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一、北欧维京海盗
中世纪是个荒蛮的时代，不单指人文的凋敝，新兴的国家各恃武力，争抢着罗马帝国昔日的版图。凯尔特人、法兰克人、汪达尔人、萨克逊人，纷纷建立起各自的国家。我们来看看生活在冰天雪地的民族维京。
维京人生活在1000多年前的北欧，今天的挪威、丹麦和瑞典。当时欧洲人更多将之称为Northman，即北方来客。维京是他们的自称，在北欧的语言中，这个词语包含着两重意思：首先是旅行，然后是掠夺。他们远航的足迹遍及整个欧洲，南临红海，西到北美，东至巴格达。但他们第一次在当地百姓面前出现，就是以海盗的身份抢劫掠夺。
撇开考古学的成就不说，我们可以从维京人自己讲述的故事中，了解他们的生活片断。最早的故事、历史、诗歌并没有写成文字，而是通过口头的传唱代代流传。
直到公元1100年左右，居住在冰岛的维京人有了自己独特的文字，记录在兽皮上，或者木块、兽骨和石头上，这种文字由几条简单的曲线构成，称为Rune，最早有26个字母，后来渐渐演变成16个。我们亦可以从同时代人的记载中找到维京人的点滴。但是一些受害者，比如修道院的僧侣，他们的描述就有欠客观。
【政治】
维京人的社会体系包括三个阶层：
Jarl：王侯，多为大领主，世袭的贵族；
Karl：自由人，军队的主力，武士阶层；
Thralls：则是最底层的奴隶。
但这种划分不绝对，一个自由人可以变成奴隶，如果他丧失了所有自己的份地；一个奴隶也能变成自由人，忠诚侍奉主人，就会得到赎身的机会。
贵族与自由人定期开会，决定重大事件，解决争端，他们称这种会议为Thing。
最早的时候，国王是最大的贵族，他做出几乎所有的重大决定，以至于部族会议只负责一些地方事务。但在冰岛，由于从来没有国王，部族大会决定一切，全岛的贵族与自由人都要参加，每年定期在某个地方召开，为期两周。
很久以前看过一部书，JeanAule所写的洪荒孤女（TheEarth’sChildren），那时惊异于这位阿姨怎么能写出这么详尽的史前风情（好书好书！强烈推荐！）。书中的部落每两年会聚集到一个地方开大会，完成一系列的祭典、贸易、协商、竞技，想来就是参考了北欧的传统。
维京人无条件的接收国王和大会的全部法令，这些法令为每个人所熟知。违背的人将被开除出部落，称为Outlawed，这里不是绿林好汉的意思。这次被放逐者不能耕作任何土地，不能接受任何人的帮助，他们只能住在山洞中，过着躲藏、偷盗的生活。
生活】
维京人过着家族生活，父母子女祖孙姑侄生活在一个屋檐下头。他们彼此忠诚，家族中的一员受了欺负，全家人就一起去部落大会要求公正。如果一名男子被杀，他的家族多半会要求得到金钱或是土地的赔偿。如果部落大会认为他们确实有权力做出这样的要求，凶手的家族爽快的付了赔款，那就万事照旧；但如果死者的家族觉得裁决有欠公正，他们就会私下里杀死对方的一名成员，于是怨怨相报，没完没了的世仇可能成为古老家系的额外传统。
女性谈婚论嫁由全家人决定，但她有权力从列出的清单中挑选一名。婚后她还保有以前的财产，并且在丈夫出远门时负责照看家里的土地。离婚很简单，夫妇俩发表一个声明，当着公证人的面说清他们离异的原因。有些理由看来很可笑，比方说有丈夫抱怨他的妻子老是穿裤子而不是裙子。
当时家居的遗址和维京人的垃圾堆（还是保存很好^^），揭示了他们的饮食结构。维京人的主食以肉类和鱼类为主，他们饲养猪、鸡、鹅、鸭、牛、羊，得到肉、奶、蛋，偶尔还打猎捕鱼。他们种植黑麦和大麦用来做面包，用甘蓝和洋葱作调味品，此外还有大蒜和水芹。他们用木杯或镂空的牛角喝啤酒，牛奶以及一种用蜂蜜自制的酒。一天照例吃两顿，早上8点左右是早餐，晚上8点左右是晚餐。全家人聚在一起，用木制的锅碗瓢盆做饭。维京人用刀和勺进餐，但没有叉子。
【文化】
维京人信仰很多神灵，有男有女，不同神灵照看着日常生活的不同方面。他们时不时的在各处显灵，让适当的事情在适当的时间、适当的地点发生。
故老相传，神灵都住在一个叫阿斯加德（Asgard）的地方，相当于天堂所在吧。在地底的世界自然也有地狱，叫做尼夫海姆（Niflheim）。海盗们坚信，如果一个男人光荣战死，灵魂就能进入天国阿斯加德的神宫瓦尔哈拉（Valhalla），勇士的英灵在那里饮宴、欢歌、讲述传奇。如果生为战士而很黯淡的是死在床上，那就只配进地府。
从这点出发，维京人相信人死不过是去另一个世界旅行，他们就在死者的墓穴中堆放很多的陪葬品，供其路上花用。有吃有穿，各式工具，诸般兵器。更有甚者，如果死的是国王或者了不起的大英雄，他们会将死者生前的战船与之一起埋葬，即是很有名的‘海盗的葬礼‘。
维京人认为，在动物中亦埋藏着神性，他们据此将动物分成善良的和邪恶的，相信幽灵的存在，地精（Goblin）和大地精（Troll）也来自维京人的神话。维京人相信，有人可以预知未来，他们将这些先知称为真言者（Soothsayer），这些隐士居住在偏远的乡间，受着四方膜拜者的供养。
