能量守恒和转化定律

能量守恒和转化定律的发现是和一个“疯子”医生联系起来的。这个医生叫迈尔，德国汉堡人，1840年在汉堡独立行医。他对万事总要问个为什么，而且必亲自观察、研究、实验。1840年2月22日，他作为随船医生来到印度尼西亚。

一日，船队在加尔各达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依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，从静脉里流出的血仍然是鲜红的。迈尔开始思考，人的血液所以是红色的，是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热量，维持人的体温。这里天气炎热，人要维持体温不需要燃烧那么多氧，所以静脉里的血仍然是鲜红的。那么，人身上的热量到底是从哪来的？这是靠人吃的食物而来的，不论吃肉吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳的光热而生长的。他大胆推出，太阳中心约2750万度（现在我们知道是1500万度）。迈尔越想越多，最后归结到一点：能量如何转化？他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》的论文，并用自己的方法测得热功当量为365千克米/千卡。但是，即使是物理学家也不相信他的话，很不尊敬地称他为“疯子”。

和迈尔同时期研究能量守恒的还有一个人——焦耳，他自幼在道尔顿门下学习化学、数学、物理，一边经营父亲留下的啤酒厂，一边搞科学研究。1840年，他发现将通电的金属丝放入水中，水会发热。通过精密的测试，他发现，通电导体所产生的热量与电流强度的平方、导体的电阻和通电时间成正比，这就是焦耳定律。1841年10月，他的论文在《哲学杂志》上刊出。随后，他又发现化学能、电能所产生的热都相当于一定的功。1845年，他带上自己的实验仪器及报告，参加在剑桥举行的学术会议。他当场演示实验并宣布，自然界的力（能）是不能毁灭的，哪里消耗了机械力（能），总得到相当的热。可台下那些赫赫有名的大科学家对这种新理论都摇头，连法拉第也说：“这不太可能吧。”

焦耳不把人们的不理解放在心上，他回家继续做着实验，这样一直做了40年。1847年，他带着自己新设计的实验又来到英国科学协会的会议现场。在他极力恳求下，会议主席才给他很少的时间让他只做实验，不作报告。焦耳一边当众演示他的新实验，一边解释：“你们看，机械能是可以定量地转化为热的，反之1000卡的热也可以转化为423.9千克米的功……”突然，台下的数学教授威廉·汤姆孙大叫道：“胡说，热是一种物质，是热素，他与功毫无关系。”焦耳冷静地回答到：“热不能做功，那蒸汽机的活塞为什么会动？能量要是不守恒，永动机为什么总也造不成？”焦耳平淡的几句话顿时使全场鸦雀无声。台下的教授们不由得认真思考起来，有的对焦耳的仪器左看右看，有的开始争论起来。

汤姆孙碰了钉子后，也开始思考，他自己动手做实验，找资料，没想到竟发现了迈尔几年前发表的那篇文章，其观点与焦耳的完全一致！他带上自己的实验成果和迈尔的论文去找焦耳，抱定负荆请罪的决心，要请焦耳共同探讨这个发现。

在啤酒厂里，汤姆孙见到了焦耳，看着焦耳的试验室里各种自制的仪器，他深深为焦耳的坚韧不拔而感动。汤姆孙拿出迈尔的论文说道：“真的对不起，请您原谅，一个科学家在新观点面前有时也会表现得很无知……”

摒弃前嫌，两人并肩而坐，开始研究起实验来。1853年，两人终于共同完成能量守恒和转化定律的精确表述。