什么是能量呢？傳統(tǒng)物理學(xué)沒(méi)有給出明確的定義。能量應(yīng)該是物理理論的原始概念，由于沒(méi)有在理論發(fā)展的初始階段引入勢(shì)能與能量這樣的概念，因而在以后的理論發(fā)展中出現(xiàn)了很多問(wèn)題，譬如說(shuō)，在熱力學(xué)理論中沒(méi)有建立熱勢(shì)能的概念，反而錯(cuò)誤地引入了內(nèi)能這個(gè)概念。

我們所認(rèn)識(shí)的系統(tǒng)之間可以相互影響，當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)變化時(shí)，另外一個(gè)受影響的系統(tǒng)隨之變化。定義物質(zhì)系統(tǒng)的某種狀態(tài)為勢(shì)能，勢(shì)能的變化量就是能量。

從某種意義上說(shuō)，不存在絕對(duì)的狀態(tài)參量，因?yàn)槲覀冎荒芡ㄟ^(guò)系統(tǒng)之間的相互作用而獲得對(duì)狀態(tài)參量的認(rèn)識(shí)，但是只要系統(tǒng)的變化足夠小，就可以認(rèn)為能獲知具有實(shí)際意義的狀態(tài)參量。

有些系統(tǒng)是不穩(wěn)定的，表現(xiàn)為系統(tǒng)的狀態(tài)會(huì)必然地發(fā)生變化，并與其他系統(tǒng)之間交換能量。而有的系統(tǒng)是穩(wěn)定的，只有滿足一定的條件，這些系統(tǒng)的狀態(tài)才能發(fā)生變化。

由于非穩(wěn)定的系統(tǒng)必然與其他系統(tǒng)相互作用而耗散能量，所以要維持這樣的非穩(wěn)定系統(tǒng)的狀態(tài)必須要有另外的系統(tǒng)提供能量，從而抵消該系統(tǒng)耗散的能量。譬如，直升機(jī)懸停在空中，這一系統(tǒng)狀態(tài)是非穩(wěn)定的，直升機(jī)會(huì)必然地要下降而耗散重力能量，想要維持直升機(jī)的懸停狀態(tài)，必須要有其他系統(tǒng)提供另外形式的能量以抵消耗散的重力能量。

穩(wěn)定的系統(tǒng)是必須要滿足一定條件的，譬如，衛(wèi)星環(huán)繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)就是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的系統(tǒng)狀態(tài)，這是需要滿足一定條件的。

系統(tǒng)空間勢(shì)能是最簡(jiǎn)單而直觀的一種狀態(tài)，即當(dāng)系統(tǒng)的空間大小發(fā)生變化時(shí)，不同的系統(tǒng)之間會(huì)相互影響。所以可以簡(jiǎn)單引入空間勢(shì)能這個(gè)概念。設(shè)空間勢(shì)能為U，空間的大小為X，則可以直觀地定義全勢(shì)能為

U＝FX

這一定義是主觀的，經(jīng)驗(yàn)性的。我們也可以選擇其它各種形式的空間勢(shì)能定義，但可能太復(fù)雜而難以分析處理實(shí)際問(wèn)題。即使這樣的簡(jiǎn)單定義，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)而言，分析難度依然是很大的。這一定義具有線性的特點(diǎn)，即只要F與X其中一個(gè)參量不變，那么空間勢(shì)能就具有線性可加性。一個(gè)線性的定義對(duì)于計(jì)量是有重要意義的，非線性的定義是很難計(jì)量的，所以基本物理學(xué)定義都應(yīng)該滿足線性的要求。即使這樣，還需要找到一個(gè)現(xiàn)實(shí)的理想空間勢(shì)能系統(tǒng)作為計(jì)量基準(zhǔn)，很幸運(yùn)的是，我們找到了一個(gè)近似的理想空間勢(shì)能系統(tǒng)，這就是重力系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變化不大時(shí)，重力系統(tǒng)可以看作是一個(gè)理想空間勢(shì)能系統(tǒng)。這也是一般系統(tǒng)線性化的處理方法，事實(shí)上不存在絕對(duì)的線性系統(tǒng)，但只要系統(tǒng)的狀態(tài)變化足夠小，就可以做線性化近似處理。對(duì)重力系統(tǒng)的選擇與認(rèn)識(shí)是經(jīng)驗(yàn)性的。

