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大學生必備之質能守恒定律 #10

質能方程

在愛因斯坦之前，能量守恒定律和質量守恒定律如同兩個平行宇宙，互不干擾各自沿著獨立的軌跡向前發(fā)展。

在化學領域，參加反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和。質量守恒定律是現代化學的一個基本定律，也是中學生必背的一條定理。

拉瓦錫和妻子

拉瓦錫：現代化學之父，質量守恒定律的發(fā)現者

在物理領域，能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只會從一種形式轉化成其他形式，或者從一個物體傳遞給其他物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。能量守恒定律是近代物理的一個基本定律，也是中學生必背的一條定理。

宇宙能量守恒定律（圖：Tamara Davis）

從而，大家堅信：在一個孤立的封閉系統(tǒng)中，總的能量和總的質量是各自存在的，它們不會發(fā)生變化，相互之間也不會有什么聯(lián)系。

直到愛因斯坦的出現，天才般或者說是“玩笑般”的在質量和能量之間畫上了等號。

在他之前，赫茲已經證明了電磁波就是光，可以向外連續(xù)的輻射能量；普朗克研究黑體輻射時發(fā)現，向外輻射的能量是不連續(xù)的，可能是能量“量子”造成的。

當時，整個科學屆都在爭論光到底是粒子還是波的問題。愛因斯坦在研究時間、空間和運動的相互關系時，參考了麥克斯韋方程組推斷出的一個結論：光速是恒定不變的。

如果光既可以是粒子也可以是一種波，那么光的質量和能量之間應該存在著一種關系，可以相互轉化。于是，質能方程橫空出世。

在我們所知的137億光年的可觀測宇宙中，我們現在所知道的物質和能量大概占整個宇宙的5%左右，還有25%左右的暗物質和70%左右的暗能量等著我們去發(fā)現。

物質、能量、暗物質和暗能量這四者之間到底是什么關系，等著后來人去揭開這個秘密吧。

今人不相信能量守恒定律

世人相信，沒有永恒不破的定律，定律就是用來被打破的。

于是，我們知道，有人設計出了一套系統(tǒng)，并申請了國家發(fā)明專利。這套系統(tǒng)非常厲害，可以輸入1度電，輸出10度電，徹底顛覆了能量守恒定律，為能源的利用開發(fā)指明了新的方向。

然并卵，除了社會上的媒體人人喊打之外，國家專利局也下架了其專利申請。雖然中國知網還可以檢索到該專利，但下載卻被鎖定了。

為什么會這樣？難道不允許“民間科學家”進行科學研究、發(fā)明創(chuàng)造了？

不是這樣的。我在文章《科學的本質》開宗明義的講了一個觀點：科學并非高不可攀，人人皆可做科學；科學又無處不在，需要你用心去觀察、去發(fā)現。

這里，他犯了兩個錯誤：

第一，申請的發(fā)明專利屬于技術的范疇，而不是科學?？茖W是什么，是自然世界的規(guī)律。

第二，用技術的發(fā)明去質疑科學規(guī)律，是不是腦子秀逗了。想證明科學規(guī)律是錯誤的，或者證明科學規(guī)律是不普適的，唯一的辦法就是從實驗層面推翻它，這是科學的本質所決定的。

因為，科學規(guī)律基于實驗，來源于實驗。

歷史上，通過邁克爾遜-莫雷實驗，不但證明了光速不變原理，而且實驗還否定了光的傳播物質“以太”的存在，動搖了牛頓的絕對時空觀，成為近代物理學的一個開端。

這才是科學，這才是科學的態(tài)度。

況且，能量守恒定律不是一個人的貢獻，而是當時一群頂尖科學家的貢獻。你想推翻能量守恒定律，先從推翻焦耳定律開始吧，焦耳定律是能量守恒定律的基礎定律之一。

焦耳定律：電流通過導體產生的熱量與電流的二次方成正比，與電阻和通電時間成正比。

古人不相信能量守恒定律

今人不相信能量守恒定律，那么古人呢？

同樣，也不相信。

在能量守恒定律發(fā)現之前的千年歲月里，總會有人說自己制造出了可以永遠運行下去的機器，永動機。只要給他一個外力或者能量，他就生生不息，運動不止。

這個誘惑不可謂不大，陷阱不可謂不深。直至熱力學第一定律：能量守恒定律和熱力學第二定律：熵增定律的發(fā)現，才徹底終結了永動機的神話。

不然，不知道還會有多少科學家埋骨此處，發(fā)表無數論文，證明永動機的可行性。連偉大的藝術家達芬奇都親手設計了一個永動機，最后發(fā)現如果能量守恒的話，永動機不可能永遠運動下去。

達芬奇設計

大學生必備定律之一

愛因斯坦曾經后悔過，他不該將質能方程的研究成果寄給了美國NASA，不然美國就不會那么快的發(fā)明出原子彈，廣島的20萬民眾就不會因他而葬身火海。

對此，電影《錢學森》有不同的看法：中國人必須要擁有自己的原子彈，哪怕它的存在會帶來質疑和爭論。在對抗侵略的時候，手里沒有劍，和有劍不用，不是一回事。

能量守恒定律，不僅被證明適用于人類所處的宏觀世界，也適用于亞原子結構的微觀世界，以及137億光年尺度的宇觀世界。

所以，質能守恒定律是現代大學生或年輕人行走江湖的必備定律之一，我建議你好好體會和領悟。比如遇到“水變油”、“氫動汽車”（見《格局的本質》）等等，你不至于被騙。這個世界，打著科學的旗幟反對科學的人，大有人在，有了它你不至于被科學的外衣所蒙蔽。

還有兩大定律，原本是想作為一篇文章來寫的，但是因為平時要上課，要指導研究生、本科生，寫一篇超過五千字的大文章所花時間太多，因此將之拆分成三篇文章來寫。文章的編號分別為#10、#11和#12。

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