能量守恒谁发现的?
迈尔(1814—1878),德国物理学家,能量守恒定律的发现者之一,热力学与生物物理学的先驱。1814年11月25日生于符腾堡(今巴登—符腾堡)的海尔布隆,他的父亲是个药店王;1832年进蒂宾根大学医学系;1837年因参加一个秘密的学生团体而被停学一年,致使神经受到刺激;第二年复学后获得医学博士学位。
迈尔一生的遭遇很不幸,他的3个孩子在1846年和1848年相继夭亡,他的科学成就长期得不到社会的承认,甚至受到攻击,这些挫折使他在1850年5月的一个夜晚跳楼自杀,幸未致死,但患了精神错乱症,长期在哥廷根的精神病院中疗养,与世隔绝,以致李比希在1858年的一次演讲中宣称迈尔已经因病早亡。...全部
迈尔(1814—1878),德国物理学家,能量守恒定律的发现者之一,热力学与生物物理学的先驱。1814年11月25日生于符腾堡(今巴登—符腾堡)的海尔布隆,他的父亲是个药店王;1832年进蒂宾根大学医学系;1837年因参加一个秘密的学生团体而被停学一年,致使神经受到刺激;第二年复学后获得医学博士学位。
迈尔一生的遭遇很不幸,他的3个孩子在1846年和1848年相继夭亡,他的科学成就长期得不到社会的承认,甚至受到攻击,这些挫折使他在1850年5月的一个夜晚跳楼自杀,幸未致死,但患了精神错乱症,长期在哥廷根的精神病院中疗养,与世隔绝,以致李比希在1858年的一次演讲中宣称迈尔已经因病早亡。
波根多夫的《手册》也正式记载迈尔的"去世",而以后的更正却不为人们所注意。七八年之后,迈尔逐渐恢复了健康。他的科学成就逐渐为社会所承认。1858年瑞士巴塞尔自然科学院授他为荣誉院士。他在1860年左右开始出席科学会议。
由于英国物理学家J·廷德耳的力争,迈尔的科学成就在英国也得到了承认。1871年,他晚于焦耳一年获得了英国皇家学会的科普利奖章。以后他还获得蒂宾根大学的荣誉哲学博士,巴伐利亚和意大利都灵科学院院士的称号。
1878年3月20日因右臂结核感染在海尔布隆逝世。 迈尔在物理学上的主要成就是建立了能量守恒原理。
罗伯特·迈尔在1814年11月25日生于德国的海尔布隆。他的父亲是位药剂师。
少年时代的迈尔,经常跟着父亲去看制作各种药品的试验,最后在父亲的鼓励下,他走上了学医的道路。1838年,迈尔在蒂宾根大学获得学位。25岁的迈尔正式在汉堡开业行医。
1840到1841年初,迈尔在一艘海轮上当了几个月的随船医生。
这段船上的生活虽然不长,却开阔了迈尔的视野,激发了他的科学联想。更重要的是这段旅程成为了他在物理学上作出成就、从医学的途径得出能量守恒的结论的起点。
当海轮驶经热带海域时,很多船员患了肺炎,在医治中迈尔发现病人的静脉血比在欧洲时见到的病人的静脉血的颜色要红些。
他在给生病的船员放血时,发现他们的静脉血不象生活在温带国家中的人的静脉血那样颜色暗淡,而是象动脉血那样新鲜。当地医生告诉他,这种现象在热带地区是到处可见的。他还听到海员们说,下雨时海水比较热。
这些现象引起了迈尔的深思。迈尔在大学学医时,曾研究过拉瓦锡的氧化学说及其他的一些新的化学理论。在拉瓦锡的氧化学说的启发之下,他想到,食物中含有化学能,它象机械能一样可以转化为热;在热带高温情况下,机体只需要吸收食物中较少的热量,所以机体中食物的燃烧过程减弱了,因此静脉血中留下了较多的氧。
另外,雨滴降落所获得的活力,也会产生出热来。迈尔认为, 除了人体体热来自由食物转化而来的化学能之外,人体动力也来自同一能源。这样看来,热能、化学能、机械能都是等价的,而且是可以相互转化的。
