Was ist Energie? Wo ist es hergekommen?

Energie ist eine beliebige Größe - eine Zahl mit den entsprechenden Einheiten (im SI-System Joule) - die dadurch erhalten bleibt, dass die Gesetze der Physik nicht vom Zeitpunkt des Auftretens von Phänomenen abhängen, dh als Folge von die zeittranslationale Symmetrie. Diese Definition, die mit Emmy Noethers fundamentalem Theorem verknüpft ist , ist die universellste unter den genauen Definitionen des Energiebegriffs.

Was ist das „Etwas“? Man kann sagen, es ist eine Zahl mit Einheiten, eine dimensionsbehaftete Größe. Ich kann Ihnen nicht sagen, dass Energie eine Kartoffel oder ein anderes materielles Objekt ist, da dies nicht der Fall ist (obwohl die Energiemenge, wenn sie in Benzin oder einem anderen "festen" Material gespeichert wird, proportional zur Menge des Materials ist). Wenn ich jedoch etwas als Zahl definiere , ist dies tatsächlich eine viel genauere und strengere Definition als jede Definition, die Kartoffeln enthalten würde. Zahlen sind viel klarer definiert und strenger als Kartoffeln, weshalb die gesamte Physik auf Mathematik basiert und nicht auf dem Kochen von Kartoffeln.

Vor Jahrhunderten, bevor die Menschen die grundlegende Rolle der Mathematik in der Physik erkannten, glaubten sie beispielsweise, dass die Wärme - eine Form der Energie - ein Material namens Phlogiston sei . Aber vor langer, langer Zeit wurden Experimente durchgeführt, um zu beweisen, dass ein solches Bild ungültig ist. Einsteins$E=mc^2$teilweise die Idee wiederbelebt - Energie ist gleich Masse - aber auch die Masse in dieser Formel muss als Zahl betrachtet werden und nicht als etwas, das aus "berührbaren" Stücken besteht.

Energie hat viele Formen – Begriffe, die zur Gesamtenergie beitragen – die „konkreter“ sind als das Energiekonzept selbst. Aber die eigentliche Stärke des Energiekonzepts liegt darin, dass es universell und nicht konkret ist: Man kann Energie von einer Form in eine andere umwandeln. Diese Vielzahl von Formen macht den Energiebegriff in keiner Weise undefiniert.

Aufgrund der obigen Beziehung von Energie und Zeit ist die abstrakte Definition von Energie – der Hamiltonian – ein Konzept, das alles über die zeitliche Entwicklung des physikalischen Systems (jedes physikalischen Systems) weiß. Diese Tatsache ist im Fall der Quantenmechanik besonders offensichtlich, wo der Hamilton-Operator in die Schrödinger- oder Heisenberg-Bewegungsgleichungen eintritt, wobei er einer zeitlichen Ableitung des Zustands (oder der Operatoren) gleichgesetzt wird.

Die Gesamtenergie bleibt erhalten, aber sie ist nützlich, da die Energie trotz der Erhaltung der Gesamtzahl je nach Kontext viele Formen annehmen kann. Energie ist nützlich und ermöglicht es uns, etwas über den Endzustand aus dem Anfangszustand zu sagen, auch ohne das genaue Problem zu lösen, wie das System in irgendeinem Moment dazwischen aussieht.

Arbeit ist nur ein Prozess, bei dem Energie von einer Form (z. B. in Zucker und Fett in den Muskeln gespeicherte Energie) in eine andere Form umgewandelt wird (potentielle Energie von Möbeln, wenn sie über das Treppenhaus in den 8. Stock gebracht werden). Dann ist „Arbeit“ als qualitativer Begriff gemeint. Wenn es sich um ein quantitatives Konzept handelt, ist es die Energiemenge, die von einer Form in eine andere umgewandelt wurde; in der praktischen Anwendung meinen wir normalerweise, dass es von Muskeln oder dem Stromnetz oder einer Batterie oder einem anderen "Speicher" in eine Energieform umgewandelt wurde, die "nützlich" ist - aber diese Etiketten von "nützlich" sind natürlich keine Teil der Physik, sie sind Teil der Technik oder Anwendungen (unsere subjektiven Einschätzungen).

