能量是什麼?你真的能說清嗎?

(防走丟,加星標) 🌟
幾乎每個孩子家裡都有一把按起來“咔咔”響的玩具槍吧?除了發出讓老母親頭疼的噪音,其實裡面還藏著有趣的“能量傳遞遊戲”~下次當孩子拿起扣動扳機,“砰”地射出塑膠子彈時,不妨問問他:“猜猜看,子彈飛出去的能量,到底是從哪兒來的?”然後把這期音訊遞給他,讓他明白“能量守恆”是咋回事吧。
今天,我將會給你介紹恆星主題展廳裡的第三個相關展品——能量!
其實,能量和物質很像,也是一個我們既熟悉又感到有點陌生的詞兒。
我們經常聽到這樣的說法:“今天又是能量滿滿的一天!”或者吃一口喜歡的小零食、喝一口甜甜的飲料,感覺就能給自己“充滿能量”。能量這個詞,我們天天掛在嘴邊,算得上是非常熟悉了。但是,如果我讓你仔細想一想,能量到底是什麼呢?嘿嘿,我想,絕大多數人可能還真有點兒答不上來。
什麼是能量?簡單來說呀,能量,就是一種能讓自己或者其他東西活動起來的能力。
我給你舉個例子你就明白了。想想看,玩具槍裡面的彈簧。在沒有給玩具槍上膛的時候,彈簧是鬆鬆垮垮的,很放鬆的狀態,對不對?這時候你把一顆塑膠子彈放進槍膛裡,小小的子彈會乖乖地待在那兒,什麼也不會發生。但是,只要你“咔嚓”一下給玩具槍上了膛,槍裡面的彈簧就會被使勁壓緊。這個時候,被壓緊的彈簧就擁有了能量!
為什麼說被壓緊的彈簧就有了能量呢?因為它有了把塑膠子彈“嗖”地一下彈飛出去的本領!它可以改變塑膠子彈的運動狀態。所以,被壓緊的彈簧是有能量的。
而且,在這個過程裡,你可能還會注意到能量的一個特別有意思的特點——它呀,是可以在不同的東西之間跑來跑去,也就是它是可以“傳遞”的。
你想想,給玩具槍上膛的時候,增加的能量是從哪裡來的呢?沒錯,是你的手傳遞過來的!當你扣動玩具槍的扳機,“砰”的一聲,彈簧會把塑膠子彈給彈飛出去,同時,彈簧自己也會從緊繃繃的狀態一下子變回放鬆的狀態。
你看,彈簧的能量釋放出去了,這些釋放出來的能量就傳遞給了那顆小小的塑膠子彈。
塑膠子彈飛在空中,它是不是也有能量了?當然有!因為它也有了讓其他東西運動起來的本領。比如,如果這顆飛行的子彈撞到了一個放在桌子上的空塑膠瓶,它就能把那個塑膠瓶給撞倒!
所以你看,能量這個小調皮,總是喜歡從一個物體轉移到另一個物體上,或者從一種形態“變身”成另一種形態。但是,不管它怎麼轉移,怎麼變身,在一個封閉的系統裡,能量的總量是不會增加,也不會減少的。這就叫做“能量守恆定律”。這可是咱們整個宇宙裡最基本、最不可能被違背的規律之一!
說到這裡,有些特別愛思考的同學可能會問了:“汪老師,能量守恆定律真的任何時候都不會被打破嗎?”嗯,這個問題問得非常好!科學家們發現,在咱們這個宇宙裡,能量守恆定律幾乎可以說是無處不在的真理。不過呢,在兩個非常極端的情況下,能量守恆定律看上去好像會遇到一點小小的“挑戰”,或者說變得有些奇特。
這個我們以前介紹過,第一種情況,是最小尺度上的量子漲落。其中,從某種意義上來講,量子漲落都不算是違背了能量守恆,因為它憑空產生出來的能量極小,存在的時間還極短,因為它們太短暫了,幾乎來不及對周圍造成什麼影響,我們也無法利用。
第二種情況,則是最大尺度上的宇宙大爆炸了。我們整個宇宙裡的所有能量,都是在宇宙大爆炸的瞬間產生的。這些能量是哪裡來的,我們根本不知道,所以只能認為它們是憑空產生的。所以你看,這更像是關於“能量起源”的問題,而不是說能量守恆定律在宇宙誕生後就不管用了。
總之呢,在宇宙大爆炸之後,我們現在整個宇宙裡的能量,總量就固定下來了。打個比方,就像是被密封在一個巨大生態瓶子裡的水。在這個巨大瓶子裡面,水可以變成水汽,飄到空中變成雲,再變成雨落下來,冬天還會結成冰、凝成雪。水的形態可以千變萬化,但是瓶子裡的水,總共就那麼多,絕對不會增加,也不會減少。宇宙中的能量也是這樣!
我們前面介紹過,物質通常有固態、液態、氣態這幾種形態,如果再深入一點,還有等離子態、夸克湯。
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專輯介紹

少年,你好!我是館長汪詰,歡迎踏入這座專屬於你的好奇心殿堂!在這座博物館裡,我將帶你用一整年的時間,穿越「宇宙館」「自然生命館」「人類文明館」「科學技術館」這四大主題場館,跨越 138 億年,感受一場從星塵到文明的科學大冒險!


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