"Είναι σημαντικό να συνειδητοποιήσουμε ότι στη φυσική σήμερα δεν έχουμε καμία γνώση για το τι είναι η ενέργεια"
Richard Feynman, 1964
ENERGY
Η λέξη Energy προέρχεται από την αρχαία ελληνική λέξη «ἐνέργεια», από το «εν» (μέσα) και «έργο».
Ο Αριστοτέλης (Ελλάδα, 384-322 π.Χ.) ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε την ενέργεια ως τεχνικό όρο στο εννοιολογικό σχήμα του, όπου σήμαινε συχνά την προοδευτική «πραγματοποίηση» εκείνου που υπήρχε προηγουμένως μόνο σαν δυνατότητα. Φαίνεται επίσης ότι έχει υπονοήσει, την ιδέα της ενέργειας με την έννοια της συσσωρευμένης δύναμης ή τη συσσώρευση της δύναμης. Η δύναμη, γι 'αυτόν, δεν ήταν μόνο η αιτία της κίνησης, αλλά και ο παράγοντας που καθορίζει τη διάρκεια ή την έκταση της κίνησης. Στα Φυσικά διατύπωσε τον θεμελιώδη νόμο της Αριστοτελικής δυναμικής.
Η σύγχρονη έννοια της ενέργειας, όπως δείχνει ο ορισμός, είναι μια γενίκευση της έννοιας του έργου στη μηχανική. Η έννοια του έργου μπορεί να ανιχνευθεί στην αρχή των Δυνατών μετατοπίσεων (virtual displacements) ή Δυνατών ταχυτήτων (virtual velocities), η οποία, με τη σειρά της, έχει την τελική της προέλευση στην Αριστοτελική δυναμική.
Παρά την οικουμενικότητα της, η γενική έννοια της ενέργειας ως βασική έννοια στην επιστήμη είναι ένα σχετικά πρόσφατο αποτέλεσμα μιας μακράς και περίπλοκης εννοιολογικής διαδικασίας.
Πριν από την ανάπτυξη της ατμομηχανής και την άνοδο της θερμοδυναμικής, η βιομηχανία είχε ελάχιστο ενδιαφέρον για ενεργειακούς υπολογισμούς: η Δύναμη, όχι η ολοκληρωμένη μορφή, υπολογιζόταν στη χρήση απλών μηχανημάτων. Επιπλέον, το κύριο αντικείμενο της θεωρητικής μηχανικής ήταν ακόμα η ουράνια δυναμική, όπου, και πάλι, η ενεργειακή απόδοση ήταν ελάχιστη. Αυτός είναι σίγουρα ένας από τους λόγους για τους οποίους η Principia του Isaac Newton δεν περιέχει ουσιαστικά καμία αναφορά στην έννοια της ενέργειας ή σε κάποια από τις εφαρμογές της.
Σύμφωνα με τον Ernst Mach, στο Die Mechanik in ihrer Entwicklung (Αγγλικά: The Science of Mechanics), η καθυστέρηση της ανάπτυξης της ενεργείας σε σύγκριση με εκείνη της γενικής μηχανικής προέκυψε από αυτό που ο ίδιος αποκάλεσε «μικρές ιστορικές συνθήκες», δηλαδή το γεγονός ότι στις έρευνες του Galileo για την ελεύθερη πτώση, η σχέση μεταξύ ταχύτητας και χρόνου καθιερώθηκε πριν από τη σχέση μεταξύ ταχύτητας και απόστασης, έτσι ώστε, οι έννοιες της ποσότητας κίνησης ή της ορμής και της δύναμης κέρδισαν προτεραιότητα και θεωρήθηκαν πιο θεμελιώδεις από την έννοια της ενέργειας, η οποία εμφανίστηκε ως συμπληρωματική ιδέα. Όποια και αν είναι η αιτία της ενεργειακής καθυστέρησης πίσω από τη Νευτώνεια μηχανική, είναι αδιαμφισβήτητο το γεγονός ότι η έννοια της ενέργειας έγινε θέμα συζήτησης πρώτα ανάμεσα στους φιλόσοφους και όχι ανάμεσα στους φυσικούς ή τους μηχανικούς.