Ich glaube nicht, dass die Antwort trivial einfach ist. Ich werde versuchen, eine Erklärung zu geben. Bei vielen Problemen der Physik erhält man die Anfangs- und Endzustände des Systems. Sie wissen nicht (oder vielleicht weiß es niemand), was zwischen diesen beiden Zuständen passiert. Nun gibt es Größen, die Sie messen können, bevor und nachdem das System diese Zustandsänderung erfahren hat. Die Frage ist, ob Sie einige dieser Größen vorhersagen können, indem Sie die anderen kennen. Denken Sie daran, dass wir den Mechanismus nicht kennen, durch den sich das System aus diesen beiden Zuständen bewegt. Aber wenn Sie etwas haben, das als Erhaltungsgesetz bekannt ist, wird das Problem einfach. (Wenn wir sagen, dass eine Menge erhalten bleibt, meinen wir, dass sie sich während eines Prozesses nicht ändert). Angenommen, Sie haben eine magische Funktion, die die Mengen betrifft, was den gleichen Wert ergibt, egal wie der Zustand des Systems ist, dann sind Sie fertig. Der Wert der Funktion, die wir Energie nennen. Und da sich sein Wert zwischen diesen beiden Zuständen nicht ändert, sagen wir, dass er erhalten bleibt.

Dieser Auszug stammt aus Feynman Lectures:

Es gibt eine Tatsache, oder, wenn Sie so wollen, ein Gesetz, das alle bisher bekannten Naturphänomene beherrscht. Es gibt keine bekannte Ausnahme von diesem Gesetz – soweit wir wissen, ist es exakt. Das Gesetz heißt Energieerhaltung. Es besagt, dass es eine bestimmte Menge gibt, die wir Energie nennen, die sich bei den vielfältigen Veränderungen, denen die Natur unterliegt, nicht ändert. Das ist eine höchst abstrakte Idee, weil es ein mathematisches Prinzip ist; es besagt, dass es eine numerische Größe gibt, die sich nicht ändert, wenn etwas passiert. Es ist keine Beschreibung eines Mechanismus oder irgendetwas Konkretes; Es ist nur eine seltsame Tatsache, dass wir eine Zahl berechnen können, und wenn wir damit fertig sind, die Natur zu beobachten, wie sie ihre Tricks durchführt und die Zahl erneut berechnet, ist es dasselbe. (So ​​etwas wie der Läufer auf einem roten Feld, und nach einer Reihe von Zügen – Details unbekannt – steht er immer noch auf einem roten Feld. Es ist ein Gesetz dieser Art.)

Um zu verstehen, was Energie ist, ist es notwendig, das Konzept der Arbeit zu verstehen.

Arbeit ist definiert als die Einwirkung einer Kraft auf einen Weg.

Was bedeutet das? Es beschreibt, wie "anstrengend" oder "auslaugend" eine bestimmte Aktion ist. Stellen Sie sich zum Beispiel vor, eine Einkaufstüte voller Masse hochzuheben$10\ \mathrm{kg}$vertikal durch$1\ \mathrm m$. Das kostet Arbeit, und zwar genau die folgende Menge, die sich aus dem Gewicht der Tasche mal der Strecke ergibt.

Energie wird klassisch als die Fähigkeit eines physikalischen Systems definiert, Arbeit zu verrichten, oder anders ausgedrückt: Wenn Sie Arbeit verrichten, tauschen Sie Energie gegen eine physikalische Wirkung ein, indem Sie Arbeit verrichten. Oder anders ausgedrückt: Indem Sie eine Kraft über eine Entfernung ausüben, wandeln Sie Energie in Arbeit um.

In unserem Beispiel müssen Sie eine Form von Energie aufwenden, um die Einkaufstasche anzuheben. Die Menge, die Sie benötigen, entspricht genau dem Arbeitsaufwand, den wir berechnet haben.

Was passiert mit dieser Arbeit? Es wird wieder in Energie umgewandelt – in potentielle Gravitationsenergie:

oder

Das ist die klassische Definition der Gravitationspotentialenergie.

In der Praxis sehen oder messen wir Energie also nie direkt. Wenn Energie ihre Form ändert, nennt man das Arbeit, die wir messen können. Arbeit ist also gewissermaßen ein „Transport“-Konzept für Energie. Energie hingegen ist wie ein "Reservoir" von Arbeit im Potential.

