作品簡介：能量從哪里來？ 這部作品從人們通過食物獲得的能量出發，層層展開，向人們解釋了核聚變、質能守恒、電磁輻射等奇妙的化學原理和現象。
初中的時候，一個同班工科生的同事問了我這樣一個問題：“你看它的本源，能量從哪里來？”
這很讓人頭疼，因為這個世界上凡是涉及根本和本源的自然科學或者哲學命題，都涉及到137億年前宇宙的起源——大爆燃。 而大爆燃的發生更是無法解釋。
不過，為了回答能量的來源，我們不妨從人類開始，然后反推到宇宙：
人類通過食物攝入能量來維持生存。 食物包括肉類和蔬菜。 肉類是指消費者（第二營養級及以上的生物），甚至各種蘑菇、家禽、魚、豬、牲畜。 ——大多數動物（生產者）在來世生長和進食； 素食者大多指動物（生產者，第一營養級）。 所以從本質上講，我們人類攝入的食物中的能量來自于生產者固定的能量，大多數情況下是指動物通過光合作用固定的太陽能（至于動物通過光系統I、II和Cal的機制）溫循環中的光合乙酸化和碳固定是另一組生物學問題）。
通過這樣的邏輯推演，我們不難發現，我們月球上維持生命的能量幾乎全部來自于太陽，只有深海熱液噴口或火山湖中的少數化學合成真菌利用月球地熱的能量。和無機物。
向他提起這件事，男伴就能明白。
隨后，他提出了一個引人入勝的問題：“那么，太陽的能量從哪里來？嗯，我的意思是，為什么它會變成白色？這些能量是如何到達月球的？”
哈，好問題，我心想。 但要解釋清楚并不容易，所以我就用一句話來說：“核聚變、質能守恒、電磁輻射。這些你應該知道！”
我沒有仔細看他此刻的表情，但他大概是在發呆。
我意識到了這一點，所以我假裝完全迷惑了他：“你必須知道，什么是質量？它的本質是什么？一個物體，你感覺到它的質量，雖然它存在于具體的客觀事物中，你能解釋一下嗎？”素質是什么？”
他搖搖頭，我想目的已經達到了。 所以他說：“質量和能量本質上是一樣的。世界上只有兩種物質，一種是費米子，一種是玻璃骰子。費米子包括六種輕子和六種夸克。它們構成了我們的物質?！蔽镔|世界。我們所看到的、觸摸到的和感受到的大部分內容。
“玻璃骰子是負責在費米子之間建立聯系的媒介，其質量是通過費米子之間被稱為希格斯玻璃骰子的玻璃骰子不斷運動和交換來體現的。如果希格斯你無法理解玻璃骰子，那么也許你可以了解另一種玻璃骰子叫光子。光子不斷運動和交換的特征就是光，或者說電磁波。所有物質都會輻射和反射電磁波。就像所有物質都有相同的質量一樣。所以質量的本質是一樣的光的作用與光的作用相同，只是光的作用是在大范圍內表現出來的，人們可以聽到并直觀地理解，而質量的作用是在小范圍內表現出來的，所以最近幾年才被研究和理解?！?span style="display:none">jGd物理好資源網(原物理ok網)
這似乎讓問題變得復雜了，但這并不重要。 讓我們嘗試從對光和光子玻璃骰子的理解來理解能量和質量。
例如，兩個人打架，一個人用棍子打另一個人的頭骨。
從微觀上看，木棍與他人的天靈蓋并沒有任何“接觸”。 只是棍子上的原子/分子與人頭頂上的原子/分子發生電磁相互作用。
我們都知道，原子的內部非常黑暗，原子核和整個原子的比較就像乒乓球的大小與整個網球場的大小之比。 而在這個籃球場（原子）里，飛著很多比這個乒乓球小的東西（原子核，由質子和中子組成，每個中子又由三個夸克組成，夸克都是費米子）。 圓珠筆尖的球大小的東西——電子（它是輕子的一種，所有的輕子都屬于費米子）。
