能量的本质以及与物质的联系和区别
能量的本质以及与物质的联系和区别
物质与能量的本质是什么？它们之间有何区别？本文将从物质的定义出发，通过具体场景分析，深入探讨这一物理学基本问题。
目前我们科学对物质的定义是：
不依赖于意识而存在，并能为意识所反映的客观实在。
简单来说就是“客观存在”。
现在我们再做进一步的思考：
“客观存在”到底是什么？或者说：客观存在的定义是什么？
有人可能会对此问题不屑一顾，这么简单的问题还需要讨论吗？客观存在不就是客观存在吗，能被我们意识感应到的，并且实实在在存在的东西。
表面上看确实是这样，但如果我们综合一些事实，做一些深度的思考，我们就会发现事实其实并没有想象中的那么简单。
现在，我们提出一个问题：请问“物体的运动”是客观实在吗？
这个问题看起来答案是很确切的，“物体的运动”虽然可以被我们意识感应到，但并不是实实在在的东西呀，因为“物体的运动”依赖于物体。
第一：只要物体停下来，“物体的运动”就消失了；
第二：如果物体消失了，“物体的运动”失去了载体，自然也就消失了。
所以我们可以得出结论：“物体的运动”并非客观存在。
上述推理过程看起来逻辑严密，合情合理，也许大部分人都是这么思考的。
就此问题，我们再进行深入的分析。
为了方便分析，我们把“物体的运动”简化为“原子的运动”，两者本质都一样。
我们来看一个场景：阳光照在物体上；
我们只观察场景开始与场景结束这两个时间点，对比两个时间点的客观存在。
场景开始时的客观存在：物体的原子，阳光的光子；
场景结束时的客观存在：物体的原子（温度出现了升高）；
有没有发现问题？
在场景结束的时候，原先客观存在的光子不见了！
既然是客观存在，当然不可能凭空消失；
其实我们凭经验就知道，光子在场景结束的时候，变成了“原子的运动”。
所以我们可以得出一个结论：
光子=原子的运动
而根据我们的经验，光肯定是一种客观实在：
光能被我们意识感知到，并且光可以不依赖于我们的意识而实实在在的客观的存在着。
所以，我们是不是可以得出结论：
“原子的运动”其实也是一种客观存在。
我们可以把此结论进行进一步的抽象：
“物质状态的改变”也是一种客观存在。
在我们很多人的观念中，物质就是客观存在，客观存在就是物质。
这是受了我们目前科学中物质定义的影响，因为我们目前科学中物质的定义就是这样的。
但笔者要纠正一下此观点：“物质状态改变”这种客观存在不是物质。
其实从定义上就可以看出来，一个是“物质本身”，一个是“物质状态的改变”，两者理所当然不是同一种事物。
也就是：物质是“客观存在”，但“客观存在”未必就是物质。
我们再进一步思考一下：“物质状态的改变”这种客观存在具有何种特性。
1：这种客观存在可以让物质当前的状态发生变化；
这个描述是一个严格的定义，如果用简单的话来说：这玩意其实就是能量！
我们思考一下能量的定义，是不是就是“可以让物质发生运动，改变物质当前状态的一种客观存在”？
所以，我们要明确：
能量与物质并非同一种事物，我们不能因为能量是一种客观存在，就把能量当成了物质。
其实对于能量和物质，有一种很简单的区分方法：
物质可以精确观测到，适用牛顿力学，可以使用基本数学进行运算；
能量具有测不准的特性，使用量子力学，只能使用概率进行计算。
我们继续探讨“物质状态的改变”这种客观存在的特性；
2：假想现在有一个物质质点，这个质点在三维空间中必然是一个确定的点，拥有一个确定的三维空间坐标(x,y,z)；
现在如果要让这个质点发生状态改变，假设这个改变状态的驱动力为向量F；
那么这个向量F必然是“可能来自于四面八方”；如果用数学表达向量，其实就是三个坐标，为了与(x,y,z)三个坐标区分，我们把这三个额外坐标命名为(u,v,w)。
所以我们可以得出：“物质状态的改变”是位于(x,y,z)点的一个(u,v,w)向量。
这种描述不太容易理解，我们可以进行概念上的进一步简化：
“物质状态的改变”位于四维空间中，拥有6个物理坐标。
有人可能还是不理解，我们可以这么去假想：
物质质点位于(x,y,z),这个物质质点周围有一个“隐藏的三维空间”，而能量质点就在这个隐藏的三维空间中。
这就是为什么能量具有测不准的特性，并且只能使用概率进行计算的根本原因。
因为我们从三维空间中观测的时候，只能观测到(x,y,z)坐标；
对于(u,v,w)坐标，我们无法精确观测到每个坐标的具体值；而(u,v,w)坐标在该隐藏空间中是呈现正态分布的，所以只能使用概率进行计算。
说到这里，可能很多人还是没有理解，那么我们就再举一个具体的场景：光子；
我们观测到的每个“光子”并非是一个独立的“能量个体”，而是“一组光量子”；
这群光量子共同特征是：位于(x,y,z)坐标；但是它们同时拥有不同的(u,v,w)坐标；
我们可以简单的理解为：这群光量子位于(x,y,z)周围的一个“隐藏的三维空间(u,v,w)”中。所以并不是能量测不准，而是我们测量光量子的时候，缺少了三个坐标。
因为光量子的强度是固定的，所以我们观测到的“光的强度”本质上是这群“光量子的数量”。这就是为什么光电效应只与光的频率有关，而与光的强度无关的根本原因。
因为光强增加，其实只是光量子数量增加了，每个光量子的能量并没有发生变化。
如果我们能发展出观测光量子（u,v,w）坐标的手段，那么量子不再测不准，而是可以精确预测。