北欧海盗喜欢听故事和诗歌，有很长的一段时间，他们就用这种方式来纪录历史。每个部落中有人专门记录这种故事，并编写新的传说。将这些冗长的故事用文字刻到骨头上显然需要很长的时间，维京人在漫长的冬季躲在屋子里讲述父辈流传下来的故事。
职业的艺人或吟游诗人四处采风，参加每年三次的节日，也参加婚礼和宴会。这种场合总需要歌唱与舞蹈，讲故事的人会得到某种形式的礼物，戒指或者项链。他们的故事对于今天的人来说可能有点夸张，某人杀死了屋子那么大的野猪；某主妇一天挤完了一千头奶牛。维京人的逻辑是这样的：值得描述的功绩不是已经做了什么，而是能够做些什么。
聆听维京人的歌唱需要极大的胆量和毅力，有个阿拉伯的旅行者去过丹麦后说：“我从来没听过这么吓人的吼叫，一群野狗的咆哮比得上他们的嗓音，但没有他们的放荡。”
【战斗】
维京人是强悍的战士，他们的人数较少，于是就得依靠周密的策划与出其不意的突袭。在战斗中他们又表现的异乎寻常的狂热，捍不畏死，于是人们谈海盗色变。
他们的突击常分成两节：先在远距离上投掷长矛，发射火箭；然后用剑和战斧做近距离的了断。
在海上相遇时，海盗遵守古老的传统，一声不吭的将船系一起。在船头搭上跳板，然后依次上场单挑，每个走上跳板的人都面临这样的命运：或者将对方统统杀光，或者自己战死，由后面的同伴替自己复仇。如果感到害怕，可以转身跳进海里，没有人会追杀逃兵，但放弃战斗资格的人与死者无异，从此连家人都会忽视他的存在。
因此排在船头第一个上阵的，通常是最精锐的战士，他们在战斗中赤裸上身，发着粗野的吼声，忘情的享受战斗的酣畅。他们知道，脚下的跳板浸透着祖辈的鲜血，自己的后代也会落脚在同一个地方。愤怒使维京海盗显得强大而骇人，这种战士即被称为Berserker，狂战士。没有人知道为什么，这种原始的战斗会激发出这么惊人的人类本性，狂战士的故事被代代相传。
战斗中生存下来的男人慷慨分享胜利，维京人的第一位国王名叫哈罗德（Harold），绰号细头发，他统治的地域就是今天的挪威。一个夏天他出发去讨伐打劫他领地的海盗，征战时间过长，以至不得不在奥克尼（Orkneys，苏格兰北部岛屿）过冬，顺带就占领了苏格兰、设得兰和赫布里底群岛。
第二年开春大队人马要回挪威，这位国王就把新的领地交给罗根伐德伯爵统治，因为这位伯爵在远征中失去了唯一的儿子。罗根伐德又把领地谦让给齐格尔德伯爵，因为在战斗中救了他一命。今天苏格兰还有以齐格尔德命名的港湾。
【贸易】
维京人的农场出产几乎全部日常生活用品，从工具到衣物，过着自给自足的生活。随着时间的推移，擅长制造某种器具的人慢慢成了专门工匠。他们随处开设店铺，但铁匠的铺子总在镇子的边上，因为炉子有失火的危险。
工匠生产的器具经过更多的装饰，他们制造工具、武器和珠宝。维京的珠宝享誉至今，有很复杂的制作工艺，胸针通常是用白蜡为胚，白银或青铜浇铸，加以打磨制成，上面镶嵌彩色的石子或者珠宝。琥珀和染色的小石子可以制成项链。黑玉和绿松石则制成骰子和筹码，用来下棋。来往的货郎冲州撞府，嗯应该是冲乡撞县的兜售这些做工精美的首饰。
维京人与很多地区保持着贸易上的往来，考古学家从北欧的墓葬群中也找到了不少别的地区的产品与钱币。不过他们更加喜欢白银，商人随身带着天平，用银块充当砝码。石刻与传说记载了他们的旅行：
公元860年，沿着伏尔加河下溯的维京人来到了俄罗斯（其时还不叫这个名字）。他们同当地的斯拉夫人作交易，从诺夫格罗德南下，沿河来到波尔加，用奴隶换取蜂蜜和毛皮；再顺着伏尔加河进入里海，换乘骆驼，一直来到巴格达，交易丝绸和香料。
另一条贸易路线是沿着第聂伯河到达基辅，进黑海，到达盛产葡萄酒、丝绸和伊斯坦布尔，出售精美的珠宝首饰。旅行维京人是很好的水手和船匠，相比较，别国的船去不了远海，设计也很笨重。维京人的船分量轻，船身狭窄，吃水浅，可以在欧洲所有河流中航行。
他们穿着毛皮大衣，就在船上和衣而睡。船上还能生火做饭，用一个装满沙子的盒子做炉灶。在海上，他们用日月星辰做方向标。天气差的时候也用指北针，一块简单磁化过的铁片。
在维京人漫长的旅途中，船是他们移动的家。桅杆可以放倒，蒙上船帆就是很好的帐篷，海盗们甚至像阿尔戈英雄一样扛着座舰前进，从一条河到另一条河。因为水运更省力，可以运载更多的人和装备。
【海盗的足迹】
从公元780年开始，维京人越来越多的外出活动。他们需要更多的贸易市场，需要更多的掠夺场地。他们主要偷盗牲口和谷物，也不放过任何有价值的财宝。他们迅速出击，得手后同样迅速的离去。附近的居民深受其害，将维京人视作蛮人，冷血的战士。
公元789年，一伙维京海盗洗劫了多赛特郡，从此英格兰就受着不断的骚扰。当地人与强盗英勇的战斗过，但更多的时候，他们缴纳赎金，称为Danegeld（今天丹麦的赋税不叫tax，就叫Danegeld），让灾星快快离去。但钱不是总可以解决问题的，海盗有好几股，这个大王离去，另一个头领翩翩登场。在防守薄弱的地区，维京海盗很是猖獗。
