也谈基础物理学中的“能量”、“正能量”、“负能量”的最简明解释

作者：山风

1、基础物理学中“能量”的定义：

最经典也最表象的定义：能量就是做功的本领。

最本质的定义：能量=质量×光速的平方(即爱因斯坦质能方程)。由此可知，能量在本质上确实只有正值、没有负值，除非负质量物质被发现。

2、基础物理学习、研究中的“正能量”、“负能量”：

某物体在某状态时的某种能量为正值，表明该物体在该状态下的该能量比上一状态(或指定的0能量状态)增加了该数值。

某物体在某状态时的某种能量为负值，表明该物体在该状态下的该能量比上一状态(或指定的0能量状态)减少了该数值的绝对值。

“0能量状态”往往是根据学习、研究或处理问题的方便，依物理学界公认的行规人为指定的，如，在地球表面的重力场中，往往指定地理的0高度面(即海平面)为0重力势能参考面。

现举例如下，以帮助理解：

例1：某物体的重力势能为9.8焦耳，表明它在这一状态下的重力势能比“指定的0重力势能状态”时增加了9.8焦耳；某物体的重力势能为-9.8焦耳，表明它在这一状态下的重力势能比“指定的0重力势能状态”时减少了9.8焦耳。

例2：经典玻尔理论的氢原子核外电子在第一轨道上的电场能为-13.6电子伏特，表明它在该轨道上的电场能比它在指定的0电场能状态(即离核无穷远处)时减少了13.6电子伏特。

例3：在应用热力学第一定律W+Q=ΔE时，对式中各物理量的符号可作如下规定：外界对物体作功，W取正值；物体对外作功，W取负值；外界对物体传热，Q取正值；物体对外传热，Q取负值；物体内能增加，ΔE取正值；物体内能减少，ΔE取负值。

按能量的本质定义，任何物体能量增加或减少时，必伴随着质量的增加或亏损，只是在宏观状态下，这种质量的变化极其极其微小，根本无法觉察。

(XYS20170530)