Warum ist Energie eine nützliche Größe? Schließlich scheint die Arbeit aus experimenteller Sicht eine eher „fundamentale“ Größe zu sein.

Die Antwort darauf liegt im Energieerhaltungssatz. Arbeit an sich beschreibt eine Änderung der Energie, ist also keine Erhaltungsgröße an sich, es sei denn, Sie betten sie in das allgemeinere Konzept der Energie ein, die erhalten bleibt.

Tatsächlich können wir große Schwaden der klassischen Mechanik ableiten, indem wir die Energieerhaltung als Hauptprinzip zusammen mit dem Prinzip der kleinsten Wirkung verwenden.

Vorbehalte

In fortgeschritteneren Theorien ist die Energieerhaltung eine viel kompliziertere Angelegenheit und lässt sich nicht so einfach anwenden wie im klassischen Sinne. Beispielsweise kann in SR Energie in scheinbare Masse umgewandelt werden und umgekehrt.

Es gibt auch sehr interessante mathematische Eigenschaften der potentiellen Energie und ihrer Beziehung zu Kräften und insbesondere zu Kraftfeldern. Diese Erklärungen sind jedoch viel abstrakter und mathematischer – ich nehme an, Sie wollen eine intuitive, instinktive Erklärung dessen, was Energie ist.

Wenn Sie nach Ersterem suchen, sehen Sie sich bitte diese Frage an .

Energie ist ein bequemer Weg, um die Fähigkeit eines Systems zu erklären, nützliche Arbeit zu leisten. Es gibt bestimmte moderne Qualifikationen, die wir der Energie beimessen, hauptsächlich, dass die Gesamtenergie eines geschlossenen Systems immer erhalten bleibt (abgesehen von kosmologischen Effekten), was jetzt durch die Verwendung von Symmetrie und Noethers Theorem erklärt wird (wie durch andere Kommentare erklärt).

Um zu einem befriedigenderen Alltagsbegriff von Energie zu gelangen, greift man am besten auf das Konzept der nützlichen Arbeit und deren Abrechnung zurück. Wir verstehen, dass wir Anstrengung (Kraft über eine Distanz) ausüben, indem wir einen Gegenstand vom Boden auf die Tischplatte heben. Für die praktische Buchhaltung müssen wir verstehen, wie viel Aufwand betrieben wurde. Es waren diese Art von Abrechnungsproblemen, die die frühen Ingenieure zum Konzept der Energie führten.

Energie ist für uns nur dann nützlich, wenn sie die Fähigkeit besitzt, ihre aktuelle Form in eine andere Form zu ändern. Eine Möglichkeit, wie sich Energie ändern kann, besteht darin, mit potentieller Energie zu beginnen und sie in kinetische Energie umzuwandeln. Betrachten Sie zum Beispiel die statische Energie, die in den Bindungen von Kohlenstoff und Wasserstoff in einer Gallone Gas gespeichert ist. Diese Bindungsenergie kann freigesetzt und in nützliche kinetische Energie umgewandelt werden, beispielsweise um die Relativbewegung eines Autos zu verursachen. Energie kann sich auch von kinetischer Energie in potentielle Energie umwandeln und nützliche Arbeit verrichten. Stellen Sie sich einen Ball vor, der auf einem Tisch rollt; es hat kinetische energie. Wenn die Kugel mit einer Feder kollidiert, sie zusammendrückt und von einem Riegel aufgefangen wird, verliert die Kugel ihre kinetische Energie und die Feder gewinnt potenzielle Energie.

Wenn die Energie in einer Form vorliegt, die für uns nutzlos ist, dann messen wir sie in Form von Entropie . In einem abgeschlossenen System ist ein maximal möglicher Entropiewert damit verbunden. Wenn die Entropie eines Systems niedriger als seine maximale Entropie ist, befindet sich dieses System "nicht im Gleichgewicht" und verfügt immer noch über nutzbare interne Energie. Dies bedeutet, dass innerhalb des Systems Arbeit geleistet werden kann, um die Vielzahl von Zuständen (was allgemein als Unordnung interpretiert wird) zu erhöhen, indem diese potentielle Energie in kinetische Energie in ihm selbst umgewandelt wird.