海盗的族群众多，意味着劫掠永远不会停止，哪怕是加涅特，挪威和丹麦的国王，征服了英格兰之后，他的领地还是常常被瑞典的海盗骚扰。不胜其害之下，这位强大的君主也不得不缴纳赎金。
唯一的例外是在1066年，征服者威廉一世带着诺曼底士兵踏上英格兰，他的暴戾连海盗都望而生畏，于是当地的老百姓在外国人的皮鞭下反而度过了相对平静的一年。
苏格兰离北欧更近，公元795年奥克尼群岛被维京人占领，然后是苏格兰和爱尔兰的海岸线为海盗所控制。他们在这里建立了与挪威的贸易路线，并且以此为落脚点，向更西部发展。
苏格兰是挪威人的天下，相安无事。爱尔兰复杂很多，挪威人、丹麦人还有爱尔兰海盗都不是好相与的角色，于是常常爆发大规模械斗。直到公元902年，挪威人才暂时离开爱尔兰，之所以说暂时，是因为他们于公元917年就卷土重来，占领了都柏林作为贸易港湾。
1100年，都柏林才被诺曼人接管。但是众所周知，诺曼人正是丹麦海盗在法兰西留下的后裔。
北海固然是满目疮痍，维京人越过直布罗陀，在地中海沿岸继续肆虐。与强大的对手做生意，面对弱者就成了盗贼。
这些不法之徒甚至打劫修道院，因为修道院中总有大量储藏的食物与财宝，僧侣又不动手反抗。沿着欧洲海岸线前进的维京海盗成了整个欧洲的噩梦，只有西班牙和法国幸免遇难。
公元844年，西班牙的阿拉伯军队在康多巴组织了一次成功的反登陆，伊比利亚半岛从此风平浪静，只有和气的维京商人来交易葡萄酒和奴隶。
法国国王‘头脑简单的‘查理先是老实交付了赎金，后来又学着英国人的做法，把最大的海盗头子罗勒（Rollo）封作诺曼底的大公。须知，这位老兄是征服者威廉一世的曾曾曾祖父，他的后裔在1066年终于成为英格兰的国王。
挪威人离开家一直往西远航，寻找新的家园。公元860年他们来到冰岛，原先住在这里的僧侣在一片恐慌下纷纷出逃。公元920年他们来到格林兰开始定居，但那里的气候一年比一年寒冷，不能种植庄稼，终于1500年全部的维京人离开了这块冰冻的岛屿。
后人一直在寻找北欧人到过美洲大陆的证据，据称1898年在美国出土的一块北欧石刻，后来被证实为1958年的赝品。1965年找到的维京航海图，有详尽的美洲海岸的轮廓，后来也被证明伪造。直到1969年丹麦的一个海盗墓中，终于找到了一枚石制的箭头，后经测试证实确为美洲的产物，海盗们确实到过北美洲。
随着基督教在欧洲大陆的推广，维京人在金钱或者刀剑下逐渐改变了信仰，宗教终于让他们放弃了拳头上讨生活的做法，漂泊不定的海盗在各地定居下来。他们的遗族今天在哪里呢？除了北欧国家以外，我们来看看伊本•；费德拉（IbnFadla），一位阿拉伯的旅行家的记载：
“罗斯人居住在湖中的岛屿上，他们劫掠附近的斯拉夫人村落，将俘虏卖到伏尔加河的下游城镇。”
伏尔加河流域的原住民是斯拉夫人，部落之间多年不断的争斗之下，有人去北欧请来强有力的佣兵和领导人。于是来自斯堪的纳维亚的瓦兰吉亚人结束了纷争，大量涌进的维京移民被当地人称为Rus，罗斯人。直到公元882年奥列格大公建立起罗斯国家，将他们居住的国家称为Rusland，即今天的Russia，俄罗斯。
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对能量本质的探究和猜想
前言f\VZmVoks^KoMHMf
能量是我们的宇宙，我们的世界，我们的生活中的一个重要组成部分。它表现为多种形式，而这些能量可以在不同形式间进行相互的转化，可以说不同形式的能量是一致的。但是对于这些不同形式的能量，我们并不能确切的知道它是如何进行转化，这主要是因为我们并不知道能量到底是什么样子的，在我们的概念中能量是一种看不见，摸不到只能通过温度感受到的“玄而又玄”的东西。但我相信，能量必然具有某种特定的结构，并且以某种特定的方式在不同的物体之间作用和转化，那么就有必要从已有的知识对能量的构成进行研究，哪怕只是猜想，也有它的意义。hifTaDKjDEfO^N的。[
这份报告以探究的方式，从一个问题开始深入物质的结构和运动，以观察能量在物质的构成和运动中所起到的作用，最后得出结论并以结论为基础进行一些猜想和总结。本报告的结构如下：Vl，qdTtE。CJ55ag0B
二．能量的定义[cFm，mhmk1kUgfZH的
一般我们将能量定义为度量物质运动的一种物理量，用来表示物质做功的能力。Ok**K^0HqE0apX8。
从更专业的角度来说：pI10eA5`KipSV，E]
能量是物理学中描写一个系统或一个过程的一个量。一个系统的能量可以被定义为从一个被定义的零能量的状态转换为该系统现状的功的总和。一个系统到底有多少能量在物理中并不是一个确定的值，它随着对这个系统的描写而变换。1b\[rY[IXMg]NtUYo
举一个例子而言，我们观察一个质量为1kg的固体的能量：U^2m0QDEppRhnGs\f-
