Könnte bitte jemand erklären, wie das Konzept der Energie ursprünglich konzipiert wurde und wie es sich im Laufe der Zeit zu unserem heutigen Verständnis davon entwickelt hat? Wie sind die Menschen auch zu verschiedenen Arten gekommen, verschiedene Energieformen wie kinetische Energie, potentielle Energie, thermische Energie usw. zu messen, mathematisch auszudrücken und genau zu berechnen?
Das Wort stammt von Aristoteles, dessen „Energeia“ und „Entelecheia“ grob übersetzt werden können als Enaction, das, was Materie bewegt, bzw. Embodiment, das, was Materie Form annimmt. Im Mittelalter konzentrierte sich die Aufmerksamkeit auf "Impuls", ungefähr assoziiert mit Masse mal Geschwindigkeit und normalerweise als Vorläufer des modernen Momentums angesehen, aber die Naturphilosophen meinten mathematische Ausdrücke, die für uns so aussehen, nicht, also gab es genug Unschärfe zu sagen, dass die Idee beide modernen Konzepte hervorbrachte. Die kinetische Energie unter dem Namen vis viva (lebendige Kraft) trat erstmals im 17. Jahrhundert richtig in Erscheinung, als Huygens zeigte, dass sie bei elastischen Stößen erhalten bleibt, während dies der Impuls, der schließlich von Descartes mathematisiert und als „Bewegungsmenge“ bezeichnet wurde, nicht war.
Auf diesen letzten Teil wies Leibniz hin, der Hauptbefürworter der vis viva weit über die reine Mechanik hinaus, der um Meinungsverschiedenheit darüber bat, was den Namen „Bewegungsquantität“ mehr verdiene. Newton nahm die Tatsache nicht gut auf, dass eine für seine Principia kaum grundlegende Größe ungerechtfertigte Aufmerksamkeit erregte, und eine Kontroverse begann, die über ein halbes Jahrhundert andauerte. Wir haben hier einen detaillierten Bericht darüber. Was war die vis viva-Kontroverse, einschließlich ihrer philosophischen Aspekte? Es war kein totaler Verlust, viele grundlegende mechanische Begriffe wurden dabei geklärt, einschließlich des Begriffs der Arbeit, und in den 1740er Jahren produzierten Euler (1736) und D'alambert (1743) systematische Monographien über Mechanik, die die Kontroverse endgültig entkräfteten. Potentielle Energie schloss sich dem Club in Lagranges Mecanique Analytique (1788) an, siehe mehr inWie hat Newton die Erhaltungsgesetze in den Principia aufgestellt?
Etwa zu Beginn des 18. Jahrhunderts begann die systematische Analyse der thermischen Energie unter dem Vorzeichen von Stahls Kaloriktheorie, die Wärme als Flüssigkeit ("Phlogiston") behandelte, ohne natürlich eine Beziehung zur mechanischen Energie zu ahnen. Dies hinderte Newcomen nicht daran, 1712 eine neue Dampfmaschine zu erfinden, und Watt, sie 1763-1775 zu verbessern (er führte auch eine Leistungseinheit, "Pferdestärke") ein eine, die bis Mitte des 19. Jahrhunderts bestehen blieb, entwickelte Carnot sogar die Grundlagen der darauf aufbauenden Theorie der Wärmekraftmaschinen (1824). Aber Messungen des mechanischen Äquivalents von Wärme, die erstmals 1798 von Rumford und schlüssiger von Joule in den 1840er Jahren durchgeführt wurden, wurden ursprünglich sehr kalt aufgenommen. die Formulierung des allgemeinen Energieerhaltungsgesetzes durch Mayer im Jahr 1841 und die Neuformulierung von Carnots Werk durch Clausius im Jahr 1850 führten zur Akzeptanz von Wärme als einer anderen Energieform. Bereits 1851 konnte Thomson schreiben: „Wärme ist keine Substanz, sondern eine dynamische Form mechanischer Wirkung, wir erkennen, dass es eine Äquivalenz zwischen mechanischer Arbeit und Wärme geben muss, wie zwischen Ursache und Wirkung “. Siehe Was sind die Hauptfehler der „kalorischen“ Wärmetheorie?
