從壓縮彈簧說起物質(zhì)如何蘊含勢能

  在前天我在回答盤點高中級別冷知識的問題中，以這樣一個看起來有點兒刁鉆的問題開頭，引起了大家廣泛的關(guān)注和熱烈的討論[1]。我很高興這樣的回答能夠引發(fā)大家的探究性思考，而壓縮彈簧為了終結(jié)這樣懸而未決的問題，我在這里給出一個完備的回答。因為其實對于高中所學(xué)習(xí)的知識，甚至于非材料科學(xué)/凝聚態(tài)物理這些著重研究物質(zhì)內(nèi)稟屬性的知識，對物質(zhì)的認知，沿著從微觀到宏觀的路線是脫節(jié)的。

  在化學(xué)學(xué)科，我們知道物質(zhì)由分子組成，分子則由原子或離子（團）構(gòu)成；在物理學(xué)科，我們能夠通過給定物質(zhì)的比熱容計算升高一攝氏度需要多少焦耳的能量，我們能夠計算物塊的自由落體，計算碰撞物體間的動量守恒，一個人站在靜止的船上往岸上扔貨物會導(dǎo)致船往遠離岸邊的方向以怎樣的速度運動。但宏觀物質(zhì)的屬性和微觀物質(zhì)的屬性是否相同，又是否是簡單的疊加關(guān)系，這些是基礎(chǔ)的科學(xué)理論[2]不能夠解釋的。
  正是由于這個不經(jīng)過細致的審查就無法察覺到的知識的漏洞，導(dǎo)致文章最開始的這個問題變得看起來無從下手。在討論“被壓縮的彈簧在被腐蝕后彈性勢能到哪里去了”這個問題之前，需要優(yōu)先解決的問題是從高中學(xué)到能量這個概念后我們就了解到，機械能主要分為兩大類，分別是動能和勢能，不同于勢能，前者直接能夠通過物質(zhì)運動的速度、以[公式]的關(guān)系直觀地體悟到為了對抗魔王，勇者攀登到山頂能夠獲得被稱為重力勢能的巨大能量。擁有龐大勢能的系統(tǒng)和不擁有勢能的系統(tǒng)到底有什么區(qū)別？