假如我们在研究经典力学而只对它的动能感兴趣的话，那么它的能量就是我们要将它从静止加速到它现有速度所加的功的总和。O\c^Ce3IInI8kR[N-
假如我们在研究热学而只对它的内能感兴趣的话，那么它的能量就是我们要将它从绝对零度加热到它现有温度所加的功的总和。tWgF9cqTMYQ7i7rP1-
假如我们在研究物理化学而只对它所含有的化学能感兴趣的话，那么它的能量就是我们在合成这个固体时对它的原料加入的功的总和。h的Voe11T0O]`o^a9[-
假如我们在研究原子物理而只对它所含有的原子能感兴趣的话，那么它的能量就是我们从原子能为零的状态对它做功、使它达到现在状态的功的总和。fjPWFdR的eg2LtStV
当然我们也可以用反过来的方法来定义这个固体所含的能量，举两个例子：HN6fcXZsECcr，r1s-
该固体的内能是将它冷却到绝对零度所释放出来的功的总和。eG3H8CYtbqTm]7VRa-
该固体的原子能是将它所含的所有的原子能全部释放出来的功的总和。VD00olRApj[Lg。M。4
等等。C。J6ZOrgloaYZ3F]
可见，能量虽然是一个非常常用和非常基础的物理概念，但同时也是一个非常抽象和非常难定义的物理概念。所以一般在常用语中或在科普读物中能量是指一个系统能够释放出来的、或者可以从中获得的、可以相当于做一定量的功。比如说1千克汽油含12千瓦小时能量的话，那么是指假如将1千克的汽油中的化学能全部施放出来的话可以做12kWh的功。但是这个概念却在不经意间误导了很多人，即以为能量和功一样是由人类定义出来而不是真实存在的，这样就否认了能量的物质性。出现这样的错误是情有可原的，因为，能量实在是太过“虚无”，它一般蕴涵在物体中，难以分离和观察，人们只能以间接的方式来研究。功便是这样一个产物，通过做功，势能、动能、内能、电能等可以互相转换，从这个角度应该明确功为能量转换的一种量度。能量和功是不相同的概念。l5D5725gZJ[[l3Qn[
三．物质与能量的统一_BJMhfJ60E，9KWSL
常见的能量形式有机械能、化学能、内能、电能、原子能、光能。我们已经知道在一定的条件下它们可以相互转化，比如摩擦可以生热，燃烧产生热，电灯泡发热，以及原子弹爆炸放热便分别是机械能、化学能、电能、原子能转化成内能的表现。如果较为精确地测量，就会发现在这些转化中能量既没有被创造也没有被消灭，它只是从一种形式转化成另一种形式。这便是能量守恒定律。与之对应的是质量守恒定律，即物质既不能被创造也不能被消灭，化学变化只能改变物质的组成。BB^rsj的oYlqcQ9\EE
1。困惑科学家的问题Jc5Q1A1FX。Q6JLUT
但是科学家们在研究中曾经遇到一个使他们感到无比迷惑的问题：原子核的质量小于构成它的粒子的质量的和。这的确很奇怪，因为这个问题说明整体的质量小于局部的质量。_PeBIpUGekF7m\Tl0
比如氦的原子核就轻于它的质子和中子之和。氦核包含2个质子和2个中子。质子的相对原子质量是1.0073，中子的相对原子质量是1.0086。如果我们把2个质子和中子的质量加起来得到的相对原子质量是4.0318。但是氦核的相对原子质量却是4.0015，比质子和中子的质量和小了0.0303。这个质量到哪里去了？ZcctYo的QAUi1io`g
科学家一直难以解决这个问题直到相对论的出现。在相对论中爱因斯坦提出划时代的质能方程E=mC2（E是能量，m是物体的静质量，C是光速）将质量和能量联系在一起。而在相对论出现以前，人们认为能量和物质之间是不同的存在物，它们分别遵守它们各自的守恒定律。EChfhQ5msnddXqT
2。这里将细致地探讨有关试验来理解和验证这个质能方程：_07[[FZn36tNOtM
碳在空气中燃烧，发生的是化学发应；氢2和氢3聚变后，发生的是原子核反应。这两类反应中新物质的形成是十分不同的。HcFlMXjL\VT_B^\PH
氧分子里的原子是共用电子的，这就形成了化学键（相邻的原子之间强烈的相互作用），当碳和氧反应时，氧分子里的键被破坏，而在碳和氧之间形成新的键。无论化学键的形成或破坏，原子的电子都要重新排列。但原子核却没有变化，在化学反应中，反应前后原子的种类和数目都时相同的。3FXb0Be3aA5^VMidl
C+O2→CO2+能量lCm_^LWSpjPllliK2
氢2和氢3的聚变中，原子核变化了，氢2和氢3原子核里的质子和中子重新排列，变成了氦4的原子核，还剩下一个中子。XImoB8BsK2\jG。d_
氢2＋氢3→氦4＋中子＋能量tX98nYDTLCFjkQ7c
21H+31H→42He+10n+能量(元素符号的左上标表示质量数，左下标表示质子数)gB6WiEmnLpDVGn_W
3。我们再比较一下再两类反应中物质的质量。BNLJh\DN47feM3pt
（1）当12.00112克的碳核31.9988克的氧结合时，产生了44.0100克的二氧化碳。二氧化碳的质量精确到四位小数，还是等于碳和氧质量的和。这是符合质量守恒定律的。ahYHfXC的jJ06k\Z
