宇宙揭秘：解读何为能量 他瞥见冷热的本质并因此开创了新的科学分支

人类历史发展进程中，为了从周围环境获取能量我们想了很多办法，比如摘果子，烧木材，航船等等。但是大约三百年前，不可思议的事发生了，人类发明了能大批量处理能量的机器来完成之前想都不敢想的任务。有很多人和很多原因促成了它的发生，其中就有科学史上最著名的人物之一，也是第一批想要理解能量的人，他就是戈特弗里德-莱布尼兹（1646-1716）。

莱布尼兹是个外交家，科学家，哲学家，也是一个天才，他一直都想弄明白宇宙的运行机制。和他的几个同龄人一样，莱布尼兹坚信他身边的世界是一个由全能的智者设计的大机器，如果能理解机器的运作，也就能理解宇宙的运行规律。所以，对莱布尼兹来说，神学和哲学，以及工程学和力学是密不可分的。

正是由於哲学和工程学之间的关系，在1676年，莱布尼兹才会开始研究看上去似乎是个很简单的问题：当物体碰撞时会发生什么？这就是莱布尼兹和他同时代的许多人在努力解决的问题。

我们都打过台球，当两个球相互碰撞时，一个球的运动会传递到另一个球上，就好像它们之间有什么东西在传递，莱布尼兹将其称为“生命的力量”，他将其视为一种物质，一种能在碰撞中进行交换的物质。

莱布尼兹认为，世界是一个活的机器，在机器里，有一种永恒不变的上帝创造的生命力量，因此世界上的生命力量才得以保存，困扰他的时如何来定义它。

很快莱布尼兹就找到了一种简单的数学方法来描述这个生命的力量，但他也看到别的东西。他意识到，在火药，火和蒸汽中，这种生命力量被以猛烈和强大的方式释放出来，如果它能为我们所用，将给人类带来难以想像的力量，莱布尼兹很快沉迷于找到捕捉生命力量的方法。

喜欢写信的莱布尼兹与一位叫丹尼斯-帕藩的法国年轻科学家进行了通信往来，在他们通信期间，莱布尼兹与帕藩意识到某些情况下释放的“生命力量”确实可以被利用，热量可以转化为某种有用的行为。

但是这个想法能走多远呢？帕藩对其很有信心，这是帕藩写给莱布尼兹的信中的一段话：“我可以向你保证，我越往前走，我对这项发明就越有信心，因为从理论上讲，它能给人类带来无限力量，但在实践中，我可以毫不夸张地说，它能使一个人做到一百人才能做到的事。”

你可能会想，莱布尼兹和帕藩永远地改变了世界，但他们没有。他们的想法的确很深远，但他们并没有推动事物向前发展。要做到这点，需要一些更实际的东西，需要创新，工业，无数熟练的工人和工匠来用新颖的方法应用那些想法。

在莱布尼兹和帕藩之后的一个世纪里，这些都以最戏剧性的方式发生了。在莱布尼兹和帕藩的讨论之后的150年里，生命的力量以惊人的方式得到了利用，他们梦想中的机器变成了现实，蒸汽机成为了十九世纪的前沿技术。

如果你看看人类文明的脚步，就会明白其中伟大的一步就是蒸汽机，因为它用蒸汽动力取代了肌肉，蒸汽动力实际上是无限的，能做到几乎无法想像的事情。但是蒸汽技术不仅能改变人类社会，它还能揭示莱布尼兹所说的“生命力量”的真相，揭示关于宇宙运行的新见解。

尽管发动机给人类带来了巨大的成功和巨大的力量，但对于它们如何以及为什么工作，大家仍然存在着大量的困惑和不解，特别是有些问题，比如“它们能有多高效？”“它们的能力是无限吗？”最终人们想知道通过蒸汽机可以实现什么。

这些问题一直存在的原因和简单，几乎没有人了解蒸汽机的本质，很少有人意识到支撑着它的是宇宙主体，那些被我们认为是早期蒸汽机的大型机器实际上是理解宇宙的一切的开端！虽然这听起来有点不可思议，但它们的内部却蕴藏着宇宙的秘密。

尼古拉斯·伦纳德·萨迪·卡诺来自一个德高望重的军人家庭，他发誓要弄明白蒸汽机的工作原理，并利用这些知识造福于自己的祖国法国。1824年，卡诺写了一篇著名的“关于火的原动力的思考”，在不到六十页的文章，他总结了热机工作的原理。卡诺认为，所有的热机都包含了在冷环境中的一个热源，他相信热是水一样的物质，能从热流到冷。就像水从高处落下一样，热量的流动也可以为我们所用。

卡诺观点的关键是，如果要让热机更有效率，就要增加热源和冷环境之间的温差，这个想法已经指导了工程师两百年。最终，汽车引擎比蒸汽机更有效率，因为它的温度更高，喷气式发动机的效率还要更高，因为它们的温度极高。

卡诺向我们展示，热机不仅仅是个聪明的发明，它还能挖掘出更深层的自然属性，它们利用了热与冷之间的能量流动。卡诺瞥见了热机的真正本质，并在此过程中创建了一个新的科学分支，热动力学，他是第一个对热力学做出巨大贡献的人！！！