POTENTIAL energy & KINETIC energy
1669-1686: Christiaan Huygens & Gottfried Leibniz: Vis viva = mv²
Αρχικά, ανάμεσα στις φιλοσοφικές συζητήσεις υπήρχε η διαμάχη μεταξύ των Καρτεσιανών (υποστηρικτές του René Descartes) και του Gottfried Wilhelm Leibniz για το αν το πραγματικό μέτρο της «δύναμης» (δηλαδή της ενέργειας) είναι η ορμή (το προϊόν της μάζας επί της ταχύτητας) ή η vis viva (όπως ορίστηκε από τον Leibniz, το προϊόν της μάζας επί του τετραγώνου της ταχύτητας).
Περίπου το 1640, ο Γάλλος μαθηματικός René Descartes αναρωτήθηκε σχετικά με το τι συμβαίνει όταν ένα σώμα, όπως μια συμπαγής σφαίρα, μάζας m και ταχύτητας v συγκρούεται με ένα άλλο σώμα διαφορετικής μάζας και ταχύτητας. Ο ίδιος κατέληξε στο συμπέρασμα ότι θα διατηρηθεί η ποσότητα mv (σήμερα αποκαλούμενη ορμή).
Ο Descartes υποστήριξε την αρχή της διατήρησης της κίνησης, όπου η ποσότητα του προϊόντος της μάζας ενός κινούμενου αντικειμένου με την ταχύτητά του, mv, διατηρείται σε μηχανικές αλληλεπιδράσεις. Ο συλλογισμός του Descartes, εντούτοις, ήταν εν μέρει μεταφυσικός και ως εκ τούτου δεν ήταν πειστικός.
Στη δεκαετία του 1660, ο Ολλανδός φυσικός Christiaan Huygens, συνεργάτης του René Descartes, πραγματοποίησε πολλά πειράματα σε συγκρουόμενες σφαίρες, μερικά από τα οποία παρουσιάστηκαν στη Royal Society στο Λονδίνο. Αυτό τον οδήγησε, το 1669, στο σωστό συμπέρασμα ότι η ποσότητα που διατηρείται σε σύγκρουση δεν είναι mv αλλά mv².
Ο Γερμανός μαθηματικός Gottfried Leibniz, σε "Μια σύντομη επίδειξη ενός αξιοσημείωτου σφάλματος του Descartes" («Brevis Demonstratio Erroris Memorabilis Cartesii», στο Acta Eruditorum, 1689) αντιτάχθηκε στην άποψη του René Descartes.
Ο Gottfried Leibniz εφάρμοσε το όνομα «vis viva» για την ποσότητα του Huygens, mv², και υποστήριξε την αρχή της διατήρησης της vis viva.
Vis viva = mv²
Στην επιστήμη, ο όρος «vis viva», που ορίζεται στα Λατινικά ως «living force», πρόκειται για πρόδρομη της κινητικής ενέργειας. Σε αντίθεση με το «vis mortua (dead force)» που λέγεται ότι υπήρξε πρόδρομο της δυναμικής ενέργειας.
1807: Thomas Young: Energy: E = mv²
Ο Άγγλος Thomas Young ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε τον όρο «Energy»,αντί για το «vis viva», με τη σύγχρονη έννοια.
Σε ένα μάθημα διαλέξεων στο Λονδίνο το 1807, για τη φυσική φιλοσοφία (Natural Philosophy), ο Thomas Young, αν και οπαδός του Καρτεσιανού μέτρου δύναμης, παραδέχτηκε ότι «σε όλες σχεδόν τις περιπτώσεις των δυνάμεων που χρησιμοποιούνται στην πρακτική μηχανική, το έργο που δαπανάται για την παραγωγή οποιασδήποτε κίνησης, είναι ανάλογο όχι με την ορμή, αλλά με την ενέργεια (energy) που αποκτάται». Αλλά χρειάστηκαν άλλα πενήντα χρόνια μέχρις ότου ο όρος ενέργεια (energy), με την σημερινή του έννοια, να αποκτήσει πλήρη υπηκοότητα στο λεξιλόγιο των φυσικών επιστημών.
