了新实验的检验。“能量守恒定律”已经成为物理学的发现和理论是否可以作为客观科学真理的唯一标准。虽然在物理学中不存在数学中公理的概念，但能量守恒定律可以被看作是物理学中（也许唯一的）一条公理。

能量守恒定律指出：“自然界的一切物质都具有能量，能量既不能创造也不能消灭，而只能从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在能量转换和传递过程中能量的总量恒定不变”。

由此可知:

(1)能量增量对所有能量形式等价（即：能量形式之间等量转换）是能量守恒及转换定律成立的基本条件,只要此条件成立的情况下,能量守恒及转换定律才成立.

(2)各种能量形式都能参加物体作用、各种能量形式都可同时参加物体作用、各种能量形式是等价的、平权的。

(3)各种能量形式能相互替换.这正是能量增量对各种能量形式等价的具体体现,且能量形式之间的替换,在现实生活已得到利用,如:我们利用电能替换化学能,来给物体加热,这一点在冶金等等许多行业得到了比较多的利用.而各种能量形式能相互替换.已是验证能量增量是否对各种能量形式等价的关键,(这是物理学理论未认真注意到的事实),如:有一能量守恒,dE₁+dE₂=dE₃+dE₄,我们可用与提供能量增量dE₂的能量形式不同能量形式提供能量增量进行替换,只要提供的能量增量dE₅与dE₂相等就行(dE₅=dE₂),即可得:dE₁+dE₅=dE₃+dE₄.

因此，能量守恒定律要求：我们在分析问题时,应该考该虑是所有能量形式，要考虑是能量增量对所有能量形式等价，单一（或二/三种）能量形式的守恒并不符合能量守恒定律。能量增量是各种能量形式共同属性的统一表现.

但长期以来，人们忽略了能量形式之间等量转换在能量守恒定律的重要性，却把ΣE=常量（或ΣE=ΣE或ΣdE=ΣdE）等同于能量守恒，认为单一（或二/三种）能量形式的守恒就是能量守恒，其实这完全是对能量守恒定律错误认识。因为：

一、ΣE=常量（或ΣE=ΣE或ΣdE=ΣdE）只是保证总能量平衡或总能量增量平衡,但并不保证能量形式之间的等量转换,这一概念忽略了体系内的能量转换必需遵守能量增量等量转换的原则,一个简单的例子就可说明,如:5+4=6+3,5、4、6与3分别是不同能量形式的能量（或能量增量），我们可认为是能量5变为了另一能量6，而能量4变为了另一能量3，显然结果能量平衡，但不是能量守恒定律。

在ΣE=常量（或ΣE=ΣE或ΣdE=ΣdE）中,不仅含有能量形式之间的等量转换的总能量平衡或总能量增量平衡,而且还含有不遵守等量转换的总能量平衡或总能量增量平衡.而根据能量守恒定律，能量的变化只能是不同形式的能量互相转化，在转化中每一种形式的能量转化为另一种形式的能量时，都要严格遵守等量转换，从而才能保证总能量守恒.明显ΣE=常量（或ΣE=ΣE或ΣdE=ΣdE）不能等同于能量守恒定律。

同样，单一（或二/三种）能量形式的守恒只能保证分析的这几种能量形式的守恒，并不能保证所有能量形式之间的守恒，也是不符合能量守恒定律的。

二、从数学分析，根据能量守恒定律，能量增量对所有能量形式等价（能量形式之间等量转换），

令：dE＝dE₁=dE₂=dE₃........dE_n。

dE为能量增量，dE₁、dE₂、dE₃........dE_n为不同能量形式增量。

则，∑(ΔE)=0，∑E=常量，成立。

现假设，能量形式中有能量增量dE₁与能量增量不等价(能量形式之间不等量转换），

即：dE₁≠dE=dE₂=dE₃........dE_n,

则，必会出现能量不守恒，能量守恒定律不成立，

但会出现，∑(ΔE)=0，∑E=常量。

现假设能量形式之间不等量转换，dE≠dE₁≠dE₂≠dE₃........dE_n，

则必会出现能量不守恒，但还是会出现，∑(ΔE)=0，∑E=常量。

这只是一个等式与不等式的关系，由不等式可组合成等式，能量形式之间不等量转换，同样可实现ΣE＝常量。

故此，离开能量增量对所有能量形式等价(能量形式之间等量转换），谈∑(ΔE)=0，∑E=常量，不是能量守恒定律。要认可能量守恒定律，必需认可能量增量对所有能量形式等价。

综上所述,我们可得出以下结论:

一、能量守恒定律与总能量守恒(总改变量守恒)以及能量形式等量转换之间关系是不可逆,由能量守恒定律可得总能量守恒(总改变量守恒)以及能量形式等量转换,但由总能量守恒(总改变量守恒)以及几种能量形式之间等量转换是不能得到能量守恒定律的.能量守恒定律与总能量守恒(总改变量守恒)以及几种能量形式等量转换是不能等同对待的。——这一点在现许多物理理论研究中，都未注意到此问题

二、能量守恒定律成立的基本条件是能量增量对所有能量形式等价（即：能量形式之间等量转换），换句话说能量增量是所有能量形式的增量，是此能量形式的增量，也是彼能量形式的增量。当我们进行物理能量分析时，要注意考虑所有能量形式，要时时注意到能量增量对所有能量形式等价。

三、只有在能量守恒定律成立的情况下，才能使用ΣE=常量公式.

二○○八年八月二十五日