如何解釋物質的能量越低，越穩定這件事（最好從物理或化學的角度解釋）？

01-06

如子乾的答案所說，如果「穩定」指的就是「穩定平衡」的話，那麼由於亞穩態的存在，題主的說法並不對。不過，如果說把穩定理解成「在任意時刻，離開當前狀態的概率較低」，那麼某種程度上題主說的是對的。而且，既然是「從物理或化學的角度解釋」，我們就不妨從「物理化學」的角度考慮這一說法。嚴格一點說，「能量越低，越穩定」要想普遍成立，需要理解成在正則系綜中體系的兩個能量不同的狀態，從低能態向高能態躍遷的概率，總是小於從高能態向低能態躍遷的概率。這樣，假如系統只有兩個能態，很顯然高能態的「壽命」就比低能態的「壽命」短。對於多能級、高簡併度體系，雖然不一定存在高能態的「壽命」就比低能態的「壽命」短這回事，但是對於任意兩個態，考察它們之間的相互躍遷的概率，仍然是「從低能態向高能態躍遷的概率，總是小於從高能態向低能態躍遷的概率」。

如何解釋呢？這來源於「細緻平衡(detailed balance)」原理：達到平衡態時，任意兩個能態也達到平衡。細緻平衡原理是平衡態熱力學的推論。不過很神奇的是，細緻平衡原理推導出了躍遷概率之間的關係，而這個關係是一個動力學的(kinetic，或「動理學」)關係，原則上它只和這兩個能態之間的耦合性質以及熱源的溫度等有關，是普適的，不需要體系在宏觀上達到平衡態。（當然了，再考慮詳細一點你會發現兩個能態之間的耦合雖然看起只是「體系」的性質，但實際上和熱源的性質密不可分，所以「細緻平衡(detailed balance)」原理要成立，熱源也必須沒有記憶性——扯遠了）愛因斯坦正是利用了細緻平衡原理，才在量子力學完全建立之前就預言了受激輻射，從而為「激光」這一典型的非平衡態過程的實現提供了最初的思想來源。

按照以上方式理解的「能量越低，越穩定」的還一個重要應用，就是Metropolis Monte Carlo。Monte Carlo雖然是一座城市的名字，Metropolis卻是一個人名。Monte Carlo方法有多種，而Metropolis的方法，就是嚴格按照細緻平衡原理，來決定是否接受隨機生成的下一個狀態：隨機狀態的能量越高，接受的概率就越低。假如隨機狀態的能量小於當前狀態的能量，就100%接受。考慮到這個世界本質上還是量子的、隨機的，而日常生活中沒有記憶性的熱源幾乎是最常見的，那麼「能量越低，越穩定」，的確幾乎總是時時在發生的。

這個問題涉及到的範圍其實很大，我嘗試著從簡單的力學角度解釋這件事。

在解釋之前，有必要說一下擾動。實際中任何系統都會存在著或大或小的外界擾動，如果考慮不存在擾動的理想模型，那麼這個問題在很多情況下就不成立了。

首先考慮這樣一個例子，如下圖所示。

根據經驗，我們知道紅色小球的重力勢能比黑色小球低，紅色小球也比黑色小球更穩定。那麼，什麼叫做穩定呢？穩定，就是不容易變化，或者說對外界干擾的抵抗能力比較強。所以這裡還是得需要外界干擾。從物理角度說，系統處於平衡態，外界給系統一個微小干擾是系統稍微的脫離平衡態，如果此時系統的趨勢是恢復到平衡態，那麼這個系統就叫做「穩定」，如上圖紅色小球；如果系統的趨勢是使得自己更加遠離平衡態，那麼系統就叫做「不平衡」。具體分析上圖，這個「趨勢」是由小球受到力驅動的。當小球處在最高或者最低位置時，其實都是平衡的。但是一旦遠離平衡態：

差別就出現了：紅色小球受到的合力指向平衡時的位置，而黑色小球的合力指向遠離平衡時的位置。

以上是直觀的解釋，接下來從數學的角度看一下。

力與能量的關係： $F=-frac{dE}{dx}$ 。

若系統沿著參數 $x$ 發生了變化，能量 $E$ 若是增加了，那麼受到的合力 $F$ 就是負的，也就是與 $x$ 的變化方向相反，因此就使得系統有恢復到平衡態的趨勢；而相反的，如果能量減小了，則合力與 $x$ 變化方向相同，只會使得系統越來越遠離平衡位置。