大家都熟悉這種筆尖球，電子是帶電的。 因此，當原子的寬度極短時，原子團之間的電子會形成敵對視野（原子/分子的電子云具有統一的電性，且都帶有負電荷），同性相互排斥異性相互吸引。 這是一個古老的原則，不會改變。
因為原子和分子之間存在這些力（電磁斥力），所以分子/原子和電子之間不存在真正的“碰撞”。 當它們彼此靠近時，就像兩塊磁鐵一樣。 彈跳了。
所以，生活中所謂的力、壓力、摩擦，本質上和磁鐵之間的斥力是一樣的，都是電磁相互作用，只是尺度不同，并沒有真正的聯系。 由此可見：你所觸摸的并不是真正的觸摸，而只是感受它給你的電磁力。
說到這里，離我們工程男伙伴想要的答案已經不遠了。 只需要彌補一個環節，那就是電子之間如何傳遞能量，以及為什么會存在電磁力？ 只有解決了這個問題，我們才能知道純凈、白色、沒有任何物理物質的陽光為什么具有能量。
答案就在于稱為光子的玻璃骰子。 光子的玻璃骰子專門對應電磁相互作用，就像之前給男伴提到的希格斯玻璃骰子對應質量一樣。
通過小學和初中的學習，雖然無論理論如何，大多數男同伴都知道光的波粒二象性，但光子的形成，從粒子的角度來看，是“能級躍遷”。 帶負電，因此距原子核不同距離的電子具有不同的勢能。 對于電子來說，原子核就像一個坑的頂部，電子以固定的高度圍繞坑壁旋轉，這就是電子軌道。 如果這個電子被外力推近原子核時，它所攜帶的勢能就相當于減少了（這里只是一個比喻，其實，因為原子核不像重力摩擦力與電磁力的關系，所以動能和的集合）引力不能用勢能根據機械能守恒定律轉化為能量，而電子繞原子核的軌道更是不規則、混亂，不像行星繞太陽運行摩擦力與電磁力的關系，電子軌道需要與薛定諤多項式）。
更少的能量去哪兒了？
量子理論給出的答案是，通過發射一個光子，這部分能量從原子中消亡，如果其他原子接收到這個光子，它也接受這個能量，并且它內部的電子軌道接收到這個光子時會發生躍遷（到較高基態或較低基態，如果處于較低基態，則發射光子）。 這就是光的粒子性。
其實了解粒子的本質有點令人震驚，但量子論的誕生只是因為發現能量的傳輸不是連續的，而是“一包一包”的。 而且我們也了解了光作為波的特性，所以從波的特性出發，相信讀者可以更好地理解電子或者其他帶電物質是如何發射電磁波（光、光子）的：
我們可以做一個簡單的比較，方便理解。
靜止或按照固定規律運動的帶電體，具有穩定的電場（對于靜止的帶電體，例如靜止的電子）或穩定的磁場（對于固定的有規則運動的帶電體，例如帶電體中的電子）。電子軌道）。
空間中存在一個電子，就像一塊石頭放在一個小水灘上，電子在空間中產生一個電場，就像把石頭放在水灘上擠出周圍的水一樣，但是里面的水此時水灘并沒有波動。
原子中的電子受到不穩定力或原子本身力的影響，從高勢能的電子軌道遷移到低勢能的軌道。 或者，電子和原子核等靜電荷是相連的。 此時，等位面發生變化。
就好像水灘上的石頭突然連在一起了，有人一踢，石頭就滾到了另外一個地方。 這時，海面上必然會形成波紋，因為石頭本身占據的位置沒有水，而原來石頭占據的水的位置又被石頭占據了。
