结构能

结构能

本页定义并阐述“新物理架构”中的结构能（Structural Energy）：把组成某物质体的最小粒子从无穷远处聚集并组装成该物质体所需的最小能量。

一、基本定义

定义（S1）：

对由最小基本粒子（单元正电荷、单元负电荷）以给定数量与结构组合而成的目标物体，其结构能 $U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$ 定义为将全部最小粒子自无穷远处（相互作用能为零）搬运、聚集、并完成既定几何架构所需的最小外供能。

最小组合体：

对于光子（一正一负的最小稳定组合体），其 $U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$ 描述了偶极结合所需的最小能量尺度。

二、基本性质

• 构型依赖：$U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$ 依赖于粒子数目、空间分布与相互作用（主要为电磁相互作用）的路径与终态几何。
• 非负性（路径最小）：在最小功路径定义下，$U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}\ge 0$。
• 可加与组合增量：组合体的结构能由组分结构能与新增相互作用能（含势能项）共同决定。
• 与稳定性相关：较低 $U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$ 的构型在外扰较小时更稳定（与电偶极子理论的取向项耦合）。

三、组合守恒与能量收支

组合守恒式（C1）：

$U_{\mathrm{t}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{a}\mathrm{l}}=\sum _i{U}_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r},i}+U_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{t}},$ 其中 $U_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{t}}$ 为组分在目标构型下的新增相互作用能（含等效势能项）。

动稳转换（C2）：

$\mathrm{\Delta }{U}_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}+\mathrm{\Delta }T+\mathrm{\Delta }V\approx 0,$ 表示在组合/解构过程中，结构能与动能/势能发生相互转化（参见 结构能与能量体系）。

四、与势能的关系

• 将两个物体从相距无穷远移至距离 $r$ 的过程中，外界对系统所做的最小功可记为等效势能的变化。
• 在完全“成形”的稳定组合体中，这部分可转入并记录为该组合体的结构能份额。

二体偶极近似（示意）：

$U_{\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{p}}(r,\theta )\sim -k_d\frac{p_1{p}_2(1-3{\cos }^2\theta )}{r^3},$ 体现了电偶极子理论中取向（$\theta$）与距离的依赖性。

五、典型公式与记号

量	含义	说明
$U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$	结构能	由聚集与定形所需最小功定义
$U_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{t}}$	新增相互作用能	组合后出现的电磁相互作用贡献
$T$	动能	自转/平动/轨道动能
$V$	势能	等效势能项（电磁主导）

六、示例

6.1 光子（最小组合体）

一正一负单元电荷由无穷远聚集，形成光子（最小电偶极子）。其结构能等效地记录了偶极耦合所需的最小能量尺度；取向变化对应 $U_{\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{p}}$ 的微扰。

6.2 二体系统（等效电偶极子）

两个等效电偶极子由稀疏态（远距/无序）聚集为有序绑定态，体系的势能降低；在稳定成形后，可视为组合体结构能的增加份额。

6.3 光子堆/准光子堆

等量正负电荷的层级组合（光子堆、准光子堆）在统计中性条件下形成宏观稳定体；其 $U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$ 由层级内的多体耦合累加与几何构型共同决定。

七、与光、热、颜色的联系（要点）

• 发光体释放光子时，赋予光子的能量可来自微观结构能的部分转化；
• 颜色可理解为不同能量光子与生物感光体相互作用的结果（参见 结构能与能量体系、光子）。

八、可检验性（判据草案）

• P1 能谱—稳定域判据： 对不同电荷配比与几何构型的组合体进行能谱统计，检验稳定域与 $U_{\mathrm{s}\mathrm{t}\mathrm{r}}$ 的相关。
• P2 取向—能量指纹： 测量宏观等效偶极样品在外场取向变化下的能量/功率差，拟合 $U_{\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{p}}(r,\theta )$ 的方向项。
• P3 组合能收支： 在可控组装—解构过程中，验证（C1）（C2）的能量平衡关系。

九、与其他条目的关系

结构能与能量体系 · 光子 · 光子堆 · 等效电偶极子 · 电偶极子理论 · 万有电磁引力

十、版本与备注

版本：1.0

说明：本页以“最小基本粒子 + 组合规则”的视角给出结构能的定义与守恒表达，并通过偶极模型连接到宏观稳定性与可检验性。