张星元：爬楼梯，吃东西，有问题，不拘泥

        热力学第一定律指出：“能量既不能创生又不能消灭——只能从一种形式转变成另一种形式。”这是一个难懂的概念。从宏观的角度来看，当我们爬楼梯或者蹬自行车的时候，能量似乎被我们“创生”了；当我们吃东西的时候，能量似乎被我们“消灭”了。
       热力学第一定律能解释中学生提出的这个问题吗？这是我当年做中学生时提出的问题，老师没有为我作答，我学习并思考了几十年，现在试着来回答。

1. 我们的身体通过代谢产生的能量是相当可观的
        爬楼梯和吃东西这两件几乎天天要做的平常事，与代谢有不解之缘。
        人在生物学上属于温血动物，换句话说，人之所以能够保持恒定的体温，是因为人体在代谢中能把食品中的能量的“一部分”转换成热能散发。处于静止状态的人体能够散发如同点一个100瓦灯泡那样多的热能。打个比方，一个集会场所容纳了十万观众，即使他们都不走动，他们的身体散发出的热量就达一万千瓦，如果可以回收利用的话，这么大的功率足以驱动行车速度每小时300公里以上的一列高速列车！请注意，仅仅是其中“一部分”（以发热的形式耗散的不能被人体细胞回收利用的能量）就能有这么大的威力！
        我们的身体通过代谢产生的总能量是相当可观的。
2. 细胞确实能通过代谢回收（或转换）分子中的潜在能量
        小心不要只见芝麻忘了西瓜。尽管总能量中的这“一部分”能量以发热的形式耗散掉，然而，细胞确实能通过代谢回收（或转换）食物分子中的大部分潜在能量。
         “代谢”一词来自希腊语，意思是“改变”，这里是指食物分子在体内的转换。“代谢”涉及分子从一个形式到另一个形式的转换，并伴随着能量形式的转变、能量的转移，以及能量的利用、储备和耗散。活细胞中，降解分子的过程称为分解代谢，即所谓“向下改变”，建立分子的过程称为合成代谢，即所谓“向上改变”。在分解代谢的过程中，部分能量以发热（不能被人体细胞回收利用的热能）的方式耗散，然而，大部分的能量是以有用的形式回收的。
3.代谢能和能量货币
        细胞通过代谢而产生的、可以回收而用来支持生命活动的这类能量，叫做代谢能（metabolic energy）。代谢能通常以ATP（磷酸腺嘌呤三核苷酸）为代表，有人把它叫做“能量货币”，这种特殊的“货币”只能在生物活体中流通和使用，直接支持生命活动。
        生命体（如动物、植物、微生物）的生命活动，只能由代谢能直接支撑。其他形式的能量，如机械能（势能和动能）、电能、热能、风能，水能，原子能等等不能支撑生命活动；化学能或光能有可能借助于生命体的代谢先被转化为代谢能而间接地支撑生命活动，代谢过程中能量从一种形色转化到另一种形色时，就会有能量耗散，散热会使能量利用率下降。
4.吃东西故然不能消灭能量，爬楼梯也不会使能量创生
        当我们爬楼梯或者蹬自行车的时候，我们吃下去的食物被氧化降解，此过程中释放的分子潜能（化学能）被转化成代谢能（能量货币ATP），后者为人腿肌肉收缩提供了可以直接利用的能量，我们才能够爬楼梯或者蹬自行车。在此过程中，食物分子中的“一部分”潜能以热的形式耗散了。
        本文一开始说，从宏观的角度来看，当我们爬楼梯或者蹬自行车的时候，能量似乎被我们“创生”了，实际上，爬楼梯或者蹬自行车的能量（机械能）是从食物中潜藏的化学能转换（化学能→代谢能→机械能）过来的。从宏观的角度来看，爬楼梯或者蹬自行车的过程中，人体比平时散发更多的热量，这就是实现这些能量形式的转换的代价。
       由此得到结论：“能量既不能创生又不能消灭——只能从一种形式转变成另一种形式。”还应该作一点补充：能量在转化中有耗散。

       这个回答能够及格吗？

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