定義，當(dāng)X變化時(shí)而F不變，則該系統(tǒng)為理想空間勢(shì)能系統(tǒng)。

系統(tǒng)的空間勢(shì)能差即為空間能量?？梢源_定空間能量ΔU為

ΔU＝FΔX＋XΔF

其中的FΔX為空間的相對(duì)能量，這就是所謂的“功”，而XΔF 為空間的絕對(duì)能量，可以根據(jù)不同的系統(tǒng)給與空間絕對(duì)能量定義。很顯然，系統(tǒng)空間勢(shì)能的變化不一定等于系統(tǒng)的功FΔX。只有理想空間系統(tǒng)的空間勢(shì)能變化才等于該系統(tǒng)獲得的功。而在傳統(tǒng)物理學(xué)中，把系統(tǒng)獲得的功等效于系統(tǒng)的空間能量，這是不正確的。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高而體積不變，這個(gè)系統(tǒng)的空間勢(shì)能必定增加，即F是在變化的，而從傳統(tǒng)物理學(xué)來(lái)看，這個(gè)系統(tǒng)的空間勢(shì)能是沒(méi)有變化的，這顯然是不正確的。

空間的大小發(fā)生變化而產(chǎn)生能量作用，這是取名空間的相對(duì)能量之意義。空間的大小沒(méi)有變化而同樣存在能量作用，這是取名空間的絕對(duì)能量之意義。

注意到作用力與位移都是矢量，所以全勢(shì)能更合理的定義為

U＝F·X

上式中的F與X都是矢量，即空間勢(shì)能是F與X之標(biāo)積。其中的F是所謂的作用力。則系統(tǒng)總的空間勢(shì)能變化之矢量表達(dá)式為

ΔU＝F·ΔX＋X·ΔF

傳統(tǒng)物理學(xué)認(rèn)為，彈性勢(shì)能為

由此可見(jiàn)引入空間絕對(duì)能量與空間相對(duì)能量的意義，在一個(gè)變力作用系統(tǒng)中，必定存在空間絕對(duì)能量交換作用。

不同系統(tǒng)間的作用是不同的，我們所期望的結(jié)果也是不同的。在有的系統(tǒng)作用中，我們可能期望獲得比較大的空間相對(duì)能量的交換，譬如電機(jī)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)；而在有的系統(tǒng)作用中，我們可能期望獲得比較大的空間絕對(duì)能量的交換，譬如加熱煮熟食物。因此在不同的系統(tǒng)作用中，須要考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便獲得最大的期望效率。譬如說(shuō)，在機(jī)械驅(qū)動(dòng)中，穩(wěn)恒作用力可以獲得最大的相對(duì)空間能量交換效率，如果作用力是大幅變化的，則一部分能量會(huì)以絕對(duì)空間能量的形式交換，從而降低了期望的動(dòng)力作用效應(yīng)。如下圖所示，當(dāng)工作在線性區(qū)域時(shí)，動(dòng)力作用效應(yīng)才有比較高的效率。

全勢(shì)能增量包含空間相對(duì)能量與空間絕對(duì)能量，信息流是空間絕對(duì)勢(shì)能增量，為時(shí)間域能量流，為靜力效應(yīng)，空間相對(duì)勢(shì)能增量為空間域能量流，為動(dòng)力效應(yīng)。

空間相對(duì)勢(shì)能梯度轉(zhuǎn)化為空間絕對(duì)勢(shì)能增量，即為信息流。譬如說(shuō)，溫度梯度作用下形成熱流，即為信息流。