Im Alltag denken wir bei Energie nur an die nutzbare Arbeit, die sich daraus ableiten lässt . Wenn wir also davon sprechen, Energie auf einem Energiemarkt zu verkaufen, handelt es sich um eine Ware, mit der Arbeit verrichtet werden kann. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie Energie gespeichert werden kann, aber wenn wir eine bestimmte Menge an Energie kaufen, erwarten wir, dass sie es uns ermöglicht, bestimmte Aufgaben auf vorhersehbare Weise zu erledigen.

Dies ist eine etwas vereinfachte Diskussion. Es gibt noch viel mehr, das hinzugefügt werden kann, und mehrere Klarstellungen sind erforderlich. Ich kenne Ihr Verständnis nicht, deshalb habe ich meine Erklärung abgekürzt.

Wow, das wird eine riskante Antwort. Ich denke jedoch, dass Sie nach einer Antwort suchen, die eher konzeptionell als mathematisch oder philosophisch ist, also hier:

Energie ist Veränderung. Das heißt, Energie ist vorhanden, wenn wir Beziehungen zwischen Objekten und Feldern beobachten, die sich von Moment zu Moment auf irgendeine Weise ändern.

Wärmeenergie ist nur eine sehr feinkörnige Version der Veränderung, ausgedrückt in der Bewegung vieler Moleküle, deren durchschnittliche Bewegung vernachlässigbar ist.

Potenzielle Energie ist die Möglichkeit zukünftiger Veränderungen. Es erfordert die zusätzliche Idee, dass Veränderungen durch eine Art federähnliche Fähigkeit aufgenommen, für längere Zeit gespeichert und dann in der Zukunft als explizite Veränderung wieder freigesetzt werden können.

Dieser frühlingshafte Speichereffekt scheint immer darauf hinauszulaufen, dass Felder in einer Weise gestreckt oder gestaucht werden, die sie nicht wollen. So erfasst das Aufziehen einer altmodischen Standuhr mit einem Schlüssel eine explizite Veränderung (Aufziehen) in Form von interessanten Spannungen an den Bindungen, die Metallatome zusammenhalten. Bei der Kernenergie sind die Felder anders, aber das Konzept, sie auf interessante Weise zu dehnen oder zu komprimieren, bleibt ziemlich gleich.

Schließlich liegt in der Idee der potentiellen Energie ein wichtiger Hinweis auf die Beziehung zwischen Energie und Masse. Masse ist im wahrsten Sinne des Wortes die ultimative Form potentieller Energie. In der Materie ist die Energie der Vergangenheit so gut vor Freisetzung geschützt, dass es eines außergewöhnlichen Schlüssels bedarf – insbesondere einer gleichen Menge und Art von Antimaterie – um sie vollständig abzuwickeln und all ihre Energie freizusetzen. Für Materie sind es die verschiedenen unumstößlichen Erhaltungsregeln, wie etwa die Ladungserhaltung, die diese Energie gebunden und nicht verfügbar halten. Aber wenn zufällig Antimaterie zum Aufheben der Sperre auftaucht, passen Sie auf!

Photonen, die sich ständig bewegenden Quanten wechselnder elektromagnetischer Felder, kommen der reinsten Form von Energie nahe, die möglich ist, mit einigen Spitzfindigkeiten, die ich hier nicht ansprechen werde. Es überrascht daher nicht, dass Photonen der Großteil dessen sind, was freigesetzt wird, wenn Materie und Antimaterie die gegenseitige Sperre aufheben.

Damit möchte ich noch einmal betonen, dass dies keine mathematische oder philosophische Antwort sein soll. Alles, was ich zu vermitteln versuche, ist, dass es bei Energie um Veränderung geht. Es kann eine andauernde Veränderung sein, wenn sich Objekte in großen unidirektionalen Wegen (kinetisch) oder mikroskopischen multidirektionalen Wegen (Wärme) bewegen, oder es kann eine potenzielle Veränderung sein. Letzteres ist eine Änderung, die irgendwann in der Vergangenheit durch das Stressen von Feldern eingefangen und verstaut wurde. Die extremste Form potentieller Energie, bei der die Freisetzung der Energie durch tiefgreifende Erhaltungsgesetze abgesichert ist, nennen wir Materie.