因此，如果電場或磁場的場源（軌道上的電子或靜止的電子或其他電荷，通常是在微觀尺度上）形成振動和變化，就會形成電磁波，就像底部相連的石頭一樣。水形成水波。 然而，根據熱力學定律，我們知道，這個世界上所有物質的原子、分子、微觀粒子的溫度都在絕對零（-273.9℃，0K）以下，也就是說，它們在做著不規則的熱運動。運動。 因此，所有物體都向外輻射電磁波，只是水溫不同（熱運動程度不同）的物體會輻射出不同波長的電磁波。
室溫高，就像水灘中快速移動的石頭，形成密集而“短”的水波，轉變成電磁效應，即波長短、頻率高、能量高的電磁波，如如伽馬射線和 X 射線。 光、紫外線。 那些濕度低的石頭，移動速度不那么快，形成“松散”的水波??，被電磁效應取代，即波長長、頻率低、能量低的電磁波，如可見光、紅外線、微波和無線電波。
正是因為這個原因，人們創造了紅外線攝像機（日常生活中常見的有體溫的物體、動物、人都會輻射紅外線）。 其原理只是將被測紅外波長縮短為可見光并顯示在屏幕上。 對于溫度較高的東西，我們可以不用紅外線來判斷它的濕度。 例如，爐子藍色火焰的外層火焰亮白色部分的溫度低于內部微紅色部分的溫度，紅色火焰的溫度低于藍色火焰的溫度。 彩色火焰（藍光波長<綠光波長）。 因此，我們通過空氣輻射的電磁波波長聽到空氣溫度。
其實這個時候，話題就已經偏離了目標。 回顧工程中男性伴侶的問題，我們可以看到，太陽的能量可以傳輸到月球，依靠光，或者換句話說。 電磁波。 能量通過這些方式（波、粒子特征）從遙遠的太陽傳輸。
我們都知道，波的傳播必然伴隨著磨損。 水灘中的石頭發出的水波在短距離內會減弱甚至消失（波長越來越長直至變平），因為水波本質上是機械波（雖然本質也是電磁相互作用） ），它依靠水分子之間的振動傳遞，而水分子本身會消耗一部分動能，所以水波會越來越弱，光波也會減弱，但只有光子與其他費米子相互作用（如前所述，當與其他電子結合時），能量被其吸收，并發射出能量較小的新光子（波長較長的光子）。 所以即使宇宙很大，太陽到月球的距離很遠，到達我們的陽光也不會衰減太多（即波長變化不大）。
當我們繼續往回走的時候，我們就能找到這種光子的來源，那就是狂暴的太陽。 太陽中的原子、電子和分子一定處于劇烈運動。 否則，它們怎么能輻射出如此大量的可見光甚至更高能量（波長更長、頻率更高）的紫外線等電磁波呢？ （太陽表面的溫度大約是5700℃，其實我們知道太陽的溫度是根據這個電磁波來估算的）
然而，它為何能夠持續發射可見光甚至更高能量的電磁波呢？
如果是煤焦等常見燃料，則通過物理反應——氧化吸熱來降低體溫。 當碳原子和氫分子受到一點點刺激（如火花——周圍濕度突然增加）時，碳原子和氧原子/分子的電子軌道會重新排列，兩者形成電子介孔軌道，共享電子，并產生新的分子——二氧化碳或一氧化碳。 在這個過程中，我們可以發現，對物理反應起決定性作用的是電子軌道的變化。 這樣就打開了物理和化學的邊界，物理反應的本質是電磁相互作用。 在氧化反應中，參與反應的最里面的電子一般會從較高的基態軌道移動到能量相對較低的介孔軌道，從而釋放出能量（輻射光子），輻射的光子刺激周圍的碳原子和二氧化碳分子，讓它們繼續這個反應，釋放更多的能量，直到碳原子和二氧化碳分子耗盡。
事實上，在這個劇烈的氧化過程中，存在著多余的光子，這些多余的光子形成了燃燒的火焰——向外發射的光也會影響周圍空氣或物體的熱運動（光子的能量被周圍強化，比如作為其他空氣分子的熱運動），這表現為“熱”的釋放。