Als SI und CGS in den Jahren 1860-1880 eine umfassende Überarbeitung der Einheiten durchmachten, wurden mechanische, thermische und elektrische Energie einheitlich behandelt, siehe Warum gibt es keine benannte Einheit für Impuls, aber eine für Energie?
In Philip Mirowskis Buch Mehr Wärme als Licht gibt es ein Kapitel „Die Geschichte des Energiekonzepts“ von etwa 80 Seiten, das ziemlich informativ ist. Der Hauptpunkt der Geschichte scheint zu sein, dass Energie etwas ist, das konserviert wird, dh das Konzept als "Invariante" wirklich Sinn macht. Am Ende des Kapitels werden verschiedene Energetiker und Energetismen erwähnt, die heute weitgehend vergessen sind.
Energie wurde zum neuartigen Organisationsprinzip der physikalischen Forschung und verband die zuvor disjunkten und disparaten Studien zu Bewegung, Licht, Wärme, Elektrizität und Magnetismus. Nach dieser „Entdeckung“ wurde die eigentliche Wissenschaft der Physik neu definiert als die Reduktion aller Phänomene auf ihre energetischen Grundlagen und damit implizit die Reduktion aller Phänomene auf die Mechanik (Harman 1982a, S. 158). Erst nach 1850 wurde die Physik zum König der Wissenschaften und übernahm den Thron der physikalischen Astronomie (Cannon 1978, S. 2). Energie war der Grund.
Thomas Kuhn recherchierte auch die Geschichte und Mirowski berichtet, dass er mit etwa 16 Namen kam, die Anspruch auf die Entdeckung erheben, die Liste der vielversprechendsten Wesen
JR Mayer, James Joule, Hermann von Helmholtz und Ludwig Colding.
Nach einem Dutzend beschreibender Seiten wird darauf hingewiesen:
Die Behauptung der „Entdeckung“ der Energieerhaltung verschmilzt tatsächlich vier verschiedene Ideen: (1) die Bildung eines Energiekonzepts; (2) eine ontologische Behauptung, dass es eine Energie „da draußen“ und „hier drin“ gibt, die darauf wartet, gefunden zu werden; (3) die mathematische Aussage, dass diese Energie weder erzeugt noch vernichtet wird; und (4) einige Begründungsverfahren für die Ideen (2) und (3). Die Inkongruenz der Behauptung einer gleichzeitigen Entdeckung der Energieeinsparung in den 1840er Jahren besteht darin, dass jedes bisher identifizierte Individuum nur eine Teilmenge der oben genannten Bedingungen erreichte und es keinem Individuum gelang, sie alle umzusetzen.
Eine Schlüsselinformation für das Konzept Energie ist Emmy Noethers brillante Arbeit über Symmetrie und Erhaltungssätze. Ich bin nicht auf eine Erklärung des Noether-Theorems gestoßen, die ich im Detail verstehen kann, aber ich denke, dieser Wikipedia-Artikel bietet eine gute Illustration:
Wenn ein physikalischer Prozess unabhängig von Ort oder Zeit die gleichen Ergebnisse zeigt, ist sein Lagrange-Operator unter kontinuierlichen Verschiebungen in Raum bzw. Zeit symmetrisch: Nach dem Satz von Noether erklären diese Symmetrien die Erhaltungsgesetze des linearen Impulses bzw. der Energie innerhalb dieses Systems.
Wenn sich ein System also zeitlich symmetrisch verhält, wird Energie gespart, was in der Realität selten (wenn überhaupt) vorkommt. Für mich legt dieses Ergebnis nahe, dass Energie ein mathematischer Formalismus ist, ein abstraktes Konzept mit sehr interessanten Anwendungen in den Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften usw., aber nicht als etwas behandelt werden sollte, das tatsächlich konserviert wird.
Hinweis: Als Frau durfte Noether keine formelle College-Studentin werden und erhielt nie den gleichen formellen Status wie ihre Kollegen, obwohl letztere ihre Arbeit respektierten und versuchten, ihr zu helfen.
Hier sind einige Links, die ich gefunden habe:
HDE226868
Konifold