Перевод статьи на английский язык без разрешения автора запрещается!
Реферат статьи и любое использование опубликованного в статье материала в англоязычных публикациях без разрешения автора запрещается!
Упоминание о статье в англоязычных публикациях без разрешения автора запрещается!
К вопросу о понятиях. Энергия.
Окончательная точка в размышлениях об энергии
Настала пора поставить точку в размышлениях и спорах о происхождении энергии, чтобы каждый человек знал, что такое энергия, также как знает, что такое стол, стул или тапочки, то есть, чтобы понимание смысла слова «энергия» было на бытовом уровне, а не на философском, когда мы вроде бы знаем, что в темноте есть свет, но не знаем, что же это такое.
Солнечная система движется по своей звёздной траектории в нашей Галактике. Это значит, что у Солнца есть возможности и способности двигаться в галактическом пространстве.
Земля и другие планеты обращаются по своим орбитам вокруг Солнца. Это значит, что у планет есть возможности и способности двигаться в пространстве Солнечной системы.
Луна вращается вокруг Земли по эллипсу, образуя диск, ось которого параллельна линии движения Солнца в Галактике. Это значит, что у Луны есть возможности и способности передвигаться в пространстве Лунно-Земного эллипсоида.
Земные объекты вращаются вокруг земной оси, и до недавнего времени у них были способности передвигаться только в земном пространстве. Но, благодаря появившемуся у человека умению накапливать топливо в ёмкостях и за счёт сгорания этого топлива запускать космические аппараты за пределы планеты, в настоящее время у некоторых земных объектов появились способности передвигаться в пространстве Лунно-Земного эллипсоида и даже в пространстве Солнечной системы.
Физические тела в океане и в атмосфере Земли движутся относительно поверхности и друг друга. Это значит, что у земных тел есть возможности и способности передвигаться в воздушном пространстве или пространстве океана.
И так далее. Клетки смещаются в пространстве живого организма… Атомы перемещаются в пространстве молекул, благодаря химическим реакциям… Электроны движутся в пространстве атома…
Возможность движения и способность к движению любого материального объекта зависят от пространства вообще и конкретной системы отсчёта координат в частности. Планета Земля или звезда Солнце из-за своих размеров не имеют возможности передвигаться во внутреннем пространстве атома или обычного земного физического тела. Зато физическое тело или атом имеют возможность передвигаться и в пространстве Земли, и в пространстве Солнечной системы. Таким образом, возможности движения материального объекта ограничены пространством, но ограничены лишь с одной стороны – крайней системой отсчёта, где объект имеет возможность движения, является та, центром которой является центр тяжести объекта, – и не ограничены во всех «вышестоящих» системах. Такие возможности нам предоставляет Вселенная, потому что возможность является одним из качеств движения (мы ведь говорим о «возможном движении», и «возможное» в этом словосочетании является признаком, качеством), а Вселенная – это мир движения, в отличие от Бытия, которое есть мир покоя.
Способности объекта к движению также ограничены пространством (планета не способна перемещаться в пространстве атома), но, в отличие от возможностей, зависят не только от положения системы отсчёта в «иерархии» систем, но и от положения самого материального объекта в системе отсчёта в конкретный момент. Уже не Вселенная и не конкретная система отсчёта предоставляет объекту способность двигаться, а объект предоставляет способность… сам себе, или при участии других материальных объектов, точнее – под их воздействием – приобретает способность к действию! Способность – это реализуемая материальным объектом возможность движения в конкретной системе отсчёта.
Способов механического движения во Вселенной всего два – поступательное и вращательное, поэтому реализация возможности означает для физического тела вращение вокруг центра или линейное перемещение. Таким образом, физическое тело реализует свою возможность движения не во всей Вселенной сразу, а в конкретном участке пространства. Тело может двигаться во Вселенной – оно имеет одинаковую Возможность движения, равную во всех доступных ему по размерам пространственных системах. А Способность физического тела к движению различна в каждой пространственной системе и в каких-то системах отсутствует, то есть способность тела проявляется только относительно конкретной системы отсчёта.
К примеру, лежит камень на дороге. В системе отсчёта, связанной с дорогой и земной поверхностью, то есть в атмосферном пространстве, никакой способности к движению у камня нет. Возможностей движения у камня хоть отбавляй – можно двигаться хоть поперёк дороги, хоть вдоль, хоть над дорогой, – а вот способности нет нисколько. И не реализует камень ни одной возможности, пока кто-нибудь или что-нибудь не окажет воздействия на этот камешек в этой системе отсчёта, то есть относительно дороги. А в другой системе отсчёта – относительно земной оси – на камень оказывается воздействие со стороны матушки-Земли, и камень реализует возможность движения в земном пространстве, и вращается вокруг земной оси. Но эта способность двигаться имеет конкретную величину и есть у него только в конкретном земном пространстве, а не в атмосферном, или каком-то другом (в Галактике, например). И эту его способность можно сравнить со способностью любого другого камня у дороги, то есть каждая способность имеет свою определённую величину – у кого-то способности больше, у кого-то меньше. И эта величина называется «энергия».
