《自然辩证法·学习札记》1.12 能量守恒和转化定律

【本文转载自上海人民出版社1973年版 仅供学习参考】

1.12 能量守恒和转化定律

  恩老师在《反杜林论》里，高度评价能量守恒及转化定律，说它是“伟大的运动基本规律”。并把它和进化论、细胞理论并列称为揭示了自然界辩证发展过程的十九世纪三大发现。

  自然界的一切现象，都是一定的物质运动形态的表现。“人的认识物质，就是认识物质的运动形式”[i]。人类对物质运动形式及相互转化的认识是不断发展不断深入的过程。恩老师曾指出：“到目前为止的全部历史，可以称为从实际发现机械运动转化为热到发现热转化为机械运动这么一段时间的历史。”从古代就发现的摩擦生热、摩擦取火，到十八世纪蒸汽机的发明，劳动人民在长期生产实践中早已解决了机械运动和热之间相互转化的问题。但是，十九世纪以前在自然科学领域中占统治地位的是“自然界绝对不变”的形而上学自然观，所以，对物质不同运动形态相互转化的问题一直没有在理论上作出科学的论断。除去古代某些哲学家和自然科学家的猜测以外，第一个比较明确地叙述了运动不灭原理的是法国哲学家、数学家笛卡尔，他在一六四四年《哲学原理》中总结出“运动量守恒”的观点。一七四六年俄国科学家罗蒙诺索夫从热现象的研究中也曾发表过物质守恒、运动不灭的思想。然而，这些重要的思想在当时毕竟还缺乏大量科学实验的证明；同时，一个先入为主的错误理论也严重地阻碍了这一进步思想的发展，这就是十七、十八世纪的欧洲，在资产阶级机械论世界观支配下，自然科学中流行的“微素”说。按“微素”说，物体重量是因为有“重素”，物体热是因为有“热素”，物体燃烧是因为有“燃素”，物体有弹性是因为有“弹性素”。“素”，被解释为各种自然现象的神秘的本质，它是看不见、摸不着、听不到的一些“特殊的、不可计量的质”。它可以穿过任何“墙壁”障碍。各种“素”既不能创生也不能消灭，各自是孤立的、不变的，彼此间没有联系也不能转化。“热素”只同热现象有关，“热素”钻进那里，那里就会变热，“热素”离开某物，某物就要变冷。实践是检验真理的标准，显然，这种形而上学的见解是不能正确地解释客观事实的。例如：摩擦生热这是最通常的事实，摩擦的两物都变热了，照“热素”说，就是讲“热素”增加之故，但是，增加的“热素”又是从什么地方来的？这个问题给“热素”说以致命的打击，因为它永远也不能自圆其说。尽管“热素”说的信徒千方百计地维护这一错误理论，但毕竟抵挡不了人们生产实践所不断揭示的自然界辩证发展的客观事实。

  十八世纪末，zcjj产业革命的发展，特别是热机的应用，生产力以前所未有的速度向前发展，这个发展又推动了自然科学冲破旧理论的束缚。为了解决生产实践与“微素”说之间的矛盾，促使许多人转向实验，在无数次科学实验进一步提供了机械运动、热、电、磁、光、化学运动等等物体运动形态之间的相互联系和相互转化的大量事实以后，这样，才有可能在十九世纪四十年代，先后由德国的迈尔，英国的焦耳，丹麦的柯尔丁，英国的格罗夫，德国的赫尔姆霍茨等人分别在不同的地方总结出能量守恒及转化的理论。从十九世纪四十年代起焦耳做了大量的实验，较精确地测定了热功当量，即426.9千克重米的功相当于一千卡的热量。一八五〇年，科学界公认能量守恒及转化的理论为自然界的基本规律，但由于机械论的影响，这一基本规律被取名为“力的守恒定律”。一八六〇年，才由英国的开尔芬用“能量”代替“力”这个陈旧的概念，将它改称为“能量守恒定律”。在这时，人们也还仅仅是从运动数量守恒的量的方面进行概括，而没有看到物质运动不同形态间转化的能力也不灭的质的方面。恩老师正是敏锐地看到了这一点并指出：“如果说，新发现的、伟大的运动基本规律，十年前还仅仅概括为能量守恒定律，仅仅概括为运动不生不灭这种表述，就是说，仅仅从量的方面概括它，那末，这种狭隘的、消极的表述日益被那种关于能的转化的积极的表述所代替，在这里过程的质的内容第一次获得了自己的权利”。正是恩老师最初用辩证唯物主义的观点阐明了能量的本质和能量定律，并赋予能量定律以“能量守恒及转化定律”这一科学的、完整的名称。

