近幾年來,國內出現了一個新詞彙,叫做「正能量」,把一些有利於維持社會穩定和諧的言論和行為說成是釋放「正能量」。一時間,這個時髦詞彙被廣泛採用,也漸漸出現在美國華人社區的媒體上。可惜的是,這個詞彙是誤用的,因為物理學理論已經證明,不存在任何帶有「負能量」的物體或物質。既然沒有「負能量」,那麼「正能量」這種說法也就失去了存在的意義。
為了說清楚這個問題,讓我們先來回憶一下在初中物理課上學過的有關能量的基本概念。在物理學中,能量被定義為一個系統對其它系統做功的能力。在經典物理學(又稱為「牛頓物理學」)中,最典型的例子是一個外力把一個物體提高了一段距離。在這個過程中,

功(Work)= 力(Force)x 位移(Displacement)

而外力所做的功則轉變為這個物體的勢能(又稱位能)。在這個例子中,我們用到4個物理量,其中力是向量(又稱矢量,既有方向,又有大小),而功、能量、位移三者都是標量(只有大小,沒有方向)。

能量以多種不同的形式存在。在物理學領域中研究的能量形式主要有機械能(包括動能和勢能)、熱能、聲能、光能、電磁能和核能等。能量的概念也廣泛存在於其它學科之中:化學反應總是伴隨著分子或分子團的結構變化,也就會有許多能量變化。如果化學反應最終狀態的能量低於初始狀態,所減少的能量以熱能的形式釋放,就是放熱反應,反之則為吸熱反應。在生物學領域,能量是生物細胞或生物有機體的生長和發展所必須的,這些能量是以碳水化合物、酯類和蛋白質等分子的形式儲存在細胞內,並在呼吸作用時釋放出來。在天體物理學領域,恆星、新星、超新星、類星體、伽瑪射線暴等現象都是由各種能量轉換所驅使的。

能量可以在物體之間或者系統之間傳遞,比如機械能可以通過齒輪來傳遞,電磁能可以通過電磁波來傳遞等等。能量也可以從一種形式轉換成另一種形式,比如摩擦力把機械能轉換成熱能,燈泡把電能轉換成光能和熱能,收音機把電磁能轉換成聲能,電池把化學勢能轉換成電能,渦輪發電機把水流的機械能轉換成電能等等。在所有的能量轉換過程中,系統的總能量保持不變,能量只能從一種形式變為另一種形式而無法憑空產生或者消滅,這就是能量守恆定律。根據能量守恆定律,流入一個系統的能量減去流出的能量等於這個系統的內能變化。然而,不論內能怎樣變化,都不能成為負值,這裡的奧秘還要從宇宙的起源說起。

根據宇宙大爆炸理論,宇宙剛形成時,因為空間疾速擴張、宇宙冷卻太快,較輕的元素來不及聚合成較重的元素,就把巨量的勢能儲存在最輕的元素氫的原子核中。宇宙中的氫氣雲受引力聚縮形成恒星,氫原子核受高溫高壓觸發,產生聚合反應而釋放出所儲存的勢能,以光能的形式向外發送。在太陽系的範疇,太陽光是各個行星最重要的能量源泉,它在射入地球之後再次以各種勢能的形式儲存起來,因此世上萬物不論固體、液體、氣體、還是等離子體都存有能量。根據熱力學的理論,當溫度升高的時候物質內部的分子運動就加快,而溫度降低的時候物質內部的分子運動就減慢;當溫度達到超低溫的時候,分子、原子和原子中的基本粒子(質子、中子、電子等)的運動都會進入極度緩慢的狀態。理論證明,任何物質可以達到的最低溫度為零下273.15攝氏度(−273.15℃),即所謂的「絕對零度」(在物理學中記為K氏溫標0度)。當物質的溫度達到“絕對零度”的時候,一切粒子的運動都停止了,它就進入了所謂“零能量”的狀態。由於“絕對零度”是一個理論上的極限值,在自然界和實驗室裡都不可能達到這個極限,所以世上一切物質都不可能達到“零能量”的狀態,更不要說「負能量」了。

記者 湯毅堅

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.