而實際的物理系統都是比較複雜的，系統的能量往往和多個參數有關， $E(x_{1},x_{2},...,x_{n})$ 。考慮極限情況，如果系統處於能量最低的狀態，那麼無論受到什麼擾動系統發生變化後，能量只能增加，根據上面的分析可以知道此時受到的力一定是指向平衡位置的，那麼此時系統就是最穩定的狀態。當然一般來說系統會存在很多亞穩態：

當處於亞穩態的時候，如果擾動很微小的話也是能很好的抵抗干擾了。這個就得需要具體分析了。

因此，系統所處的能量越低，那麼系統就會越穩定。

當然從化學或者其它學科角度分析也是類似，但是具體情況我就不清楚了，歡迎其它大神補充!

從統計說是，能量低，配分函數大，觀測到的概率更高，所以更穩定

因為：

1. 能量是守恆量一切物理系統的能量（能譜）都有下界

2. 環境幾乎處在基態上

你當然可以把所有的能量重新定義取個負號得到相反的結論。所以要回答這個問題，追根溯源應該是回到物理系統的運動方程和能量的聯繫上面來。

根源上說，這是因為哈密頓正則方程里廣義動量的演化由哈密頓量對廣義坐標的微分決定，我們說物理體系存在所謂勢能項，其實質是在說哈密頓量（從而拉格朗日量）中純粹由廣義坐標決定的那部分。而廣義動量對時間的一階微分和哈密頓量對廣義坐標的偏微分反號，從而哈密頓正則方程給出的是一個負反饋系統，所以這一點必然導致系統向著保守項減小的方向演化。如果勢能項有下界，那當然是演化到最低點的時候是最穩定的。但比如線性勢（例如無限均勻電場或者無限均勻引力場）沒有下界，所以雖然體系仍然向著勢能低點演化，但未必存在穩定點，所以能量越低的位置可能反而在字面上越「不穩定」。另一個例子是單個點電荷的庫侖勢，自由電荷雖然在庫侖勢中向著低電勢能的方向演化，但是這時候受到電場作用從而加速運動的點電荷是否可以稱為越來越「穩定」變成了一個語義上很微妙的問題。所以本問題真正能夠解釋到的，應該僅僅局限於"什麼物理系統始終向著低能量的位形演化」這個問題上。回答也到這裡就夠了。

進一步如果問，為什麼哈密頓正則方程是普適成立的，那就是問為什麼歐拉拉格朗日方程是普適成立的，那最終的答案就回到最小作用量原理上面來。所以「系統傾向於往能量低的位形演化」這句話的根源就是最小作用量原理下,運動方程在由時間平移不變性所對應守恆量（Noether定理）中保守項的梯度所表示時必須滿足的條件。因此這一結論是第一性的，貫穿了從經典力學到量子場論，從單體系統到多體系統的整個理論物理體系。

其實我一直好奇這個問題跳出物理和化學之外的解釋。當然，這個想法挺不成熟，如果有懂得歡迎賜教。

當年先學的有機和物理化學。後來學西方哲學史的時候，當聽到老師講亞里士多德的四因說的時候。突然在想，我們討論反應的方向時，總是說反應是為了追求更低的能量，這是不是受了亞里士多德所說的「目的因」的影響？就是一個事物的變化是朝著它終極目的發生的。在這裡就是反應要朝著降低能量的方向。

其實仔細想想，到底是很多化學和物理學從業者習慣用目的因來解釋一個反應，還是反應本身確實就是依照目的因的規律發生呢？如果是後者，這個事情聽起來就很唯心主義了。如果是前者，我們是不是在試著從一個唯心主義的角度來探討一個科學問題？

對於G定義為U-TS+pV有dG=-RTlnK

所以U越低的系統隨機產生大於1的K的可能性越小

首先要說的是，這個問題要在可互相比較的兩個系統或者狀態之間。

能量，表徵了系統對外做功的能力。

穩定，是系統維持當前狀態的能力。

能量越高，對外做功的能力越強（可比較的情況下）。舉個栗子：高能級的電子可以向下躍遷，釋放出光子對外做功，而基態的電子無法向下躍遷，也無法對外做功。

系統對外做功，自身狀態就會改變，就不再穩定。

所以，能量高的狀態更不穩定啊。

首先應該先具體說明是什麼「能量」，以及是宏觀體系還是微觀體系。對微觀體系而言，如果是內能，那麼並不一定內能越低系統越穩定，因為還有熵的影響。假如現在有兩個勢能井，一個寬而淺，一個深而窄，其實你沒法直觀判斷誰更「穩定」。

