（思進注：近日，因俄烏之戰，能源問題幾乎每天刷屏，各類分析更是衆說紛纭，注意到有些分析是事實的陳述、邏輯自洽；不過，好些判斷則可能失之偏頗。恰好在近10年前由我策劃，和龐忠甲先生合著的《能源超限戰》（2016年06月01日出版）分析了能源問題的方方面面，特别是結論點出：“人與動物的差别不在于對工具的利用，更在于對能源的利用。一直以來，能源危機之說虛虛實實。石油和礦物燃料告罄有日，而新能源尤其是非常規油氣資源的發展，卻使得當代能源危機成為一個僞命題”……現在看來毫不過時，那就從07月06日開始，特選摘其中部分内容，和大家分享……）

萬物運動之本：“能”的本質、形式和轉化

（接上）德國物理學家，諾貝爾物理獎獲得者麥克斯·馮·勞厄（Max von Laue，1879— 1960）在《物理學史》中還指出了湯姆遜所下定義的一個缺陷，即“使用了一個任意選定的狀态作為能量的零點”。這個缺陷需要用後來愛因斯坦的質能關系學說支持的能量慣性原理彌補。

看來，正如荷蘭物理學家克萊默斯（Hendrik Anthony Kramers，1894–1952）所說：“在物理科學中，最重要和最富有的成果的是那些不可能給予确切意義的概念。”确實很難給“能”的概念下一個簡單的一般定義。

我們不想在這裡越說越遠了。實際上，在社會經濟的實用領域，隻能也隻要從作功能力和熱功轉化的角度解釋能量的意義，大體已經夠用。

一般在常用語中或在科普讀物中，能量是指一個系統能夠釋放出來的、或者可以從中獲得的、可以相當于做一定量的功。比如說1千克汽油含12千瓦小時能量的話，那麼是指假如将1千克的汽油中的化學能全部釋放出來的話可以做12千瓦小時的功。

能量守恒定律盡管并沒有嚴格證明，但如今被人們普遍認同。意即能量既不會憑空産生，也不會憑空消失，它隻能從一種形式轉化為别的形式，或者從一個物體轉移到别的物體，在轉化或轉移的過程中其總量不變。

自然界中不同的能量形式與不同的運動形式相對應：物體運動具有機械能、分子運動具有内能、電荷的運動具有電能、原子核内部的運動具有原子能等等。不同形式的能量之間可以相互轉化。例如：摩擦生熱是通過克服摩擦做功将機械能轉化為内能；水壺中的水沸騰時水蒸氣對壺蓋做功将壺蓋頂起，表明内能轉化為機械能；電流通過電熱絲做功可将電能轉化為内能；或電流通過電磁感應裝置驅動電動機轉化為機械功等等。

工業革命以來，人類利用大自然蘊藏的燃料資源形成強大生産力和服務社會的主要途徑，是從燃料燃燒獲得熱能或轉化為機械功。

其中難度極大的是後者，即如何将燃料的熱能轉化機械功。蒸汽機的發明，是解決這一難題的革命性重大突破，因而成為工業革命勃興的起點和技術核心。

迄今為止，熱功轉化的主要方法還是将燃料燃燒産生的熱能，通過加熱水進而利用水蒸氣膨脹作用（汽輪機）或者直接利用燃氣的膨脹力（内燃機和燃氣輪機）驅動機械做功；然後利用機械功驅動發電機産生電力，或直接驅動工作機械如機床或車輛。

那麼熱與功之間究竟存在什麼關系呢？

曆史上對熱的認識，曾有兩種對立的觀點。十八世紀流行過熱質說，把熱看成是一種不生不滅的流質，以為物體含有的熱質多，就具有較高的溫度。與此相對立的是後來證實了的把熱看成一種物質分子運動形式的觀點。

很早人們就知道摩擦做功可以使物體的溫度增高；有學者發現輪子摩擦散熱和馬做功一定有确定的比例，在改變物體的内能上，做功和熱傳遞具有相同的效果。于是物理學家就猜想熱和功之間具有一定的數量關系。當時功的單位是焦耳（J，牛·米），熱量的單位是卡（Cal），人們就想知道焦耳和卡之間有怎樣的換算關系。

英國科學家詹姆士.焦耳認為不存在熱質，相信熱是能的一種形式。他花了四十年時間，做了四百多次實驗，測出熱功當量為4.18J/Cal，确立了建立能量轉化與守恒定律的實驗基礎。

現在，國際單位制（SI) 中，确定能量的單位為焦耳，熱功當量已失去存在意義。但人們在一些領域裡會習慣于使用其他單位如千瓦·小時（KWH）和千卡（Kcal），這些也是功的單位。

時至今日，“能源”領域的核心問題，仍是燃料來源及其熱功轉化，如果缺乏熱力學方面的規律性常識，不僅無法明了其所以然，甚至對于像“熱效率”這樣的基本概念也理解不了，而且很容易陷入種種荒唐的誤區。

熱力學有三大定律。第一定律就是能量守恒定律：物質内能增加等于外界做功加上吸收的熱量。

如果我們需要考慮的僅僅是熱力學第一定律，比如我們燒掉一塊煤，它的能量并沒有消失，那我們濫用那萬世不竭的能源也就無所顧慮了。然而我們知道實情并非如此簡單，煤燃燒後，轉化為二氧化碳和其他氣體以及灰分，雖然燃燒過程中能量并沒有消失，但我們卻再也不能把同一塊煤重新燒一次來做同樣的功了。

熱力學第二定律解釋了這個現象。 它告訴我們每當能量從一種狀态轉化到另一種狀态時，我們會“得到一定的懲罰”。這個懲罰就是我們損失了能在将來用于做某種功的一定能量。這就是所謂的“熵”（Entropy，源自希臘文“内在的變動”）。（待續）

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