上次跟大家介紹了一個別出心裁的貯存能量方法，也帶出了「能量守恒」這個大自然規律。在我們談及「開發再生能源」、「現代都市每天運用了多少能量」的同時，究竟什麼是能量呢？今天就和大家分享一下有關能量的知識。
我們都體驗過能量的威力：太陽發熱發亮、爆炸時發出隆然巨響、近日北海道發生的地震，都是能量的釋放；不過能量可以以不同的形式存在，沒有實質的形狀，卻又好像無比抽象。因此，「古人」思考「能量」這個概念，其實一點兒也不自然：在西方，一直到17世紀，才由著名學者萊布尼茨（Gottfried Wilhelm Leibniz）提出跟現代相類的能量概念。
20世紀有名的物理學家費曼（Richard Feynman）也在他的物理講課中提到，能量守恒定律「是一個很抽象的主意，因為它是一個數學的原則......而並沒有描述背後的機制......它就是這樣的一個奇怪事實：我們計算了一個數量；在欣賞了大自然完成它的把戲後，我們再重新計算一次這個數量，也還是沒有改變。」
曾以為熱是物質
能量沒有固定的「形相」，因此要決定我們身邊的各種物事之中，究竟哪些是能量，並非易事，而熱能就是一個有趣的例子。
現在我們稱之為熱「能」，當然是因為知道它是能量的一種。可是在19世紀以前，人類曾經很認真地認為「熱」是一種物質：這個鐵鍋的溫度很高，是因為它含有較多的「熱」。
後來，英國物理學家焦耳（James Joule）觀察到，工人在鑽挖金屬的時候，金屬的溫度會上升，儼如「熱」是可以憑空被製造出來的。這個現象告訴了我們，不應將「熱」獨立來看：「熱」其實只是能量的一種，能夠和其他能量形式互換。
到了20世紀初，德國數學家諾特（Emmy Noether）為各式各樣的守恒定律提供了一個數學上的證明：守恒定律原來是源於系統本身的「對稱」。
什麼是「對稱」？太陽對地球的引力，只因它們之間的距離而變動，並不會因地球位於太陽的哪個方向而有所改變，就是一種「方向的對稱」；再者，只要距離相同，太陽與地球之間的引力也不會因為現在是什麼時間而有所不同，這就是一種「時間的對稱」。
諾特的定理告訴我們，系統的每一個這樣的對稱，都會有一個相對應的守恒定律：因為系統以特別的方式移動，這個系統的某些數值會因此而維持不變。
之前提過的「時間的對稱」，就對應於「能量守恒定律」：時間與能量，原來有着深層次的關聯。
能量不生不滅，可以從不同的形式之間互相轉換，聽上來好像不賴：看來我們好像可以不用擔心這個世界會「沒有了能量」。
不過隨着我們對大自然的認識增加，現在我們知道了能量有「無用」和「有用」之分：能量不生不滅，但現存的能量不一定對我們有用。
在未來的日子裡，再找機會跟大家深入討論這個話題。在這之前，大家還是要記着：善用能量。■張文彥 香港大學土木及結構工程學士
短暫任職見習土木工程師後，決定追隨對科學的興趣，在加拿大多倫多大學取得理學士及哲學博士學位，修讀理論粒子物理。現任香港大學理學院講師，教授基礎科學及通識課程，不時參與科學普及與知識交流活動。
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