1841年初,迈尔结束了海轮上的行医生活,回到了海尔布隆。
他在一封信中谈及了自己的发现。他指出,化学家一般所认为的基本规律是,物质是不可破坏的;我们应该把同样的基本定委应用到力上,力同物质一样,也是不可破坏的。
在工作之余,迈尔对自己在海轮上的发现继续进行研究。
为此,他还进行了一些简单的实验。通过这些实验,他初步测算出热功当量为365克米/卡。当然,迈尔所测算出的热功当量的这一数据并不精确,但这却说明,他已初步发现了能量守恒和转化定律。
迈尔把他对能量定律的最初发现写成了一篇题为《论力的量和质的测定》的论文,投给德国当时的权威性刊物《物理学和化学年鉴》。
但是,该杂志的主编波根道夫拒绝发表迈尔的论文,这位权威认为迈尔的文章引入了思辨的内容和缺少精确的实验根据而不予发表。这是波根道夫和其他德国物理学家当时所坚持的政策,因为他们要避免那个时期自然哲学中陷入空论的倾向。
迈尔在初次受挫之后,并不气馁,继续努力。后来他又写成《论无机界的力》一文,这篇文章被一向注意各种自然力之间的关系的李比希发表于他主编的《化学和药学年刊》1842年5月号上。在这篇文章中,迈尔从“无不生有,有不变无”和“原因等于结果”等哲学观念出发,表达了物理、化学过程中力的守恒的思想。
他认为,在一系列因果链条中,某一原因C产生一个等于它的结果E,E作为一个原因又会产生一个等于它的结果F,等等。在这个因果系列中,任何一项都不会化为乌有。迈尔在这篇文章中把“力的不可破坏性”,称为“第一个性质”;而把“原因具有取不同形式的能力”称为“第二个性质”。
他说:“把两个性质合起来,我们可以说,原因(在量上)是不可消失的,而(在质上)是可以转化的东西。”这就是说,“力”是一种原因,它是不可消失的和可以转化的。在这篇文章中,关于热的机械当量的叙述还算是正确的。
迈尔提出了“热功当量”这个概念,列举了二十五种能量相互转换的形式。当时,迈尔并没有讲明他是怎样获得热功当量的数值的。
直到1845年,他才讲到这个数值 是从理想气体的两种比热,即定压比热和定容比热之间关系出发,计算出来的。
他还运用了理想气体的能量和它的体积无关的假想。这个假想早在1807年,由盖·吕萨克所作的测量中得到证实。特别值得注意的是,迈尔在这篇文章的结束处,提出了建立不同的力之间数值上的当量关系的必要性,“例如我们应确定,为把与该物体重量相等的水从0℃加热到1℃,应该把这个物体升起多高”。
1845年,迈尔又发表了第二篇论文 — 《与有机运动相联系的新陈代谢》。这篇文章进一步发展了他的观点。这篇论文由于李比希拒绝发表,而于1845年由迈尔以小册子的形式自费发行。在文章中,迈尔阐述了有关能量转换的相互关系。
他指出,机械能的消耗可以产生热的、磁的、电的、化学的效应,他考虑到了电和生物学的过程。迈尔的新观点,已经超出了当时物理学界的水平,迈尔也已意识到他自己的发现的重大意义了。
在这第二篇论文中,迈尔首先肯定,力的转化与守恒定律是支配宇宙的普遍规律,然后,他更具体地考察了几种不同形式的力。
第一种,是运动的力,即“运动的活力”,实际上即动能。迈尔举出弹性碰撞作为例子,指出在弹性碰撞中,作为这种力量度的活力是守恒的。
第二种,是“下落力”,即重力势能。
迈尔指出,“下落力的大小以重量和这个高度的乘积来量度”。
第三种,是热,“热力是能够转化为运动的力”,蒸汽机车的例子就是一个明证。迈尔曾进行了热功当量的计算。他的出发点是:当气体的温度发生确定的变化时,定压过程中吸收的热量大于定容过程中吸收的热量。
