Vad är energi?

Vad är energi?

I skolan får vi lära oss att sätta in energi i formler som ger oss andra storheter men egentligen berättar ingen vad det är vi sätter in i formlerna. Elbolagen har formler som gör att de kan omvandla energi till en faktura som jag betalar. Men vad är det jag har köpt? Värme och ljus till mitt hus? Kanske, men hur kvantifierar jag värme och ljus till kronor?

Jag ser på min värld och jämför den med mina önskemål. Skillnaden mellan den värld jag ser och den värld jag önskar mig bildar en felsignal. Jag försöker då förändra den värld jag ser så att felsignalen minskar.

På stemåldern fanns i stort sett bara möjligheten att förändra världen med hjälp av eget muskelarbete. Avsiktlig förändring var det samma som arbete.

Så lärde vi oss att ta hjälp av dragdjur, strömmande vatten, vind, koleldade ångmaskiner. Vi började förstå att världen har en fantastisk egenskap. Det finns samband mellan orsak och verkan. Kan jag inte direkt åstadkomma den förändring jag vill ha kan jag leta efter en förändring som orsakar den verkan jag vill uppnå. Och hittar jag ingen orsak som jag direkt kan åstadkomma kan jag leta efter en orsak till en orsak som ger önskad verkan.

Vi insåg att alla förutsägbara förändringar kan användas och omvandlas till avsiktliga förändringar. Vi behövde namn och mått på "förutsägbar förändring". Vi kallade "förutsägbar förändring" för energi. Och som mått på energi använde vi förändring som vi ofta åstadkom med muskelarbete. Man ser ibland försök att definiera "energi" som "arbete".

Att se energi som "förutsägbar förändring" har en del konsekvenser som nog är värda att diskutera men tills vidare stannar jag här.

Du har köpt din egen död.
Exakt så. Den var redan förstörd när du föddes och du tror att kan rädda den med det som förstörde den.

Fanns inget behov att förändra den då den var relativt oförstörd och allt fanns för alla.

Så började helvetet och man hittade på abstraktioner utan verklighetsförankring.

Hur kvantifierar jag energi? Det vill säga: Hur kvantifierar jag förutsägbar förändring? Alltså: Hur kvantifierar jag förändring?

Kvantifiera betyder "Dela upp i kvanta och ange antalet kvanta".

Vad är ett förändringskvanta?

En förändring kallar vi för händelse. Ett förändringskvanta är alltså den minsta händelse som jag kan detektera. Jag kallar en sådan minsta händelse för en enhetshändelse.

Varje händelse kan delas upp i enhetshändelser och kvantifieras som antalet enhetshändelser.

Världen förändras spontant. Det är det vi kallar tid. För att beskriva detta behöver jag en förändringsparameter som jag kallar parametertid. Varje gång en enhetshändelse inträffar någon stans i universum inkrementeras parametertiden.

Parametertid är alltså totala antalet enhetshändelser i universum. Av dessa är det bara en del som är förutsägbara och inträffar inom det område som jag är intresserad av. Denna del kallar vi energi.

Energi är alltså den del av parametertiden som förutsägbart inträffar inom mitt observationsområde.

Att en händelse är förutsägbar innebär att den är tillgänglig redan innan den inträffat. Även händelser som vi kan förutse kallar vi energi.

Om en kula ligger på ett bord kan jag förutse händelsen att den faller mot golvet. Jag säger då att den har den potentiella energin som motsvarar fallet mot golvet.

Energi kan alltså liksom parametertid kvantifieras som ett antal enhetshändelser.

Det är ju möjligt att du har rätt i någon sorts absolut mening men ger det en fungerande livsfilosofi?

Du menar att om jag blir hungrig skall jag inte försöka göra något åt det. Så svälter jag ihjäl och världen blir bättre. Så är det kanske men jag tar en macka i alla fall.

Om du skall övertyga mig om att en opåverkad värld är bättre än en påverkad måste du ha starka argument för det. Det räcker inte med att bara säga att opåverkat har ett egenvärde.

Att alla luftmolekyler i ett rum skulle samlas i ett hörn så att det blir tomt i resten av rummet är osannolikt. Ett tillstånd där alla luftmolekylerna ligger samlade i ett hörn är alltså ett osannolikt tillstånd och jag kan förutse att det kommer att förändras så att luftmolekylerna fördelar sig över hela rummet. Ett osannolikt tillstånd innebär alltså en förutsägbar förändring alltså energi.

Varje osannolikt tillstånd innebär alltså energi. Men ett tillstånd, vilket som helst, som är exakt känt, har sannolikheten 1 dividerat med antalet möjliga tillstånd. Sannolikheten för ett visst klart angivet tillstånd är alltså mycket liten. Hur tillståndet än ser ut kan jag förutsäga att det kommer att förändras så att jag förlorar kunskapen om hur det ser ut. Den förutsägbara förändringen ligger alltså i min kunskap om tillståndet.

Energi är alltså inte en egenskap hos världen utan en egenskap hos min kunskap om världen.

Det är detta som ligger i termodynamikens andra huvudsats som egentligen säger att världen förändras så att min kunskap om den minskar. Har jag funnit ett tillstånd som är lätt att beskriva kan jag förutse att det kommer att förändras till ett mer svårbeskrivbart tillstånd. Och denna förutsägbara förändring kan jag utnyttja.

Om jag finner ett osannolikt tillstånd kan jag förutsäga att det kommer att förändras till ett mer sannolikt. Ett osannolikt tillstånd är alltså en förutsägbar förändring, det vill säga energi.

För att ange energin hos ett osannolikt tillstånd kan jag ange dels hur många kvanta som ingår i tillståndet, dels hur mycket varje kvanta måste förändras för att nå ett mer sannolikt läge. Man säger att energi kan delas upp i två faktorer, en mängdfaktor, extensiv faktor, som anger hur många kvanta som berörs och en intensiv faktor som anger hur mycket varje kvanta förändras.

Om en kula med massan m ligger på ett bord med höjden h är ett mer sannolikt läge att kulan ligger på golvet. Man kan då säga att kulan har energin E = m g h där m är en mängdfaktor som anger hur många kvanta som ingår i kulan och gh, det vill säga gravitationshöjden, är en intensiv faktor som anger hur mycket varje kvanta ändras när kulan faller till golvet.

För lägesenergi är massa extensiv faktor och gravitationshöjd intensiv faktor. För elektrisk energi är laddning extensiv faktor och spänning intensiv faktor. För värme är entropi extensiv faktor och temperatur intensiv faktor.

Energi är förutsägbar förändring.

För ett osannolikt tillstånd gäller att man kan förutse att det kommer att förändras till ett mer sannolikt. Varje osannolikt tillstånd är alltså användbar energi.

Så småningom insåg man att man kunde använda osannolik ordnad molekylhastighet. Man lärde sig använda vind och strömmande vatten.

Hur var det med oordnad molekylhastighet? Det visade sig att man kunde använda att variansen av molekylhastigheten (=temperaturen) avvek från omgivningen. I en ångmaskin kunde man genom att elda åstadkomma en osannolik temperatur som kunde omvandlas till pumparbete för att pumpa vatten ur en gruva.

Massa är en osannolik avvikelse från omgivande vakum och mycket riktigt visade det sig att massa kan omvandlas till andra former av energi.

När jag ser mig omkring ser jag en värld full av osannolika tillstånd som vi inte ens försökt använda. Någon brist på energi har vi inte, möjligen brister vår förmåga att använda den värld vi lever i.