第1章
不存在所謂的能量

在現今的物理學中，我們對“能量是什么”一無所知。認識到這一點很重要。我們不知道能量到底是不是以一定數量的團狀形式出現的。

——理查德·費曼
（Richard Feynman）

不存在所謂的能量，這個說法可能有點兒令人震驚。愛因斯坦的著名方程式E=mc2（質能方程）告訴我們，能量等于質量乘以光速的平方，所以肯定有能量這一回事。現在看來，能量比我們日常所了解的更難以捉摸。我們可能會想起支付的能源賬單、投資的新能源技術，以及為奪取蘊藏石油和天然氣資源的地區而進行的戰爭。但是理性地講，能量的科學概念還是抽象得令人費解。

如果你問物理學家“什么是能量”，他們可能會解釋為：能量是一種以多種形式存在，并能從一種形式轉換到另一種形式的東西。他們會討論這些能量轉換的例子，繼而提到一個非常重要的物理定律：能量守恒定律，即在一個確定的界限內（或物理學家所說的“封閉系統”內）的總能量保持不變。換句話說，能量既不會憑空產生，也不會憑空消失。

圖1-1 開放系統與封閉系統

能量具有一種神秘的特性，幾千年來一直吸引著哲學家、數學家和科學家們，也使他們感到困惑。Energy一詞是由希臘語enérgeia演變而來，以en表示“進入”，ergon表示“工作”。然而，這兩種含義都沒有用于我們的現代科學對于“能量是做功的能力和潛力”的理解上。在探索能量物理學的歷史中，對能量從一種形式轉化為另一種形式的觀察十分豐富。

事實上，只有通過揭示系統中每種能量形式背后的數學理論，才能理解什么是守恒[1]。今天，我們在最基本的數學層面上理解能量，但是在我們發現物理定律及其與不同形式的能量有關的各種數學表達式之前，我們就已經對守恒的東西有了一些十分有趣、偶爾又很奇怪的概念。