Так что всё очень просто. Энергия – это мера способности материального объекта к движению, к действию. Это количественная характеристика способности, её величина. А способность – это возможность, реализуемая материальным объектом в данной системе отсчёта.
Способность и система отсчёта связаны неразрывно, вследствие принципа относительности движения. К примеру, если бревно торчит из кузова поперёк грузовика, который довольно быстро едет, то в пространстве грузовика у бревна нет способности к движению, энергия относительно водителя, колёс или кузова равна нулю. Но если на обочине дороги стоит столб, то относительно окружающего пространства, в котором находятся и едущий грузовик, и неподвижный столб и дорога, способность к движению у бревна не только есть, но и настолько велика, что бревно, задев столб, может его свалить на дорогу. Или, например, включенный в розетку работающий вентилятор стоит на месте, и, какая бы мощность ни была на нём обозначена, в пространстве комнаты его крутящиеся лопасти не имеют никакой способности к движению, энергии – ноль. Но стоит вторгнуться в пространство вентилятора руке или воздуху, поднести карандаш или лист бумаги к лопастям, как тут же воздух перемешивается, а рука получает удар, карандаш отлетает, а бумага рвётся от удара, и становится ясно, что относительно пространства вентилятора его лопасти имеют очень большую способность к движению, которая ещё и увеличивается от центра вентилятора к краям лопастей.
Определения энергии, которые даны в учебниках, типа «энергия – это единая мера различных форм движения и взаимодействия материи, мера перехода движения материи из одних форм в другие», мягко говоря, не отражают суть явления. Пример отсутствия вразумительного понятия об энергии даже приведён в Википедии – в 1961 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман в лекциях так выразился о концепции энергии:
«…существует определённая величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма отвлечённо. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного, просто-напросто отмечается то странное обстоятельство, что можно подсчитать какое-то число и затем спокойно следить, как природа будет выкидывать любые свои трюки, а потом опять подсчитать это число – и оно останется прежним».
В Википедии и учебных пособиях встречаются лишь отдельные близкие к истине фразы о способности, типа «способность совершать определённые действия, называемая работой, как-то связана с энергией системы», и определения механической энергии – это «скалярная физическая величина, мера способности физической системы совершить работу». Но тут налицо неопределённость и путаница, характерная для современной физики, в определении работы – работа представляется и процессом, и способностью, и, чаще всего, мерой способности, потому что измеряется, как и энергия, в джоулях. То есть, в последнем случае работа – это та же самая энергия. Только энергия – это величина имеющейся у объекта способности к движению, а работа – это энергия отданная, величина использованной объектом способности – часть имеющейся у объекта способности, затраченная на какое-то движение, на какой-то полезный или бесполезный для человека процесс. Причём использованная способность не исчезает в пространстве, а вполне ощутимо приобретается другими материальными объектами – в этом заключается суть процесса постоянного «круговорота» способностей в замкнутой системе, осознав которую, физики пришли к принципу сохранении энергии.
Все так называемые «виды» энергии – химическая, ядерная, электромагнитная, механическая, состоящая, в свою очередь, из кинетической и потенциальной, внутренняя и т.д. – это, в действительности, величина способности материальных объектов к движению в различных системах отсчёта – в пространстве молекулы, пространстве атома, пространстве электрона, пространстве планеты или атмосферы, в пространстве системы отсчёта и т.д. Так как движение материальных объектов представлено во Вселенной только двумя способами – перемещение и вращение, – то способность к действию любого материального объекта (от электрона до Галактики) может быть лишь способностью к перемещению и способностью к вращению, которую точнее можно назвать «способностью изменять направление». Причём объект может приобретать способность и может делиться ею, то есть отдавать свою способность частично или полностью другим объектам, воздействуя на них.
Мерой способности физического тела к линейному перемещению относительно любой неподвижной точки выбранной системы отсчёта служит энергия кинетическая, а мерой способности тела к вращению относительно центра системы – энергия потенциальная. Если мы рассматриваем движение тела по окружности, то способность к линейному перемещению по этой окружности и способность к вращению вокруг центра круга имеют равную величину – равную по значению энергию, потому что это одна и та же способность тела к движению в рассматриваемой системе отсчёта, просто она рассматривается с разных точек зрения. Если же мы рассматриваем вращение тела вокруг собственной оси, то есть в рассматриваемом движении отсутствует перемещение тела, тогда мерой способности к вращению служит суммарная потенциальная энергия всех материальных объектов, из которых состоит это физическое тело, и такую энергию мы называем внутренней энергией физического тела.
Таким образом, в каждый момент в любой системе отсчёта физическое тело имеет только одну способность к движению, характеризуемую либо кинетической, либо потенциальной, либо внутренней энергией. И когда физики говорят о «полной» энергии или суммарной «механической» энергии, они просто «сваливают в кучу» способности одного и того же тела в разных системах отсчёта.