自然科学的基石能量守恒定律

能量守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，也是人们认识自然和利用自然的有力武器。这一伟大的成就在科学上占据着非常独特的地位，被誉为“自然科学的基石”。

19世纪，能量转化和守恒定律的发现成为解决这一问题的科学基石，这一伟大的成就应该归功于迈尔、焦耳和亥姆霍兹。

德国物理学家罗伯特·迈尔是第一个发现并表述能量守恒定律的人。迈尔是德国汉堡人，1840年，迈尔开始在汉堡独立行医。这年2月，他作为一名随船医生跟着一支船队来到印度。一天，船队在加尔各答登陆，船员因水土不服都生了病，于是迈尔按老办法给船员们放血治疗。在德国，医治这种病时只需在病人静脉血管上扎一针，就会放出一股黑红的血来，可是在这里，从静脉里流出的仍然是鲜红的血。

在热带，人体散热少，血液氧化少，静脉血与动脉血的颜色差别小，所以血看上去仍然是鲜红的。于是迈尔开始思考：人身上的热量到底是从哪儿来的？植物靠太阳的光热生长，而太阳的光热呢？迈尔最后归结到一点：能量如何转化？

迈尔

迈尔回国后，写了一篇论文发表在一本医学杂志上。在论文中，他用自己的方法测得热功当量为365千克·米/千卡。尽管当时这个数值比正确值小了17%，但它却是世界上发表热功当量值的第一篇文章。1845年，迈尔又自行刊印了一本小册子，详细说明自己是根据气体的定体热容和定压热容推算出热功当量的。为了让人们了解自己的发现，迈尔到处演讲，可是没有人相信他的话，人们还很不尊敬地称他为“疯子”。1878年，迈尔终因不被人理解而悲惨地死去。

焦耳是和迈尔同时期研究能量守恒的一个英国人。1841年，焦耳发现无论化学能、电能所产生的热都相当于一定功，即460千克·米/千卡。四年后，焦耳参加了在剑桥大学举行的学术会议。他当场做实验，并宣布说：自然界的力（能）是不能毁灭的，哪里消耗了机械力（能），总能得到相当的热。当时，坐在台下的那些赫赫有名的物理学家们对这种新理论都摇头，连法拉第也说这不太可能。数学教授威廉·汤姆逊（即开尔文勋爵）听到这些奇怪的理论，还非常不礼貌地当即退场。

当最左边的球撞击左边第二个球时，最右边的球会摆动起来，中间4个球仅起了能量传递的作用。

焦耳回家后继续做着实验，一直做了40年，直到把热功当量精确到了423.9千克·米/千卡。1847年，他在英国科学协会的会议现场当众演示他的新实验。当汤姆逊经过试验后，得知焦耳的研究是正确的，就亲自去向焦耳负荆请罪。此后，两个人开始并肩战斗。1853年，他们终于共同完成能量守恒和转化定律的精确表述：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。

亥姆霍兹

与此同时，德国科学家亥姆霍兹于1847年发表了他的著作《论力的守恒》，第一次系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示其运动形式之间的统一性，它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定的关系。至此，能量守恒与转化使物理学达到空前的综合与统一。

学海拾贝

焦耳是一个非常谦虚的人，他曾说：“我一生只做了两三件事，没有什么值得炫耀的。”为了纪念他，国际单位制中规定热量的单位为“焦耳”，“卡”仍作为同焦耳并用的单位。