能量都是從哪兒來的？能量的轉化與守恆

我們都知道一個概念：能量。用日光燈需要電能；開汽車需

要石油的化學能；動物能夠活動，因為具有生物能。那麼能量到

底是從哪裡來的呢？

我們不妨從常見的電能來解釋一下能量的來源。我們的家用

電是由發電廠發出來的。發電廠為了發電，必須使發電機轉動起

來。要使發電機轉動起來，就必須消耗其他能量。

煤和石油的能量

我們首先看火力發電。

火力發電機的基本原理是：燃燒煤粉將水變為高壓蒸汽，通

過高壓蒸汽推動汽輪機，汽輪機轉動帶動發電機轉動，這樣就可

以產生電能。在這個過程中，煤的化學能被燃燒消耗，轉化為機

械能，機械能轉化為電能。

煤的化學能是從哪裡來的呢？煤和石油是千百年前動植物屍

體在一定條件下形成的。詳細地說，動植物死亡後，屍體沉積在

地下，如果微生物分解屍體的速度沒有沉積速度快，那麼動植物

屍體就會越來越多。在一定條件下，這些屍體中的有機物會發生

變化，經過相當長的時間變成煤和石油。所以，煤和石油的化學

能是從遙遠古代的生物能轉化而來的。

那麼，生物的能量又是從哪兒來的呢？我們知道，食肉動物

吃食草動物，食草動物吃植物，這就是食物鏈。食物鏈上級消耗

者的生物能（食肉動物）來源於下級能量消耗者（食草動物）和

生產者（植物）。也就是說，動植物的生物能本質上來源於植

物。

那麼，植物的能量是從哪兒來的呢？除了蘑菇等依靠腐殖質

生存的植物之外，大部分植物都有葉綠素。葉綠素可以進行光合

作用。所謂光合作用，就是透過太陽能，將空氣中的二氧化碳和

吸收的水分轉化成有機物，同時釋放氧氣的過程。在這個過程

中，植物的生物能變多，看似產生了能量，所以稱為生產者。但

是實際上，植物必須利用太陽能才能完成這個過程。所以依然是

能量的轉化：把太陽能轉化為了有機物的能量，或者稱為“生物

能”。

我們繼續想，太陽能又是從哪裡來的呢？

太陽是一個大火球，每時每刻都在釋放著巨大的能量。太陽

之所以能發光發熱，是因為太陽內部有大量的氫元素。氫原子是

自然界最小的原子，原子核中只有一個質子，原子核外有一個電

子。但是，氫原子核裡的中子個數可以不同，據此可以把氫元素

分為三種同位素，分別是有沒有中子的氕、一箇中子的氘、兩個

中子的氚。

在極高的溫度下，氘和氚原子核可以發生聚變反應，生成一

個氦原子核和一箇中子，同時釋放巨大的能量。於是，這個能量

就透過輻射的形式散發到宇宙中。

所以，太陽能來源於太陽內部的核聚變反應——核能。

核能是從哪裡來的？這個問題人類還沒有理解。因為在大爆

炸之初，核能就存在於宇宙之中了。而大爆炸之前的事，科學家

們還沒有任何頭緒。

總結起來，火力發電的能量轉化過程是太陽核能透過聚變轉

化為光能，光能透過光合作用轉化為植物的生物能，植物的生物

能透過食物鏈佈滿生物圈，生物能透過一定的環境形成煤的化學

能，化學能透過燃燒加熱蒸汽推動發電機，繼而發電機就把這種

能量轉化為電能。

二、風和水的能量

如果我們用水電站發電，能量又是從哪兒來的呢？

要利用水能發電，首先要在有山脈的地區建設水壩，讓水形

成落差。然後，水受到重力作用向下運動，可以推動水輪機轉

動，這樣發電機就可以工作了。由於水在高處可以向下流動帶動

發電機，於是我們就說高處的水具有能量，這種能量稱為“重力

勢能”。水電站是把水的重力勢能轉化為電能。

水從高處到達低處之後，重力勢能減小，高山上流下來的水

彙集到一起，最終流到大海中去。那麼，高山上的水為什麼不會

流感呢？這又涉及了自然界水的迴圈。

由於太陽的照射，海洋水可以蒸發成氣體，升到空中。在風

的帶動下，重新來到高山上空形成降雨，這樣水就可以從低處跑

回到高處，重力勢能增加。但是在這個過程中，太陽的照射必不

可少，因為蒸發需要吸熱，而這個熱量來源就是太陽光。所以，

水能也是太陽能轉化而來的。

同樣，風力發電是利用了風的能量，而風的能量同樣是源於

太陽能。太陽的能量中，只有22億分之一到達了地球，可這22億

分之一卻把地球變成了一個欣欣向榮的世界。

三、除了太陽還有其他能量來源嗎？

地球上大部分能量都來源於太陽。但是，還有其他兩種能量

比如核電站。目前，像太陽那樣的核聚變能量，人類只能用

來製造氫彈，還沒有掌握能夠控制核聚變反應速度的技術用它來

發電。但是人們已經掌握了可控核裂變技術。

核裂變是指重原子核可以裂變成較輕的原子核，同時釋放能

量的過程。比如，鈾235就是一種常見的核反應原料。當一箇中

子撞擊鈾235原子核時，會裂變出氪原子核Kr和鋇原子核Ba，同

時釋放出三個中子。三個中子再撞擊三個鈾235，可以釋放出9個

中子……這個過程稱為“鏈式反應”。鏈式反應可以釋放巨大的能

量。

人們建設核反應堆，讓鏈式反應緩慢地進行，放出大量的熱

把水變為高壓蒸汽，推動發電機發電，這就是核電。

相比於火電，核電帶來的汙染小得多，所以很多國家都在大

力發展核電。核電的能量來源是地球上儲存的鈾235，不是太

陽。此外，還有一種能量不是來源於太陽——地熱，地熱來源於

地球內部的岩漿，而岩漿的能量來源是地球內部的核裂變反應。

能量還有一種來源是月球。由於太陽和月球的引力作用，地

球上的水會發生漲潮和落潮，而月亮對地球上潮汐的影響更大。

如果在潮水中安裝發電機，潮水就可以推動發電機發電，這

就是潮汐電站的原理。潮汐能從本質上講是地球和月球具有的機

械能轉化而來的，這種機械能在地球和月球形成之初就存在了。

說了這麼多，大家是不是已經明白了，能量總是在相互轉

化。而地球上絕大多數的能量來源有三個：太陽、地球和月球。

其中，太陽能是主要能量來源。宇宙形成之初，就有了核能和機

械能，這些能量在不停地轉化，所以才讓這個世界精彩紛呈。