Good Mood

Die Erhaltung der Energie ist ein absolutes Gesetz, und doch scheint es angesichts der Dinge, die wir jeden Tag beobachten, zu fliegen. Funken erzeugen ein Feuer, das Wärme erzeugt-eine Energie, die vorher nicht da war. Eine Batterie erzeugt Strom. Eine Atombombe erzeugt eine explosion. Jede dieser Situationen ist jedoch einfach ein Fall von energieverändernder Form., Selbst die scheinbar paradoxe dunkle Energie, die die Expansion des Universums beschleunigt, werden wir sehen, gehorcht dieser Regel.
Das Gesetz der Energieeinsparung, auch als erster Hauptsatz der Thermodynamik bekannt, besagt, dass die Energie eines geschlossenen Systems konstant bleiben muss—es kann weder ansteigen noch abnehmen, ohne von außen zu stören. Das Universum selbst ist ein geschlossenes System, daher war die Gesamtmenge der vorhandenen Energie immer gleich. Die Formen, die Energie annimmt, ändern sich jedoch ständig.,
Potential und kinetische Energie sind zwei der grundlegendsten Formen, vertraut aus der High-School-Physik-Klasse: Gravitationspotential ist die gespeicherte Energie eines Felsbrocken einen Hügel hinauf geschoben, bereit zu rollen. Kinetische Energie ist die Energie ihrer Bewegung, wenn sie zu rollen beginnt. Die Summe davon wird mechanische Energie genannt. Die Wärme in einem heißen Objekt ist die mechanische Energie seiner Atome und Moleküle in Bewegung. Jahrhundert erkannten Physiker, dass die von einer sich bewegenden Maschine erzeugte Wärme die grobe mechanische Energie der Maschine war, die in die mikroskopische mechanische Energie von Atomen umgewandelt wurde., Chemische Energie ist eine andere Form der potentiellen Energie, die in molekularen chemischen Bindungen gespeichert ist. Es ist diese Energie, die in Ihren Körperzellen lagert, die es Ihnen ermöglicht zu rennen und zu springen. Andere Energieformen umfassen elektromagnetische Energie oder Licht und Kernenergie—die potentielle Energie der Kernkräfte in Atomen. Es gibt viele mehr. Sogar Masse ist eine Form von Energie, wie Albert Einsteins berühmtes E = mc2 zeigte.,
Feuer ist eine Umwandlung von chemischer Energie in thermische und elektromagnetische Energie über eine chemische Reaktion, die die Moleküle in Brennstoff (Holz, sagen wir) mit Sauerstoff aus der Luft kombiniert, um Wasser und Kohlendioxid zu erzeugen. Es setzt Energie in form von Wärme und Licht. Eine Batterie wandelt chemische Energie in elektrische Energie um. Eine Atombombe wandelt Kernenergie in thermische, elektromagnetische und kinetische Energie um.
Da Wissenschaftler die Energieformen besser verstanden haben, haben sie neue Wege aufgezeigt, wie Energie von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann., Als Physiker die Quantentheorie zum ersten Mal formulierten, erkannten sie, dass ein Elektron in einem Atom von einem Energieniveau zum anderen springen und Licht abgeben oder absorbieren kann. 1924 schlugen Niels Bohr, Hans Kramers und John Slater vor, dass diese Quantensprünge vorübergehend gegen die Energieeinsparung verstießen. Nach Ansicht der Physiker würde jeder Quantensprung Energie freisetzen oder absorbieren, und nur im Durchschnitt würde Energie erhalten bleiben.
Einstein widersprach inbrünstig der Idee, dass die Quantenmechanik der Energieeinsparung trotzt. Und es stellt sich heraus, dass er Recht hatte., Nachdem die Physiker einige Jahre später die Quantenmechanik verfeinert hatten, verstanden die Wissenschaftler, dass, obwohl die Energie jedes Elektrons in einem probabilistischen Dunst schwanken könnte, die Gesamtenergie des Elektrons und seiner Strahlung in jedem Moment des Prozesses konstant blieben. Energie wurde gespart.
Die moderne Kosmologie hat neue Rätsel in der Energieeinsparung angeboten. Wir wissen jetzt, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt—angetrieben von etwas, das Wissenschaftler dunkle Energie nennen. Es wird angenommen, dass dies die intrinsische Energie pro Kubikzentimeter Leerraum ist., Aber wenn das Universum ein geschlossenes System mit einer endlichen Menge an Energie ist, wie kann es dann mehr leeren Raum erzeugen, der mehr innere Energie enthalten muss, ohne zusätzliche Energie zu erzeugen?
Es stellt sich heraus, dass in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie Regionen des Raumes mit positiver Energie den Raum tatsächlich nach außen drücken. Wenn sich der Raum ausdehnt, setzt er gespeicherte Gravitationspotentialenergie frei, die sich in die innere Energie umwandelt, die das neu geschaffene Volumen ausfüllt. So wird sogar die Expansion des Universums durch das Gesetz der Energieeinsparung gesteuert.