C+O2→CO2+能量。WY8R0TTcPdkFIf^c
12.0012g31.9988g33.0100g`6QVLrrqiZ4SZHf2K
（2）m6\A5RRA[]3RNPeE[
21H+31H→42He+10n+能量1dWEsT[^eT1kYGc7t
2.0141g3.0149g4.0015g1.0086gDZY3Ga，s\A8QqEkfG
当我们在氢2和氢3聚变的方程中将两边相加，反应前物质的总质量等于5.0920g，而反应后物质的总质量等于5.0101g。反应后比反应前少了0.0189g的物质。此时，质量守恒定律不再适用了，这0.0189g的物质到底去哪里了？7\bGPLl2E\Fkj0E
再看质能方程E=mC2L0[CZd7Eag`n1D，J
这个方程中，光速C的值约等于3×108m/s，那么C2=9×1016m2/s2。当这个巨大的数字乘以质量的变化时，结果是巨大的能量被释放出来。所以，这个方程里的物质似乎消失了，其实是转化成为了能量。KMXlJNJ2LWig9I[1I
但有个疑问：在一般的化学变化和物理变化中似乎没有质量的损失？_[\S0ZVQ4^ti5tlgg
其实在碳燃烧时是有质量损失的，但由于一般变化中能量释放得非常少，再用这个数值去除以C2，损失的质量就非常非常小了，我们很难测量出来。Tt^kAHABoFfZW2IX，
所以根据爱因斯坦的质能方程和大量的试验数据，原来的能量守恒定律和质量守恒定律被发展成为质能守恒定律：物质和能量既不能被创造也不能被消灭，但它们能相互转化。从这一个概念来讲，其实物质可以看作能量的一种高度聚合的形式，那么质能守恒定律可以更准确地表达成：在一个封闭的系统中能量既不会增加也不会减少。kV。的t\e^ZqQ的Er8X
这样，科学家们终于解决了那个困扰了他们很久的问题。科学家相信，在原子形成时，损失的质量转化成能量了。正是这种能量使原子核保持在一起。一般来说，原子核具有超过一个的质子，它们都具有正电荷所以会互相排斥，但正是这些能量使它们保持在一起并且还束缚住了中子。使原子核结合在一起的能量叫结合能。ZWAqgjSd1961GAdN
类比于结合能，化学键也起到同样的作用。虽然化合物是通过两种方式结合起来的：交换电子形成离子化合物（离子键：使阴、阳离子结合成化合物的静电作用）；共用电子对形成共价化合物（共价键：原子之间通过共用电子对所形成的相互作用）。但是可以概括地用化学键来描述这种结合作用。所以，化学键应该也是一种能量，而且说明分子在形成过程中，原子也相应地损失了一部分质量转化成为化学键。^37EP74，`F0Qnjk`
这里，为了下面叙述的方便我们定义几个概念：kYegcssaZb_36jY0D
束缚质子（中子）能：将质子（中子）束缚在原子核上的能量。束缚一个质子（中子）的能量大小为一单位。CnNEClCF4的GZiZWp
束缚电子能：束缚电子使其围绕原子核运动的能量。束缚一个电子的能量大小为一单位。H的，\]LldmSODp7c
质子(中子)内部能:将质子（中子）的内部结构束缚，保持质子（中子）内部结构的能量。c3Q的CPfq\^K6MZIPR
可以料想，在原子形成的时候，损失的一部分质量将转化成为能量，用以维持原子的内部结构。qa4DM_]IcS^hFLqql
四．能量和物质结构。6CITrT。P1PlP01a_8
在这里可以做一个猜想，如果物质可以看作能量的一种高度聚合的形式，那么就不排除有一天可以将物质完全地转化为能量。反之，可以将这些能量收集在一定条件下将它们重新转化为物质。比如说我们可以将垃圾完全转化为能量利用，或者可以将这些能量重新转化为别的物质比如铁，铜等。如果这个猜想可以实现必将开创人类的一个全新的时代。你可能觉得将垃圾变成铁是一件十分荒谬的事情，但是理论上的确有这种可能性。我们现在面对的可能有3种：（1）不同形式的能量（不包括物质）不再具有任何结构，能量即是构成世界的基本存在物。在它们聚合成为物质的时候，产生的物质结构取决于聚合时候的条件。那么将垃圾变成铁可能性就非常大了。（2）不同形式的能量（不包括物质）都具有相同的结构，在它们聚合成为物质的时候，产生的物质结构取决于聚合时候的条件。那么将垃圾变成铁便是可能的。（3）不同形式的能量（不包括物质）各自具有不同的结构（此时不同形式能量的划分不以机械能，内能，化学能等为标准），那么特定结构的能量只能聚合成特定的物质，也许垃圾变成的能量只能是垃圾能，而这些垃圾能只能重新被聚合成为垃圾。3UU`3eGhKRmjEq[3A
这里非常关键的因素就是能量的本质和其运动规律，但实际的观察是难以实现的，那么我们可以从这个方式来猜想能量的结构：以已知的物质的结构为基础，研究能量在物质构成、运动、转化中所起到的作用，这样就可以比较有效地猜测能量的本质了。e]，TcPV56REEImA