1829:Gustave-Gaspard Coriolis περιγράφει την «kinetic energy» με τη σύγχρονη έννοια της
Οι όροι «kinetic energy» και «work» με τις σημερινές επιστημονικές έννοιές τους χρονολογούνται από τα μέσα του δέκατου ένατου αιώνα. Η πρώιμη κατανόηση αυτών των ιδεών μπορούν να αποδοθούν στον Gaspard-Gustave Coriolis, ο οποίος δημοσίευσε το 1829 ένα άρθρο με τίτλο «Du Calcul de l'Effet des Machines», όπου περιέγραφε με μαθηματικά την κινητική ενέργεια. Γύρω στο 1849-1851, ο William Thomson, αργότερα Λόρδος Kelvin, έλαβε τα εύσημα για την επινόηση του όρου «kinetic energy».
*Το επίθετο «kinetic» έχει τις ρίζες του στην ελληνική λέξη «κίνηση < αρχαία ελληνική κίνησις».
1853: William Rankine: POTENTIAL energy & ACTUAL energy
Σε μια σειρά από άρθρα του, από το 1852 μέχρι το 1855, ο Άγγλος William Rankin, πρότεινε του όρους «Potential(=Δυνητική) energy (σημερινή Δυναμική ενέργεια)» και «Actual(=Πραγματική) energy (σημερινή Κινητική ενέργεια)», εμπνευσμένος από τον Αριστοτέλη.
Ο Rankine αναφερόμενος στον Αριστοτέλη ως μηχανικό, είχε δηλώσει το εξής:
Το βήμα που έκανα το 1853, να διακρίνω την «Actual Energy» από την «Potential Energy», όχι μόνο στη κίνηση και τη μηχανική δύναμη, αλλά σε όλα τα είδη φυσικών φαινομένων, την εμπνεύστηκα, νομίζω, από τον Αριστοτέλη και τη χρήση των λέξεων Δύναμις και Ενέργεια".
Πολλοί θεώρησαν ότι οι όροι actual(=Πραγματική) και potential(=Δυνητική) δημιουργούν τη λαθεμένη αντίληψη ότι η κινητική ενέργεια είναι πραγματική (actual) ενέργεια και η potential(=δυνητική) energy είναι ενέργεια που έχει τη δυνατότητα να γίνει πραγματική ενέργεια. Η ενέργεια είναι ενέργεια. Καμία μορφή ενέργειας δεν είναι περισσότερο ή λιγότερο «πραγματική» από οποιαδήποτε άλλη. Η Δυναμική ενέργεια είναι απλά αποθηκευμένη. Αν δεν ήταν εκεί, και εμφανιζόταν μετά, τότε θα είχαμε δημιουργία ενέργειας. Και όπως όλοι γνωρίζουμε, δεν μπορούμε να δημιουργήσουμε ενέργεια. Είναι ο 1ος νόμος της θερμοδυναμικής, επίσης γνωστός ως νόμος διατήρησης της ενέργειας, ο οποίος είναι όχι μόνο πραγματικός, αλλά και απαράβατος νόμος της φυσικής. Η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί και δεν μπορεί να καταστραφεί. Η ποσότητα Ενέργειας στο σύμπαν είναι σταθερή και αφού τα πάντα είναι ενέργεια, η ποσότητα όλων στο σύμπαν είναι σταθερή.
Ο William Rankine δέχθηκε κριτική για την επιλογή των ονομάτων. Ο προσδιορισμός «potential energy» απορρίφθηκε από τον John FW Herschel («On the Origin of Force», στο «Fortnightly Review and Familiar Lectures», 1857) ως «ατυχής», ότι είναι πολύ συνηθισμένο όνομα για μια τέτοια «μεγάλη αλήθεια».