如果「能量」指自由能，那麼確實自由能越低系統越穩定。一種解釋是因為力是能量（可以是勢能或者自由能）的負梯度，所以系統有沿著梯度向「下」移動的趨勢，自然能量越低越穩定。但是這個解釋也許等於沒解釋，因為你還會好奇為啥力一定是能量的負梯度。另一個（也許更好）的解釋是能量越低，體系能做功（具體什麼功是由什麼能決定的）的空間就越小，產生自發的改變的空間就越小。

歡迎指正：）

如果題主指的是熱力學，那麼並不是能量越低越穩定哦，不然我們就不用那麼費力去冷卻原子來觀察玻色愛因斯坦凝聚（BEC）了

事實上統計力學/熱力學中使用自由能取最小值來衡量體系是否達到平衡

（匿

你可以把能量比喻成錢，像我這種沒錢的人只能待在家裡，沒錢到處跑，所以穩定宅在家。

因為定義的時候就把它變成了一個極小的問題啊！

終於到我大顯身手的時候了。

好多高中老師教學生能量越低越穩定，還說你看水往低處流，因為低處穩定。

其實這個觀點是有前提的，前提是水的溫度比較低。如果水沸騰了呢？

如果水的溫度是1000攝氏度，水早就成了氣體，水還會往低處流嗎？水蒸氣都飛到高處了。

所以，所謂的能量越低越穩定，是由於我們所處的世界第一個低能量的世界，就好比一架平穩的飛機，裡面所有的物體都安安靜靜的放著。

如果飛機遇到了湍流，那麼飛機就處於更高的能量，此時你再看看，物體還會待在原地不動嗎？

往專業里說，這是玻爾茲曼分布，不同的溫度下會有不同的分布，地球的能量低，於是所有的物體都傾向於佔據低能。但是如果有一天，地球被太陽吞噬了，地球上所有的物體就都傾向於佔據高溫下的分布了。

再往深里說，現在你覺得決定物體狀態的終極物理量是什麼呢？以前覺得是能量，現在你是不是覺得分布——也就是熵更具有決定性呢？

你先要理解這個能量是怎麼來的啊。舉個栗子，把一群原子都固定在無窮遠處，認為這個時候整個體系的能量為零。然後放開這些原子，讓他們花樣搞基。搞基的方式不同，放出的能量有大有小。顯然，那種方式放出的能量大，這種方式就穩定。假如這些原子不搞基呢，那麼他們就會彼此遠離，完全無法形成穩定結構。

待在家不動很安全。坐飛機很快，但有風險。

哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈。。。。。這個問題來自熱力學，並在熱力學中的到答案，但竟然沒有一個人提到熱力學第二定律？第二定律指明方向，熱功轉化不可逆性，i.e.有序能量向無序能量（熱）的耗散，i.e.體系傾向於保有最少的有序能量，i.e.穩定存在的都是能量最低的狀態。

熱力學屬於物理學。熱力學在物理化學中也是重要內容。但不屬於其他學科。至少要弄明白的基本概念（系統分類，平衡態，狀態函數）和熱力學一二定律才可以討論這個問題吧。

一個人能量越大，就越想出來顯擺

沒啥本事的反而沒本事跳上舞台

要分熱力學和動力學的穩定呀…

首先我覺得題主的問題是有毛病的。根據質能方程，相同外界條件下，粒子質量越大，能量越大，那麼H2比所有惰性氣體元素都要穩定。這個從物理角度講，也跟原子核束縛電子的能力有關。我個人覺得這個沒有什麼可比性，並不能說能量越大越不穩定，相同物質在不同條件下能量越大肯定越不穩定，就跟處於熔融態的高分子材料和處於玻璃態的高分子材料一樣，溫度升高會使材料熱運動加劇，這也導致了材料會不穩定。所以我覺得回答這個問題還是要具體事情具體分析。包括之前的回答，不能說它的勢能越大越容易掉下來，這也是相對的，對於物理問題首先應該有外界條件，然後有變數，多變數的問題是沒辦法討論的。

並不同意題主說的能量越低越穩定。

乾冰應該不會比常溫下的二氧化碳更穩定吧！

夏天的冰塊不會比水穩定吧！

放在水底的皮球不會比漂浮在水面上的穩定吧！