1。物质结构ABOW5M1g0On8k1Qs^
（1）分子。K3_\WC03P_WBb2VDh
我们已知物质是粒子构成的，物质中能独立存在并保持其组成和一切化学特性的最小微粒是分子。分子是由原子用化学键结合在一起而构成的，原子之间的作用力比较强，但分子之间的作用力却相当弱，所以分子在一定程度上表现出独立粒子的行为。分子可以由同种原子组成，也可以由不同种类的原子组成。最简单的分子只含有一个原子，如稀有气体的分子。大多数非金属构成的分子为双原子分子，如氮、氧等分子。化合物是由不同元素组成的分子，为数最多。paEKZ0SLq\20cJf
物质一般可以分为固体，液体，气体三种。一种物质在不同的条件下（如温度，压力等）可以处于不同的物态。而决定一种物质究竟处于何种状态的一个基本因素就是组成物质的分子之间的距离。固体和液体有一个共同特点：它们的分子间的距离不大，因而分子间有较强的相互作用，这使得固体和液体都不易压缩，而且在微观结构上不像气体那样无序。mp7ih8fc，2LTmIa
可以用能量的观点来看上表，那么物态体现出的是物质内部的能量状况：气体的分子动能很大，它们的分子可以基本在空间内自由移动和扩散；液体和固体的分子动能较小，分子间的势能起主导作用，它们被相互束缚起来。液体的分子可以较大地振动，所以液体可以整体地，有限地扩散和移动。固体的分子被束缚得很紧，它们只能很轻微地振动，因此固体可以在长时间内保持稳定而不扩散和移动。rp3的。_55kA3TeDUJ
（2）原子7mefHp4，gb3M5XcF
构成化学元素的基本单元和化学变化中的最小微粒，即不能用化学变化再分的微粒。原子由带正电的原子核和带负电的核外电子组成，原子核非常小，但原子质量的99.95％以上都集中在原子核内。质量很小的电子在原子核外的空间绕核作有规律的高速运动，原子核和核外电子相互吸引，组成中性的原子。原子核由质子和中子组成。质子和中子统称为核子，核电荷数即为核内质子数。核是非常致密的，核子彼此紧靠在一起。Zrmoo2cYPV[jHh5rk
上左图为一种经典的原子模型，每一个电子都在一定的轨道上绕着原子核运动。没有电子能够旋转于这些固定的轨道之间的任何一点上，电子也不能落入原子核里。另外，每一个轨道包含的原子都有一个最大值。^RMQYcSYEiH0qMPf
右上图为较新的电子云模型。电子充满原子核周围的球形空间。在含有多个电子的原子里，由于电子的能量不同，它们运动的区域也不同。通常，能量低的电子在离核较远的区域运动。我们可以将不同的区域分为不同的能级，分别对应不同能量的电子。Cl^`\V\prCAbQdAD`
在这两个模型中都有一个共同点，就是电子离核越远，能量也就越高。我们同样可以用动能和势能的观点来解释原子的模型：原子核和电子之间有吸引力，而动能的存在维持着原子核和电子的相互位置和关系，所以在电子和原子核之间包含着势能，原子核和电子间的吸引力越强，那么势能就越强。但在这里，假定一个电子在靠近原子核，那么势能会转化为电子的动能，当动能足以克服吸引力，它就会停止靠近原子核并最终远离原子核；当它远离原子核时，动能便转化为势能，当动能不足以克服吸引力时，它便会停止远离原子核而开始靠近原子核……这样子往复下去，除非有外来的能量打破这种平衡。JLP8l]1AGgpUJOH1K
（3）物质的能量稳定Zn05LnKP9pj01ae3
由于物质的结构特点，导致不通物态的物质在吸收一定能量后产生的改变是完全不同的。比如热胀冷缩的程度：气体受热膨胀地十分剧烈和明显，液体较为明显而固体最不明显。这是因为在气体分子间的束缚最弱，在吸收能量后分子间的距离迅速地扩大，导致空间上的体积迅速扩大。KOf]Uee6NkDY8。HTB
不同物态的物质本质是一致的，只不过在微观结构上的能量状况不同。如果再看一个例子将对这个问题有更深入的认识。rk2CMk，Z04f2nkae^
固体可以分为晶体和非晶体两大类。晶体和非晶体在外形上和物理性质上都有很大区别：[P6。22a1Fe4ZeLfB\
外观上晶体有规则的几何形状，非晶体没有规则的几何形状；晶体的一些物理性质表现为各向异性（晶体的物理性质和方向有关），非晶体的各种物理性质是各向同性（非晶体的各种物理性质在各个方向上都是相同的）；晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点。NjXtGQ7pE0EDB9kN
一种材料是晶体还是非晶体并不是绝对的，许多非晶体在一定条件下可以转化为晶体。例如古老建筑中的窗玻璃就经常出现局部的结晶状态。另外，人们发现，只要冷却得足够快并冷却到足够低的温度，几乎所有的材料都能成为非晶体。晶体又有单晶体和多晶体之分。一个食盐小颗粒是单晶体，许多食盐的单晶体粘在一起成了个大盐块，这就是食盐的多晶体。一般说来，如果整个物体是由许多杂乱无章排列着的单晶体组成的，这样的物体就叫多晶体。多晶体通常没有规则的几何形状，各方向的物理性质也相同，但是仍有确定的熔点。日常见到的各种金属都是多晶体。把纯铁做成的样品放在显微镜下观察，可以看到它是由许多晶粒组成的。因为多晶体的机构特点使它的性质介于单晶体和非晶体之间。bhqQTNk，47FV的Q的