  能量是什么？能量是物质运动的表现，是物质运动的一种量度。机械运动的量度是机械能，热运动的量度是热能，其他物质运动的形态相应还有电能、光能、化学能、原子能等。能量守恒，是从量的方面指出能量传递时既不会创生也不会消灭；能量转化，是从质的方面指出物质的不同运动形态机械运动、电、磁、热、光、化学运动等相互转化的无限可能性。教员指出：“一切过程的常住性是相对的，但是一种过程转化为他种过程的这种变动性则是绝对的。”[ii]这就告诉我们，任何一种运动形态向他种运动形态的质的转化能力是绝对的。在自然界中，在人们生活的经验范围中，每个人都可以举出很多例子来加以证明，例如，蒸汽机车的起动，是利用煤的燃烧转化的热量产生高温高压的蒸汽，推动活塞做功。这就是化学运动    热运动    机械运动的例子。水力发电，是利用水位差所具有的位能转化为电能。电炉、电灯是从电能转化为热能、光能。光合作用、光电效应是以光能转化为化学能、电能。核爆炸则是从原子能转化为机械能、光能、热能。以上各种能量的转化都是按一定的当量关系进行的，即一种能量一定数量的减少必定会使另一种能量一定数量的增加。能量守恒及转化定律告诉我们：自然界蕴藏着多种多样的能源，拥有无穷无尽的能量。任何一种能量都可以在一定条件下释放或转化为我们所需要的能量形态。所以，我们一方面要积极寻找新的能源，如原子能，太阳能，地下热，天体高能等等；另一方面则要探索能量转化的新途径，提高转化的效率，充分发挥各种能源的潜力，如用等离子体和电极形成热电偶或用半导体材料致温差，把热能直接转化为电能，用光电材料直接把太阳能转化为电能。能量守恒及转化定律还告诉我们：今天人们所掌握、利用的能量还是很有限的，但是，人们能够进一步掌握、利用的能量则是无限的。人类总将向地球和宇宙索取无穷无尽的能量，那种认为能量即将枯竭的悲观论调，那种把今天人们所认识到的能量，当作“终极真理”的看法都是形而上学的观点，是违背自然界发展的辩证法的。

  能量守恒及转化定律，是一个“从星云到人的一切物体的普遍的自然规律”[iii]。它表明自然界中的全部运动都归结为一种形式转化为另一形式的不断过程。它使我们对自然过程的相互联系的认识大路步地前进了。它直接证明了物质运动既不能创造，也不能消灭，宇宙处于永恒的发展过程中，从而证明了辩证唯物主义关于物质世界的统一性和物质运动不灭的原理。这条定律的发现，一方面受到了革命导师的高度评价，因为它指导了生产实践、有力地打击了唯心主义和形而上学的自然观，为马主义哲学的诞生提供了丰富的自然科学基础；另一方面，它的发现也必然引起zcjj的恐慌，当十八世纪末，英国的伦福德在金属钻孔的多次实验基础上，发现“热素”说不可信时，他仅仅提到热也是物质的一种运动形态，还远远没有接触到能量守恒及转化的实质时，就遭到了“微素”说信徒的百般咒骂。当1842年迈尔以生理学的长期观察为基础，首先提出能量之间按一定量关系相互转化的思想时，就遭到了zcjj的残酷迫害，以致发疯。当能量守恒及转化理论已被人们普遍确认之后，zcjj对它的攻击也并未结束，只是斗争的形式改变而已。十八世纪六十年代以后，德国的克劳胥斯提出的“热寂说”，就是zcjj进攻辩证唯物主义的突出事例，它和以后的“宇宙有限论”、“宇宙膨胀论”结合一体形成一个反动的唯心主义宇宙理论，克劳胥斯表面上不反对能量守恒转化定律，但是，他断定：宇宙中一切过程都将最后转化为热，热又消失在太空之中，然后，引伸热力学第二定律，认为整个宇宙将达到热平衡，一切其他的物质运动形态包括生命运动都将终止，于是，宇宙便进入了si末状态。很明显，这个理论是为僧侣主义效劳的，“热寂说”得出宇宙有末日，因而也就得出宇宙有开端，谁使宇宙有始有终呢？上帝。难怪这个反动理论被罗马教皇奉为至宝。“热寂说”认为一切运动形态都将转化为热，而热却不再转化为其他，这就违反了能量无限转化的原理，否定了能量形态在质上守恒的规律。所以，“热寂说”一出笼就受到了恩老师的深刻揭露和批判。在反对能量守恒及转化定律的行列中，杜也是一员干将，他把物质运动形态归结为唯一的机械运动，从而否认了运动形态转化的可能性；他设想了一个世界开端之前的“自身等同状态”，并企图架起一座“从静到动的桥”，从而得出运动可以创造也可以消灭，根本否定了能量守恒的原理。这就使他完全滚进了唯心主义的泥坑。围绕着这条定律的斗争，我们深深感到，自然科学领域中每一个进步，都充满着两种宇宙观的斗争，从“能量守恒及转化定律”发现到现在的一百多年科学发展历史，也充分证明zcjj极力宣扬唯心论，歪曲自然科学新成就，这是有它深刻的jj根源和社会根源的。

注：

[i]《矛盾论》。

[ii]《矛盾论》。

[iii]《自然辩证法》。