Ο William Rankine υπερασπίστηκε και συζήτησε του λόγους που εισήγαγε τους όρους. Συγκεκριμένα, πάνω στη λογική του Άγγλου φυσικού Thomas Young που εισήγαγε τον όρο ενέργεια το 1807, ο Rankine δήλωσε ότι:
«Μου φάνηκε, ότι αυτό που απέμεινε να γίνει ήταν να χαρακτηριστεί το ουσιαστικό «ενέργεια» με τα κατάλληλα επίθετα, έτσι ώστε να γίνει διάκριση των ενεργειών. Το γνωστό ζεύγος αντίθετων προσδιορισμών «actual = εν ενεργεία» και «potential = εν δυνάμει», φαινόταν κατάλληλο για αυτόν τον σκοπό, και ως εκ τούτου πρότεινα τις φράσεις «actual energy =εν ενεργεία ενέργεια» και «potential energy =εν δυνάμει ενέργεια».»
Ο Rankine είχε αναφέρει ότι ενθαρρύνθηκε να διατηρήσει τη χρήση αυτών των φράσεων λόγω της άμεσης έγκρισής τους από τον Σκωτσέζο φυσικό William Thomson και τον καθηγητή Baden Powell.
1856: William Thomson: STATICAL energy & DYNAMICAL energy
Ο William Thomson, (αργότερα λόρδος Kelvin), πρότεινε τη διάκριση της ενέργειας σε STATICAL energy και DYNAMICAL energy, αλλά στήριξε και τις ονομασίες του W. Rankine.
Σε μια ομιλία ενώπιον του Βασιλικού Ιδρύματος το 1856, ο William Thomson (Lord Kelvin) ξεχώρισε προσεκτικά τη σημασία της Νευτώνειας έννοιας της δύναμης από αυτό που ονομάζεται «ενέργεια (energy)». Ο όρος «ενέργεια», εκτός από την πρώιμη χρήση της από τον Bernoulli και τον Young, είχε χρησιμοποιηθεί ήδη τρία χρόνια νωρίτερα από τον William Rankine στο «On the General Law of the Transformation of Energy» (Philosophical Magazine, σειρά 4, 5 [1853]: 106), αλλά μόνο η εφαρμογή του Thomson οδήγησε στην καθολική αποδοχή της. "Οποιαδήποτε κομμάτι ύλης ή οποιαδήποτε ομάδα σώματος, όπως και αν είναι συνδεδεμένη, η οποία είτε κινείται είτε μπορεί να τεθεί σε κίνηση χωρίς εξωτερική βοήθεια, έχει αυτό που ονομάζεται μηχανική ενέργεια (mechanical energy). Η ενέργεια (energy) της κίνησης μπορεί να ονομαστεί είτε «dynamical energy» είτε «actual energy». Η ενέργεια ενός υλικού συστήματος σε κατάσταση ηρεμίας, που μπορεί δυνάμει να κινηθεί, ονομάζεται «potential energy» (On the Origin and Transformation of Motive Power, 1856).
Τελική πρόταση: POTENTIAL energy & KINETIC energy
Ο όρος «kinetic energy» χρησιμοποιήθηκε τελικά από τους William Thomson (Λόρδο Kelvin) και Peter Guthrie Tait, σε ένα άρθρο στο περιοδικό Good Words, ένα περιοδικό με μεγάλο θρησκευτικό αναγνωστικό κοινό. Ο Thomson ενσωμάτωσε αρκετά αποσπάσματα του Βασιλέως Ιακώβου (King James Version) της Βίβλου.
Το 1871, ο James Maxwell παραθέτει ότι ο William Thomson και ο Peter Tait εισήγαγαν την «kinetic energy».