组成晶体的物质微粒（分子、原子或离子）的确依照一定的规律在空间中整齐地排列着。因此晶体中物质微粒间的相互作用力很强，微粒的热运动不足以克服它们的相互作用而使粒子远离，微粒的热运动表现为在一定的平衡位置附近的微小振动。非晶体内部物质微粒的排列是不规则的，所以非晶体没有规则的外形。5[l3lN3bjmYE_nqfT
有的物质能够生成几种不同的晶体，这是因为组成这种物质的微粒可以按几种不同的方式形成不同的晶体结构。碳原子按照不同的排列可以形成金刚石和石墨。金刚石中碳原子间的作用力很强，所以金刚石具有很大的硬度。石墨中碳原子组成层状结构，各层间的距离比较大，相互作用力比较弱，所以质地松软。cDC，7QKeAHXgtDNT
可见物质的微观结构（能量状况）对物质的物理性质和化学性质产生极大的影响。p7IU_，qAo2B5g2的g
我们可以定义一个概念能量稳定度来描述不同物态、不同结构物质性质的一个渐变关系。nZD2Tc6PT8i5pn2b
能量稳定度是指由物质内部结构决定的物质性质的稳定程度，它表现在同一等级上等量的能量对物质结构和性质改变的多少。如果一定量能量作用于A，B两物体，而A物体的性质和结构改变较小，就说A物体比B物体具有更高的能量稳定度。kS3hHdHRWYeS6s4^
由此，我们可以将不同物质的能量稳定度通过一个表来表示。QUckcS0f5R8ZmAOJm
物质能量稳定度表FoXPjKO\G34oei54o
普通物质级气体↓Xh6MTA]3qqaK5gXF
液体↓03iJWl8EYtOJVX_b
固体非晶体↓cUX[[rB，^U`sl_Rn
多晶体↓6ks4o5qb1OYg16ZL
单晶体↓A。o8bdSarqDFV9mIT
分子结构级↓s5OHDm2`d`^oYImnT
原子结构级↓eY_KhIt]Gd2T\jkCe
原子核结构级↓WWM`obV6RmGW。kgJq
……5BkeMtK。eFKCUL。jB
↓指能量稳定度更高N7Ks^\CUbS，gRbM6f
这个表想要说明的是：一般说来，物质的机构越小，越微观，其能量稳定度就越高。意味着物质的微观结构越来越稳定，相比较下需要更多的能量才能改变。X7kY]。feL5H\a^O9r
2。物质的运动和转化cOM07h\。KkNe3HfiV
（1）物理变化kYU，WRbqesO的EFIP
*1行星绕恒星运转Lglf1m`^c7_lp481
举太阳系中的地球为例，这种状况非常类似于经典的原子模型。不同在于地球在一个十分确定的轨道上绕太阳运转。太阳和地球之间有非常大的万有引力，而地球本身又在不停运动具有动能，而动能的存在维持着太阳和地球的相互位置和关系，所以在太阳和地球之间的包含着势能，太阳和地球之间的万有引力越强，那么势能就越强。由于并没有外来强大的外来能量干扰，地球的运转轨道是地球的动能和势能之间达到平衡的结果，而地球的动能和势能几乎从不受到影响以至于这个轨道是如此得恒定和精确。KH30kEZPRD93，al[q
在实际情况中还要考虑地球和其他行星之间的影响，但原理不会有太大的变化。可以说还是太阳系的能量关系，决定了太阳与不同行星之间的相互位置和关系。，I7。9g3ah`HMpVgNR
*2地球表面的物体的升降运动npI4ZT]，C的YHfla6
相比起地球的质量和体积来说，地球表面的很多物体实在是非常的小，因此大部分都被紧紧地束缚在地球表面上，但是在某些情况下，物体可以离开地球表面，到较高一点的地方去。举向天空抛小球为例：我将手中的小球抛向天空，我的化学能转化成为手的机械能再转化成为小球的动能，然后小球飞了出去。在上升过程中，小球的动能不断转化成为势能，直到在最高点小球的动能为0而重力势能达到最大，它开始下降做自由落体运动。在自由落体运动中，它的重力势能不断减小，动能不断增大，它的速度越来越快最后“轰”砸在地上，则此时动能最大势能最小。能量最终又传给大地。在这个过程中，能量由我传给小球，小球经过转化最终把能量传给大地（中间有一些能量传给了空气）。这个过程符合质能守恒定律。IPjO7VkXtr\\，oH的，
*3物态变化rKC7SXQ9sTlc1Rshs
物态变化是物理变化，并不会改变分子的构成，只是改变分子的排列^BRpIl\jWI_XUbD的d
前面已经讨论过，分子（包括单原子分子）构成物质。人们认为之所以物质会分为常见的固态，液态，气态，原因在于分子是不停运动的，具有动能；而分子之间还有吸引力叫分子间力。既然分子间力维持着分子之间的相互位置，那么这种分子间力包含着势能。分子间力越强，分子的势能就越大。在固体和液体里，分子的动能不足以克服分子间力。在气体中，分子的动能足以克服分子间力所以分子分离开来。对于物质来说，它所包含的分子（以及分子间）的能量决定了它的物态。但实际上能量是不是唯一决定物质的状态的因素呢？43cl]。0RfL5H5]6T