Energie ist nur eine numerische Größe, die sich nie ändert, wenn die Natur ihren Lauf ändert. Dass es sich um eine abstrakte Idee handelt, kann durch eine Analogie veranschaulicht werden. Und wer außer Mr. Feynman kann Sie dazu bringen, das zu genießen. In seinen Vorlesungen gab Feynman dazu eine außergewöhnliche Analogie:

Stellen Sie sich ein Kind Dennis vor, das Blöcke hat, die absolut unzerstörbar sind und nicht in Stücke geteilt werden können. Jedes ist das gleiche wie das andere. Nehmen wir an, er hat 28 Blöcke. Seine Mutter bringt ihn mit seinen 28 Klötzchen zu Beginn des Tages in ein Zimmer. Am Ende des Tages zählt sie neugierig die Blöcke sehr sorgfältig und entdeckt ein phänomenales Gesetz – egal, was er mit den Blöcken macht, es bleiben immer 28 übrig! Dies geht mehrere Tage so weiter, bis eines Tages nur noch 27 Blöcke vorhanden sind, aber ein wenig Nachforschung zeigt, dass einer unter dem Teppich liegt – sie muss überall nachsehen, um sicherzugehen, dass sich die Anzahl der Blöcke nicht geändert hat. Eines Tages scheint sich die Zahl jedoch zu ändern – es gibt nur noch 26 Blöcke. Eine sorgfältige Untersuchung zeigt, dass das Fenster offen war, und beim Blick nach draußen werden die anderen beiden Blöcke gefunden. Ein anderer Tag, sorgfältiges Zählen zeigt an, dass es 30 Blöcke gibt! Dies führt zu erheblicher Bestürzung, bis sich herausstellt, dass Bruce zu Besuch kam und seine Blöcke mitbrachte und einige bei Dennis 'Haus zurückließ. Nachdem sie die überzähligen Blöcke entsorgt hat, schließt sie das Fenster, lässt Bruce nicht herein, und dann geht alles gut, bis sie einmal zählt und nur 25 Blöcke findet. Es gibt jedoch eine Kiste im Zimmer, eine Spielzeugkiste, und die Mutter geht, um die Spielzeugkiste zu öffnen, aber der Junge sagt "Nein, öffne meine Spielzeugkiste nicht" und schreit. Mutter darf die Spielzeugkiste nicht öffnen. Da sie äußerst neugierig und etwas genial ist, erfindet sie einen Plan! Sie weiß, dass ein Block drei Unzen wiegt, also wiegt sie die Kiste zu einem Zeitpunkt, wenn sie 28 Blöcke sieht, und sie wiegt 16 Unzen. Wenn sie das nächste Mal nachsehen möchte, wiegt sie die Kiste erneut, subtrahiert sechzehn Unzen und dividiert durch drei. Sie entdeckt Folgendes:

In der allmählich zunehmenden Komplexität ihrer Welt findet sie eine ganze Reihe von Begriffen, die Rechenwege darstellen, wie viele Klötzchen sich an Orten befinden, an denen sie nicht hinsehen darf. Als Ergebnis findet sie eine komplexe Formel, eine zu berechnende Größe, die in ihrer Situation immer gleich bleibt.

Aufgrund der obigen Analogie wird abstrahiert, dass Energie eine solche Manifestation einer Zahl ist, die eine große Anzahl verschiedener Formen hat, sich aber niemals ändern wird, außer wenn sie ein- und ausgeht ...

Nun, Energie ist nur ein Teil von etwas anderem, das viel wichtiger ist und das "Aktion" genannt wird. Es gibt einen Autoaufkleber mit der Aufschrift „Physics is where the Action is“. Eine der wichtigsten Größen im Universum ist die Plancksche Konstante, und sie hat die Wirkungseinheiten. (Joule Sek.). Das Universum ist so konzipiert, dass, egal wie sich die Dinge bewegen oder ihre Struktur ändern, die Aktionsänderungen die Effizienz dieser Änderung darstellen. Oder besser gesagt, die Wahrscheinlichkeiten, dass Dinge passieren oder existieren, können durch Berücksichtigung dieser Größe namens „Aktion“ ermittelt werden. Aus dem Prinzip der kleinsten Wirkung können wir Erhaltungssätze für Größen ableiten, die als Energie, Impuls und Drehimpuls erkennbar sind, es ist eine Folge der am Wirkungsprinzip beteiligten Symmetrien.