Για την ετυμολογία του όρου «kinetic energy», ο G.C. Foster σχολίασε για το θέμα (1863):
«Οι αγγλικές εκφράσεις «dynamical energy» και «statical energy» χρησιμοποιήθηκαν από τον καθηγητή W. Thomson (Phil. Mag., 4, σελ. 304, 1852), οι οποίες στη συνέχεια εγκαταλείφθηκαν από αυτόν υπέρ των όρων «actual energy» και «potential energy» που εισήγαγε ο καθηγητής Rankine. Πρόσφατα (Good Words, October 1862) οι Καθηγητές Thomson και Tait χρησιμοποίησαν τον όρο «kinetic energy» αντί του «actual energy».
Ο Thomson, εκ των υστέρων, δήλωσε σχετικά με το θέμα το 1882:
«Η ονομασία «kinetic energy», που έδωσα μεταγενέστερα, ως φαινομενικά προτιμότερη από την «actual energy», έχει γενικά υιοθετηθεί, αλλά η ονομασία του Rankine «potential energy» παραμένει μέχρι σήμερα και χρησιμοποιείται παγκοσμίως για τον προσδιορισμό της ενέργειας του στατικού είδους».
Το 1893, σε μια υποσημείωση σε μια ανατύπωση της διάλεξης του 1856 (στις Popular Lectures and Addresses, London, 1894, Vol. II), ο Thomson έγραψε: «Λίγο μετά την ημερομηνία αυτής της διάλεξης έδωσα το όνομα «kinetic energy» που τώρα είναι ευρέως χρησιμοποιούμενο, αντικαθιστά την «actual» και τη «dynamical»».
Οι δύο αυτοί όροι «Potential energy» και «Kinetic energy» τελικά κυριάρχησαν.
Ελληνική λέξη για τον όρο Potential Energy
Για τον όρο Potential Energy, σε όλες τις γλώσσες εκτός από την ελληνική, χρησιμοποιείται ο όρος, παράγωγο λατινικής καταγωγής, potential . Στην ελληνική γλώσσα έχει επικρατήσει ο όρος «Δυναμική» Ενέργεια. Πρέπει να κατανοούμε ότι παρά την προκλητική ομοιότητα των λέξεων το σημασιολογικό περιεχόμενο της ενέργειας που χαρακτηρίζεται ως «ΔΥΝΑΜΙΚΗ», δεν έχει καμία σχέση με την αεροδυναμική, την υδροδυναμική, τη θερμοδυναμική, την ηλεκτροδυναμική, κλάδων, δηλαδή της Φυσικής που έχουν κάποιο «δυναμικό» χαρακτήρα (ετυμολογικό παράγωγο του dynamic), ούτε και με τη «δυναμική» ισορροπία που χρησιμοποιεί η Χημεία.
Για την έννοια Δύναμη, για την έννοια Δυναμική Ενέργεια και για τη Δυναμική ως κλάδο της Μηχανικής, στα ελληνικά χρησιμοποιούμε λέξεις που έχουν την ίδια ακριβώς ετυμολογική ρίζα, γεγονός που μπορεί να δημιουργήσει σύγχυση. Σε όλες τις άλλες γλώσσες και οι τρεις ρίζες των αντίστοιχων όρων είναι διαφορετικές. Στα αγγλικά, για παράδειγμα, χρησιμοποιούνται οι όροι: Force, Potential energy και Dynamics.
- Ο ελληνικής καταγωγής αγγλικός όρος Energy διατηρείται, με την ίδια ετυμολογική ρίζα σε όλες τις γλώσσες.
- Ο ελληνικής καταγωγής αγγλικός όρος Dynamics διατηρείται, με την ίδια ετυμολογική ρίζα σε όλες τις γλώσσες.
- Ο λατινικής καταγωγής αγγλικός όρος Potencial διατηρείται με την ίδια ετυμολογική ρίζα σε όλες τις γλώσσες, εκτός από την ελληνική.
- Σχετικά με την έννοια την οποία στη γλώσσα μας αποδίδουμε με το «Δύναμη», οι όροι που χρησιμοποιούνται από τη Φυσική, στις διάφορες γλώσσες, ετυμολογικά ποικίλλουν.
"To understand a science it is necessary to know its history."
August Comte, 1798–1857
