电已经在我们生活中的方方面面得以应用,但当有人问道,到底什么是电时,一时还真不知道从何说起,只能粗略的说说电是目前已知六中基本能量形式之一,电的形成与电荷的定向移动有关。
回顾人类对电的认知历史,最开始人类崇拜于天空中闪电的力量,它为人类带来了火种,而后西元前600年左右,希腊的哲学家泰利斯就知道琥珀的摩擦会吸引绒毛或木屑这种静电的现象。1752年,富兰克林通过风筝实验证明空中的闪电与人工摩擦产生的电具有完全相同的性质。1799年福特制作出最早的电池。1821年法拉第发明了电动机,1831年法拉第发明了发电机。1865年麦克斯韦提出电磁场理论,1887年赫兹用自己设计的振荡器第一次通过实验证实了电磁波的存在。而19世纪量子力学的发展打开了人类对电的新的认知,根据海森堡测不准原理,我们无法测量电子在原子外的具体位置,但可以测量出电子在原子核外每个位置出现的概率。人类逐渐理解电的粒子性,电能的物理量是不连续的,而电子的波动性是大量电子运动表现出的统计性规律的结果。
在经过了眼看,手碰,存储,使用,深入,等不同阶段,人类对电有了一定理解。和热能,机械能一样,电也是一种能量,能量的微观理解是粒子的运动,而电能的运动粒子是电荷或电子。如果更进一步想想又是什么影响了粒子的运动,我觉得或许存在某些更小的未知能量因子,通过我们暂无法理解的作用方式,影响着粒子当前的状态。
对于宏观上的认识,我对电能的理解更偏哲学,我认为能量是指使得事物状态发生改变的能力,就像给食物加热,弹簧受压变形,能量的存储和释放过程表现为从当前状态向另一种状态的变化。我们通过电的使用,使得我们能够根据自己的意识想法,更大程度更多样化的去改变身边的事物,周围的环境。
同类型能量的如果存在不同的状态,这种差异我们称为势差,而对应的状态称为势,电能也对应与电势,势本身是个相互对比的概念,不存在单独的势,其大小取决于对应的参考对象,我们一般使用电势差的概念,或则以大地作为0电势参考点。为什么我们称为势,很大原因是当前的世界,同类型能量释放的一般规律,是通过收拢的方式减少势,当前世界的稳态是通过趋于收拢,减少差异实现,比如两块不同温度的物体接触后,温度会往中间靠拢,达到相近的温度,最终达到相互稳定状态。而能量存储的方式是扩张势的差距,并变的不稳定。我们常说大势所趋,顺势而为易,逆势而为难,因为选择逆势需要输入更多能量要加多倍的努力。
我们不妨大胆幻想一下另外一种完全相反的世界,它的趋势是通过扩张达到稳定。势差从中间分开为正负无穷大才进入稳定,可能这样的世界类似我们中国所描述的太初世界,一切都归于虚无,而其中又暗含了太极生两仪的规则,又或者国外经典的宇宙大爆炸描述的样子。
回归现实中的实际应用,目前人类对电的使用主要分为传递能量,传递信息两大类。得益于高压电网技术和无线电技术的应用,电能和电信号的传输效率、便捷性、可获取性、使用多样性都大大提高。电的使用与普及已经对人类的生活带来了巨大改变,电灯、电饭锅、手机、电视,这些我们习以为常的设备,其中任何一项应用功能如果展示在500年前,都可能被当做神迹或魔法。虽然人类制作了避雷针,不再惊恐于天空中的闪电,但雷雨天气闪电的轰隆巨响,如刀斧般斩裂天空的气势时至今日仍旧让人心惊。
电是这么一种美丽又恐怖,温和又暴躁的神奇能量,让人类忍不住的去探寻它更深入的奥妙。