第四种,是电。通过起电盘的例子迈尔指出,这里发生了“机械效应向电的转化”。他还举出在永磁体上通过摩擦而使铁棒磁化的现象说明,磁也可以通过消耗机械效应而产生。
第五种,是化学力,迈尔举出物体落至地面时“下落力”会转化为热,化学反应中也会产生热,化学状态的差异也是一种力。
迈尔进一步把能量守恒定律应用于非生物界、生物界和宇宙。1848年他又发表了《对天体力学的贡献》等论文。根据迈尔的意见,植物一边接受太阳的力, 一边把它变成化学力使之成为自己的生长之源。
动物是吃植物把复杂的营养物分解成为燃料物而使它发生热,热的一部分变成了体温,其他部分转化成为筋肉的机械功能。那么,动物体内的燃烧热的发生源在哪里呢?是筋肉么?迈尔提出了这个课题,他用计算热功当量的方法,说明是一种别的东西 —“血”。
迈尔的构思更进一步向宇宙扩展,向太阳的热源的秘密逼近着。如果能量是守恒的,太阳的热源也必须是从什么别的形态的能量转换过来的。在当时的条件下,对迈尔来说只能得到一些简单的结论。他考虑到被发送到地球表面的太阳的巨大的能量,是不是太阳内的化学力呢?回答是否定的,因为如果太阳是由燃烧值为6000千卡/千克的煤做成的,也只能燃烧4600年。
于是迈尔想到了无数颗陨星和小行星以很大的速度向太阳表面落下时转化的热量,他认为这就是太阳的热源。据此就算出了太阳2750万度到5500万度的高温(在今天,太阳的中心温度判定为1500万度)。
在当时的物理学中,形而上学自然观还有很大影响,所以迈尔在研究能量守恒和转化的过程中以及在发表论文之后,受到了不少嘲弄。
焦耳批评迈尔关于热功当量的计算是没有完成的,认为迈尔只是预见了在热和功之间存在着一定的数值比例关系,但首先证明了这个关系存在的正是他 ― 焦耳。迈尔发表了反驳的文章,指出首先是他自己在1842年发现了活力的等价性及其数值表示的。
但是,在英国的一些杂志上却只出现批评迈尔的文章,而不刊登迈尔的答辩文章。在他自己的祖国,迈尔也遭到到了粗鲁的、侮辱性的中伤,他被斥为“肤浅的局外人”,“不负责任的人”,加之他两个孩子的夭亡,以致于迈尔被逼得在1849年打算跳楼自杀。
虽然他没有死去,在康复后却成了一个跛子,留下终生残疾。但迈尔还是写成了一本小册子《关于热的机械当量的说明》来回击对他的攻击。迈尔写道:
“如果我们在这个方向上发现了和测量出了用机械运动方式所产生的热以及为产生这些热所消耗的功,如果把这些量进行比较,那么我们就立刻可以得出,它们之间具有最简单的、不变的正比关系,我们反过来从热产生功时也会得一比例关系。
”接着,迈尔重新引证了他在1842年的文章以及在爪哇海船上的观察资料,从而宣称,正是他首先引入了“力”的新概念。迈尔就这样地保护了自己的优先权。
1851年秋天,迈尔得了脑炎,后来被被送进了疯人院,直到1862年才又恢复了科学活动。
英国物理学家丁铎尔为迈尔的功绩说了公道话,为此在十九世纪六十年代与开尔文展开了十分激烈的公开争论。1871年,迈尔晚于焦耳一年获得了英国皇家学会的科普利奖章。以后他还获得蒂宾根大学的荣誉哲学博士,巴伐利亚和意大利都灵科学院院士的称号。
恩格斯高度评价了迈尔的工作,他写道:
“运动的量的不变性已经被笛卡儿指出了,…… 而运动形式的转化却直到1842年才被发现,而且新的东西正是这一点,而不是量方面不变的定律。”这里所指的就是1842年迈尔的论文。
一种新的科学理论要冲破传统理论的束缚,该有多么艰难!
1878年3月20日,迈尔逝世了。在人们的心目中,他一直是位医生。但他为人类、为科学所作的贡远远超过了一个医生。收起