Nun wissen wir, dass von diesen verschiedenen Arten von Erhaltungsgrößen die Energie sich auf die Anwendung von Kraft bezieht (der liebe alte Sir Isaac Newton hat das herausgefunden), und das Schöne an Energie ist, dass sie in Strukturen gespeichert werden kann, indem man a anordnet Kraft zu speichern. Und so haben wir Essen und Treibstoff. Und Chemie. Und Entwicklung.

Chemiker verwenden Energie jedoch nicht oft direkt in Berechnungen, sie verwenden auch eine Art Minimierungsprinzip, das sowohl Energie als auch eine andere nützliche Größe namens Entropie beinhaltet, die ein Maß für die Entscheidungsfreiheit ist, die wir der Energie zugestehen - dieses Maß wird als "Freie Energie" bezeichnet und ermöglicht es Ihnen, genau zu berechnen, welche chemischen Reaktionen in welchem ​​​​Ausmaß auftreten werden. Und so geht es. Diese freie Energie wird nicht konserviert, das Universum windet sich wie eine große Uhrwerkfeder.

Der Urknall (wenn Sie daran glauben) ist einfach ein früherer Zustand, als die Energiedichte sehr hoch war. Das bedeutet nicht unbedingt, dass das Universum ein einzelnes Schwarzes Loch von endlicher Größe war. Die Quantenmechanik sagt uns auch, dass es für fast alles einen Grundzustand gibt, einschließlich der Raumzeit. Wenn also ein Vakuum vorhanden ist, gibt es eine Grundzustandsenergie. Der Versuch, aus dem Vakuum ein Perpetuum Mobile zu bauen, lohnt sich aber generell nicht, trotz legendärer Youtube-Seiten.

Eine Sache, die Energie nicht ist, ist eine Art kosmisches Fluidum. Es ist nur eine Perspektive, wie Veränderungen eintreten können – die Relativitätstheorie von Einstein lehrt uns, dass jede Art von kosmischer Flüssigkeit, einschließlich spiritueller Erleuchtungsflüssigkeiten, unmöglich ist.

Ursache-Wirkung bedeutet, dass etwas Asymmetrisches passiert ist. Asymmetrie ist eng mit der Vorstellung von Information verbunden, das Problem der Informationsübertragung erfordert eine Nettoverschiebung in Raum und Zeit. Die Beschränkungen für die Informationsübertragung sind die gleichen wie für die Energieübertragung, und wir stellen fest, dass die Bewegung von Energie plötzlich zur Bewegung von Bits wird! Wissen, Energie und Zeit und Raum müssen also im selben Bild betrachtet werden.

Erstens ist die Verbindung zwischen Energie und Zeit sehr tiefgreifend. Wir verstehen die Zeit nicht vollständig, aber wir wissen, dass unser Sinn für Echtzeit eine sinnvolle Abfolge verschiedener Zustände erfordert, Uhren wegnehmen und die Zeit in einem solchen Kontext buchstäblich an Bedeutung verliert. Für reine Energie ist jeder Tag Murmeltiertag – es gibt eine intrinsische Periode, die mit Energiezuständen verbunden ist, aber kein Gefühl der Abfolge.

Wie kommt „Echtzeit“ ins Bild? Wir wissen, dass es in der Raumzeit eine Möglichkeit für „zeitähnliche“ Intervalle zwischen Ereignissen gibt, in dieser Zone kann eine Abfolge von Ereignissen etabliert werden, die eine Ursache-Wirkungs-Beziehung in allen Bezugssystemen aufrechterhalten kann. Aber das gibt uns nicht die Uhr selbst. Systeme verschränken sich auch beim Erstellen einer Zeitordnung, aber das ist alles unklar.

