能量
néng liàng
能量是做功或引起变化的能力，存在动能、势能、热能和光能等多种形式，以焦耳为单位。
Definition
能量是让事情发生的东西：移动某物、加热某物、点亮某物或发出声音的能力。它是做功或产生变化的能力，形式多种多样，包括动能（运动）、势能（由位置或状态储存）、热能、化学能、电能、光能、声能和核能。国际单位是焦耳（J），即 $1\ \text{N}$ 的力作用 $1\ \text{m}$ 距离所做的功，能量可以被传递和转化，但永远不会被创造或消灭。严格地说，能量是与系统状态相关联的一个守恒的标量；力学形式包括动能 $K = \tfrac{1}{2}mv^2$ 和势能 $U$，对保守力而言，势能由 $F = -dU/dx$ 定义，功能定理 $W_{\text{net}} = \Delta K$ 把力和能量联系起来。能量守恒源于时间平移对称性（诺特定理），在相对论中，质量本身就是一种能量形式，$E = mc^2$。
Example
你吃下的食物给你提供了奔跑所需的能量，电池储存的能量点亮手电筒，阳光携带的能量温暖你的脸庞。把一本 $2\ \text{kg}$ 的书举高 $1.5\ \text{m}$ 放到书架上，需要做 $W = mgh = 2 \times 9.8 \times 1.5 = 29.4\ \text{J}$ 的功，书由此储存了 $29.4\ \text{J}$ 的重力势能。一个 $0.5\ \text{kg}$ 的球从 $10\ \text{m}$ 高处落下，起初拥有 $U = 0.5 \times 9.8 \times 10 = 49\ \text{J}$ 的势能，落地前这些能量几乎全部转化为动能：$\tfrac{1}{2}(0.5)v^2 = 49$，因此 $v = 14\ \text{m/s}$。这个过程完全不需要用到力，只是能量的记账。
Key Insight
能量从不会被用光。骑自行车时，早餐带来的能量会转化为运动和热；它只是改变了形式，并没有消失。每一个能量故事最终都以热收尾，因为无论能量最初是什么形式，摩擦和其他损耗最终都会把它散布成难以再收集起来的热能。把能量看作一种记账工具，而不是一种实体，会更容易理解。它的强大之处正在于总量永远不变，因此一个关于力的难题往往会变成一个关于前后总量的易题。