Современные взгляды на энергию: научная перспектива

Современные взгляды на энергию: научная перспектива

В физике энергия — это способность совершать работу. Как таковая, она может быть лишь характеристикой чего-либо, а не самостоятельной сущностью. Если говорят, что вечеринка проходит «энергично», это означает всего лишь, что множество людей активно общаются между собой, разговаривают и танцуют. Невозможно взять эту «энергию вечеринки», выделить ее и упаковать в бутылку. (Хотя можно было бы заставить гостей убрать после вечеринки образовавшийся беспорядок.) Положите камень в костер, и он нагреется, т. е. приобретет энергию. Сложите несколько заряженных энергией булыжников в кучку, и они смогут выполнить работу: к примеру, испечь картошку.

На энергичной вечеринке происходит множество самых разных событий. Точно так же физики определяют энергию через движение. Любой движущийся объект (к примеру, катящийся камень или вибрирующая гитарная струна) обладает кинетической энергией. Неподвижный объект (камень на вершине холма или натянутая струна), способный породить движение, обладает потенциальной энергией. Энергия (движение) может быть механической, тепловой, электрической, химической или ядерной, а также электромагнитной. Катящийся камень обладает механической энергией. Быстро движущиеся молекулы (как в кипящей воде, к примеру) обладают тепловой энергией. Молекулы льда движутся медленнее и обладают меньшей тепловой энергией. Электрическая энергия, или ток, представляет собой движение или поток электронов в проводнике (таком как проволока, вода или даже ткани человеческого тела). Химические вещества, сталкивающиеся друг с другом и образующие новые химические вещества (уголь соединяется с кислородом с образованием золы), обладают химической энергией. При атомном взрыве распадаются сами частицы, образующие атом. Это ядерная энергия.

Электромагнитная энергия представляет собой все формы излучения, включая радиоволны, микроволны, инфракрасный свет, видимый свет, ультрафиолетовый свет, рентгеновские и гамма-лучи. Излучение определяется через кванты энергии, называемые фотонами, которые не имеют массы, но движутся как волна со скоростью света. Различные формы излучения характеризуются количеством энергии в кванте, при этом радиоволны, микроволны и видимый свет несут минимум энергии, а рентгеновские и гамма-лучи — максимум.

Энергию невозможно создать или уничтожить. Однако можно превратить одну форму энергии в другую. Мы сжигаем уголь (химическая энергия) ради получения тепла (тепловая энергия, инфракрасное излучение), которое заставляет воду в котле превращаться в пар и сильно расширяться, вращая генератор (механическая энергия), который производит электрический ток (электрическая энергия).

Важно отметить, что в наших знаниях об энергии нет ничего, что можно было бы назвать «живым» в каком бы то ни было смысле, и ничего, что обладало бы «волей» или «намерением». Правда, жизнь тоже не обходится без того, что мы называем энергией. Живые существа в процессе обмена «сжигают» химические вещества пищи, превращая их в другие химические вещества — отходы: типичный пример использования химической энергии. Такой обмен питает нашу способность к любой «работе». В качестве побочного эффекта возникает инфракрасное излучение. Нервная система генерирует энергию электромагнитного излучения, которую можно регистрировать при помощи чувствительных приборов — электроэнцефалографов (ЭЭГ). Однако эти электромагнитные волны очень слабы и неотличимы от электромагнитных волн, излучаемых неживыми объектами: компьютерами и сотовыми телефонами.