Das Ergebnis ist, dass es ebenso wie es Energiekosten gibt, Dinge in der Welt zu tun, auch "Kosten" für Systeme gibt, um überhaupt in der Welt zu existieren, die wir kennen - Aspekte dieser Welt müssen unerkennbar sein. Das Gegenteil gilt auch, wenn wir auf ein System stoßen, das instabil ist und stabilisiert werden kann, indem bestimmte Energie freigesetzt wird, dann bedeutet die Spezifität dieser Energie, dass der Zeitpunkt, zu dem das Ereignis eintritt, nicht bekannt ist. Wir können ein Konzept wie Energie einfach nicht isoliert betrachten – ohne die Natur von Konzepten wie Wissen und Zeit zu verstehen. Es ist ein Pauschalangebot.

Schließlich sind offene Systeme, durch die Energie fließt, besser in der Lage, Uhren aufrechtzuerhalten und eine zeitliche Ordnung herzustellen, sodass das Leben ein Phänomen ist, das mit instabilen Energieflüssen verbunden ist.

Die einfachste Erklärung, die ich kenne, warum die Zeit in eine Richtung läuft, ist, dass Ereignisse in der umgekehrten Richtung "nicht beobachtbar" sind. Ich weiß, das klingt wie eine Tautologie, aber wenn Sie zeigen, warum sie nicht beobachtbar sind, haben Sie eine bessere Erklärung. Ebenso könnte die positive beobachtbare Energie in ihrem negativen Gegenstück einen Grund haben, warum sie nicht beobachtbar ist, aber dazu bin ich jetzt wirklich nicht qualifiziert, ich habe meine Grenzen schon arg überschritten.

Jedes Konzept in der Physik – Energie, Masse, Entropie – wird explizit durch den Satz mathematischer Beziehungen für das Konzept definiert. Jede sprachliche Definition eines Konzepts ist ein Versuch, ein physikalisches Verständnis des Konzepts zu vermitteln. Zum Beispiel ist eine sprachliche Definition für Kraft "Eine Beschreibung einer Wechselwirkung, die eine Änderung in der Bewegung eines Objekts verursacht". Für mich ist diese Definition nicht nützlich, es sei denn, ich verstehe die mathematische Definition, die als F = ma definiert ist, und wie sie in Anwendungen verwendet wird.

Für einen breiten Begriff wie Energie muss die sprachliche Definition zwangsläufig ziemlich vage sein, und um eine solche Definition zu verstehen, müssen Sie die mathematischen Zusammenhänge für Energie und ihre Verwendung in Anwendungen verstehen.

Für ein grundlegendes Verständnis von Energie mag ich die einfache Definition von Energie, die in einem alten Lehrbuch der technischen Thermodynamik angegeben ist. "Energie ist die Fähigkeit, entweder latent oder scheinbar, eine Kraft über eine Entfernung auszuüben." Obert und Young, Elemente der Thermodynamik und Wärmeübertragung. Für ein definiertes System in der grundlegenden Thermodynamik betrachten wir die innere Energie, die Energiezufuhr/-abgabe des Systems aufgrund von Arbeit und/oder Wärme und die Energiezufuhr/-abgabe des Systems aufgrund von Stofftransport. [Die innere Energie wird manchmal als "Wärme" bezeichnet, aber dies ist aus thermodynamischer Sicht technisch falsch. Wärme ist Energie, die eine Systemgrenze – ohne Stoffaustausch – allein aufgrund einer Temperaturdifferenz überschreitet.

Im Laufe der Zeit wurde das Energiekonzept um Ruhemassenenergie, Feldenergie usw. erweitert, um das Konzept der Energieerhaltung zu bewahren. Also muss das sprachliche Konzept wieder sehr breit/vage sein, um solchen Überlegungen Rechnung zu tragen.

Hoffe das hilft.

Was ist Energie?
Energie ist die Fähigkeit eines Systems, Arbeit zu verrichten.

Woher kommt das?
Es kommt im Allgemeinen aus einer anderen Energiequelle, da Energie von einer Form in eine andere umgewandelt wird .

Wo kommt es letztendlich her ?
Das, mein Freund, ist eine Frage für MetaPhysics .stackexchange.com, die leider noch nicht existiert. Vielleicht möchten Sie mit einem Vorschlag zu Area51 springen .