这里可以做一个定量的试验：加热36g的冰直至全部变为水蒸气，再将水蒸气凝结成冰。测量在这过程中的能量变化可得：lgQEGC34j8U。BKi1V
0℃的冰＋能量→100℃的水蒸气L_1i7pa[。8AW的4\ai
36g108864J36gd\H7CiHYW8SIJ]H`D
100℃的水蒸气＋能量→0℃的冰UgImm^gJ8Ps^]tNUH
36g108864J36g，HR[]kj2Ug7ocP6j，
这个试验在这里便可以说明能量在物态变化中所起到的作用了：似乎只有能量在物态的转变中起着决定性的作用。KTpY5YQUXUCcbTd7S
（2）化学变化g55^3LejsrMeFAG]c
化学变化会通过改变原子排列来改变分子的构成。结果导致一种新的物质产生，化学变化也伴随能量的变化。R2X。[5HTmS0kO，02
*1释放能量的反应JrFQqS\_X。eYLJCLX
任何以热的形式释放能量的化学反应是放热的。c`qB[G5HO9o5RXijp
例如氢在氧气里燃烧：Yg\oPeX6ND7hb0Jos
2H2+O2→2H2O+能量X`LUNgR8IBlsNn6[_
这个反应其实是2个氢气分子被拆分为4个氢原子，一个氧气分子拆分成的2个氧原子，重新排列成为2个水分子并放出能量。更确切的说是氢分子和氧分子的化学键破碎而氢氧原子之间形成新的化学键，新的化学键和原来的化学键是不同的。既然原子本身并没有变化那么有没有可能能量是因为化学键的变化而放出的呢？那么到底什么是化学键，是什么在维系着分子的结构和原子的结构？。[k2Vs2rP7A，Eg[[]
*2吸收能量的反应6nlJV2b[bBjhpst51
2H2O+能量→2H2+02G3N7epiArcRWdg2o
这个反应实际上是在能量的作用下，2个水分子中的化学键都破碎然后4个氢原子和2个氧原子分别形成新的化学键。如果假定反应前后化学键的变化是吸收、释放能量的原因，就可以得出2个水分子中的化学键能量小于2个氢分子中化学键能量与1个氧分子中化学键能量的和。这样方程两边的能量才是平衡的。TpsfnV^。JF5sNpZRb
在化学反应中，许多能量都是用来打破分子中的键，并在原子间形成新的键。在物理变化中，需要较小的能量来克服分子相互吸引的分子间力。打破分子中的键所需要的能量比克服在分子间的力大得多。对应不同能量稳定度的物质可以在不同得反应中划分出一个能量级别来。3sAMc[BgK6G0NYQ\i
前面的想法毕竟是猜想，就一般而言人们是这样解释化学反应中能量的变化的：能量可以作为化学能储存在原子里和分子里。在释放热量的反应中，化学能只是简单地转化成为热能放出；在吸收能量的反应中，热能转化成为生成物的化学能储存起来kmOT8HL2qVc1IUD的a
有些反应只有在物质已经升高到一定的温度后才开始。比如，需要一定的能量来加热炭，使它能够着火。但是一旦点着，炭在燃烧时放出的能量就比加热炭所需要的能量更多。化学家能够测量升高每种物质的温度带到开始发生化学变化所需要的能量。他们也能够测量在这个反应进行中放出的能量。如果这个反应是放热的，释放的能量总大于这个反应所需要的能量。另一方面，如果在反应开始后继续吸收能量，那么这个反应就是吸热的反应。可以发现，对于不同的物质，有一个不同的临界能量值分隔开它的物理变化和化学变化。eDmA]5thZ_OpqPcd
（3）原子核反应f4\Hn6XPZ^kjetI，
*1天然放射性paU`VqMtR，7kJ，Q
由于从原子核里自发放射粒子，而使一种元素变为另一种元素的过程，被称为放射性衰变。TqkYQJc0`td4`hoT
铀的放射性衰变_C40。01TTKqJhRTsK
铀238（质量数为238的铀的同位素）衰变时，它的原子核放出一个阿尔法粒子，这种粒子由2个质子和2个中子组成，同时放出热能和伽玛辐射，形成钍234的原子核。KSEIRj4`JCaRS。oIT
铀238→阿尔法粒子＋钍234＋能量e4ihPRqA的rrrYMbB
92P2P90PV2_bKJ2ALo3，UKNi2
146N2N144N(P代表质子，N代表中子。质量数等于质子数加中子数。)XhgmBM2YrGr5SnX
注意原子核的粒子怎样重新安排，铀238的原子核损失2个质子和2个中子形成一个阿尔法粒子，剩下的形成钍234的原子核，它是由90个质子和144个中子形成的。方程两边质子数核中子数都没变，看起来这里的能量来自把阿尔法粒子束缚在原子核上的2个单位的质子束缚能和2个单位的中子束缚能，它一起被释放出来。2]i``_l1，Yd`hLaVL
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