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1、“场”能的研究和开发 我们都知道,“场”是一种物质,虽然看不见,摸不着,但是它确实存在,并且能通过仪器检测到,通过实验来证明。但是,我们在“心安理得”使用场的能量的时候,可曾想过场的能量从何而来?它又会发生哪些变化?我们还是先来举几个简单例子吧。 一、重力场 处在地球表面上的物体,由于万有引力的作用,要受到地球对它的吸引力。如果该物体从一个高度下降到另一个高度,物体的重力势能减少,动能增加,重力势能将转化成动能。在这里重力势能是地球和物体所构成的系统所共有的,如果没有了地球,物体也就没有了重力势能,但是物体的重力势能变化了,地球作为一个物体来说,有没有变化呢?没有。那么物体变化了吗?也没有。也
2、就是说,由于地球特别庞大,它可以对它表面上的物体做功(或输出能量),而自身却亳无“损失”。如果说地球和它表面上的物体构成了一个系统,无论怎样变化都是系统内部的事,那么我们再来看下一个例子。 二、磁场 磁场对铁磁性物体都有磁场力作用。若一个小铁球在磁场里沿磁场方向从一个位置移动到另一个位置,我们可以说磁场力对小铁球做正功,小铁球动能增加。也就是说,小铁球动能地增加,是因为磁场力做功的缘故。磁场力做功对产生磁场的磁铁有什么影响吗?没有,那么磁场力做功消耗的又是谁的能量呢?磁场能吗?可是磁铁是永磁体,好象取之不尽,用之不竭。直流电动机把电能转化成机械能,永磁体的磁性会减弱吗?不会,那么永磁体(或磁场
3、)在这里起的作用又是什么?永磁体对电流产生安培力,并且安培力又做了功,永磁体却安然无恙,不能不令人深思。 三、电场 处在电场里的带电物体都要受电场力的作用,若沿电场方向将带电物体移动一段距离,电场力做正功,带电物体的动能便增加,我们说带电物体的电势能转化成了带电物体的动能。问题是带电物体的电势能减少了,电场有没有变化呢?理论上,只要产生电场的静电荷不变化,电场就不会变化,所以电场不应该有什么变化。如果这种分析是正确的,那么我们来看一个例子。一个能绕中心轴自由旋转的绝缘十字架,四端带有等量同种电荷,十字架上半部分处于平行板电容器产生的匀强电场里。问:十字架是否能长时间旋转下去?这种模型在理论上若
4、能成立,那么“永动机”就又要从历史的垃圾堆里被再次提起而受世人关注。当然我是尽量避免用这个词的。 从对上述三种场的分析我们可以看出,“场”存在着,并能对外做功,做功的同时“场”自身却无任何损耗或损耗很小(小到我们无法识别的程度),我们很有理由说场能具有不确定性。那么我们该如何理解场的能量呢?我这里有一些思路仅供参考。 一、场首先是一个空间,而且是有条件的空间。重力场要有地球,磁场要有磁铁,电场要有电荷。地球、磁铁、电荷三者中,地球和磁铁是宏观的,电荷是微观的,磁现象又具有电本质,它们之间有着千丝万缕的联系。 二、经典理论告诉我们,地球之所以能产生重力,是因为它具有庞大的质量;磁铁之所以有磁性,
5、是因为有分子电流;静止电荷周围具有电场,无论宏观和微观,其性质都一样,也就是说单个电荷产生的电场和带电体产生的电场性质相同,这里不再赘述,下面只讨论地球和磁铁。上面说过,地球能产生重力场其根本原因在于质量,地球的质量由构成地球的分子和原子质量提供。所以不管地球是什么状态,只要有质量,就能产生重力场。液态或气态的地球虽然不可想象,但燃烧着的太阳(气体)能把太阳系里的所有行星紧紧吸引在自己的周围就是一个证明。磁铁具有磁性的根本原因在于磁现象的电本质,也就是分子电流。经典理论告诉我们,构成物体的分子电流规则有序排列时,整个物体对外表现出磁性,当磁铁受到强撞击力或被高温灼烧时磁性会很容易失去。我们可以
6、把磁铁受到强撞击力或被高温灼烧理解为外界对磁铁做功,那么外界对磁铁做的很有限的功为什么会使能无限制对外做功的磁场发生变化呢?经典理论认为是分子电流的规则有序排列被打破了,变成无序排列的缘故。看来分子电流的规则有序排列状态并不稳定。难道不稳定的状态能无限制对外做功? 三、我们都熟知的布朗运动是永不停息的,之所以永不停息,是因为周围液体分子运动的永不停息,那么我们可曾想过周围液体分子的运动为什么会永不停息?分子相互碰撞时难道没有一点点能量损失吗?动量守恒定律的适用范围是既适用于宏观,也适用于微观的呀。完全弹性碰撞本身就是一种理想状况,实际上是不存在的。无论碰撞时能量损失多小,总会有损失,有损失运动
7、就不会永不停息,总有停下来的时刻。 四、根据质能方程,质量其实跟能量是等价的。既然能量是守恒的,质量也应该是不变的,但是当物体的运动速度接近光速时,质量会发生变化,那么这时的动量守恒又该如何表达?物体的长度是不变的,但是当物体的运动速度接近光速时长度也会改变,不变的量却成了变量。动量守恒定律的适用范围是既适用于低速运动的物体,也适用于高速运动的物体。磁场中分子电流是核外电子产生的,核外电子的运动又是接近光速的。面对“场”能的不确定性,普遍适用的动量守恒定律是否也应该与量子力学“接轨”?或者能否推测,“场”能量的转化是核能量的又一种缓慢释放呢? 总之,无论哪种场,其能量的来源和转化都是人们无法回避的。在这里我并不想引导人们去研究什么永动机,只想在能量的转化问题上提出一些自己的看法,以便于人们更好地利用能量,节约能源。上述模型若能成立,利用电场力作用旋转的动力机械不是能更好地节约能源吗?这本身就很有意义。