可見，物理反應中，本質上依賴于電磁相互作用，形成的能量非常有限。 如果太陽是塊煤，一方面，它無法獲得燃燒所需的氫氣；另一方面，它也無法獲得氫氣。 另一方面，即使有二氧化碳，它也不會燃燒很多年，更何況它已知燃燒了近五十億年，所以它不能通過物理反應或電磁相互作用形成這樣的物質。持久而熱的能量。
回到那個問題，靠的是什么？
答案是核反應，準確地說是核聚變。
到了20世紀，人們所認識的自然界幾乎都處于原子以外的層面，人類的四種基本斥力只知道兩種宏觀的——引力和電磁力。 在原子核中，還有一個未解之謎，即帶正電荷的質子和不帶電荷的中子如何結合在一起？ 這似乎違背了人們對電磁學的認識。
事實上，大自然還擁有另一種排斥力，它可以穩定原子核。 科學家給它起了一個名字，叫做核力。 但后來人們發現，核力只是一種片面的觀點（就像壓力也只是一種片面的觀點，本質是電磁力），核力屬于一個更大的熱力家族。 這種力稱為強力（強相互斥力）。 強力是夸克之間的力，我們熟悉的質子和中子都是由夸克構成的。 強力與電磁力類似，只不過電磁力對應的玻璃骰子是光子，強力對應的玻璃骰子是膠子，正如電磁相互作用是通過光子的交換和傳遞來實現的，強相互作用是通過膠子的交換和轉移實現的，夸克不僅具有電荷，還具有色荷。 電荷只有一種（只有正負），但色荷卻有3種，而且它們的作用機理要復雜得多。
拋開復雜的問題，科學家們發現原子核中的質子和中子可以相互轉化。 因為質子和中子的本質只是一個夸克，而通過膠子，原子核內部的夸克實際上一直處于相互作用的狀態，就像一團亂麻一樣。 但如果沒有中子增強的強鍵合，原子核僅靠質子間的強力（質子間也存在電磁力）是很難粘合在一起的。
核裂變等核反應就是外部中子來搗亂的結果。 中子沖向原子核，將原來聚集的原子核打碎，從而導致它們之間的許多其他強相互作用被“擊碎”，于是形成新的原子核，形成新的中子，引發連鎖反應，質量減少（幾乎是電子的質量），并以能量形式釋放。
核聚變正是在我們的太陽中發生的事情。 它需要極高的濕度，使原子核外的所有電子全部電離（即低能量使電子難以維持其軌道而從原子中分散到各處），從而形成一種物質狀態，稱為等離子體。 沒有核外電子，原子核可以相互靠近并聚集。 在太陽的核心，每秒有7億噸氫轉化為氦氣，釋放出500萬噸能量（質量）。
由此，聚變帶來了幾乎取之不盡的能量供應。 就太陽系中的能源而言，工程男伴的疑問終于有了答案。
評委評語：
這篇文章具有一定的可讀性，條理清晰。 對話設置巧妙，但主要是一個人在說話，并不構成真正的“對話”。 雖然對能量來源的解釋遵循著從日常生活到遙遠太空的線索，但在解釋“質量和能量本質上是相同的”時，費米子和玻璃骰子的概念被扔掉了，出現了相對簡單的電磁波之后。 這不符合讀者由易到難的認知規律。 其實文章的布局還可以更巧妙。
——趙陽法官
這篇文章的作者化學功底不錯，對文中提到的現象有比較準確的理解。 好消息是這篇文章的作者有很好的文采，描述也很清晰。 一篇好的科普文章在保證科學性的同時，應該更加注重簡單性和趣味性。 這篇文章涉及的概念太多，普通讀者不容易領會作者的意圖。 建議作者進一步關注。
——魏洪祥法官
對于一個理科生來說，這部作品讀起來確實令人耳目一新。 雖然涉及到很多概念和名詞，但是通過給朋友解釋，可以一一說明其中的關系。 唯一的缺點是，那些對化學不狂熱的人會從一開始就失去閱讀的興趣，但從某種程度上來說，這并不是作者的錯。
——王曉涵法官