Энергия - сложная концепция, которую трудно понять, потому что она существует в стольких различных формах, что не поддается ни одному простому объяснению.
Во многих отношениях понимание энергии - это то же самое, что понимание богатства: существуют очень разные формы богатства, и они следуют разным правилам, в зависимости от того, являются ли они фондовым рынком, недвижимостью, коллекцией старых комиксов, огромными кучами денег или одним из многих других способов заработать и потерять деньги.
Легче обсуждать одну или две формы богатства или энергии, чем обсуждать эту концепцию в целом.
Стремясь понять, как Солнце может выделять столько энергии на протяжении стольких лет, ученые рассматривали множество различных видов энергии.
Ученые XIX века знали о двух возможных источниках солнечной энергии: химической и гравитационной.
Наиболее известным источником химической энергии для них было сжигание (химический термин - окисление) древесины, угля, бензина или другого топлива.
Мы точно знаем, сколько энергии может дать сжигание этих материалов. Таким образом, мы можем подсчитать, что даже если огромная масса Солнца состояла из горючего материала, такого как уголь или древесина, наша звезда не могла вырабатывать энергию нынешними темпами в течение более чем нескольких тысяч лет.
Однако по геологическим данным мы знаем, что вода присутствовала на поверхности Земли почти 4 миллиарда лет назад, поэтому Солнце должно быть светило ярко (и согревало Землю) по крайней мере столько же времени, сколько и это.
Сегодня мы также знаем, что при солнечных температурах ничего подобного массивному дереву или углю не может выжить.
Закон сохранения энергии: что заставляет Солнце "светить"?
В других работах девятнадцатого века предпринимаются попытки определить, что помогает Солнцу в выработке энергии, используя закон сохранения энергии.
Проще говоря, этот закон гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а может быть преобразована из одного вида в другой, например, из тепла в механическую энергию.
Хорошим примером тому служит паровоз, который был ключом к промышленной революции. В этом типе двигателя горячий пар от котла приводит в движение поршень, преобразуя тепловую энергию в энергию движения.
И наоборот, движение может трансформироваться в тепло:
Если вы энергично хлопаете в ладоши в конце особенно хорошей лекции по астрономии, ваши ладони нагреваются. Если натирать лед о поверхность стола, тепло, выделяемое трением, растапливает лед. Тормоза автомобилей используют трение для снижения скорости, а при этом преобразовывают энергию движения в тепловую энергию.
Поэтому после остановки автомобиля тормоза могут сильно нагреваться, что также объясняет, почему при неосторожном использовании тормоза могут перегреваться при спуске по длинным горным дорогам.
В девятнадцатом веке ученые думали, что источником тепла Солнца может быть механическое движение падающих в него метеоритов.
Однако их расчеты показали, что для получения общего количества энергии, испускаемой Солнцем, масса метеоритов, которая должна будет падать на Солнце каждые 100 лет, будет равняться массе Земли.
В результате увеличение массы Солнца, согласно третьему закону Кеплера, изменит период обращения Земли по орбите на 2 секунды в год. Такое изменение будет легко измеримо и на самом деле не происходит. Ученые могли бы опровергнуть это как источник энергии Солнца.
Продолжение следует...