“能量守恒”大发现

焦耳和他的实验装置。

　　19世纪前，蒸汽机带动着工业革命的车轮滚滚向前，但世人对于能量的理性认识，始终未入正轨。

　　这其中，误导人们在能量探索之路上止步不前的学说要数“热素说”。18世纪，由英国人布莱克等人建立起的“热素说”甚为流行。这种理论认为，热是一种神秘莫测的流体物质，即热素，它可以进入一切物体里面;物体含热素越多，温度就越高，反之温度就越低。然而人们在实验中用天平称、用显微镜看，甚至用热水去挤，最终连热素的影子也没找到。

　　看来，“热素说”并不靠谱。到了19世纪40年代，许多科学家开始向“能量守恒”高地发起冲击，投身于新学说的创立，迈尔、焦耳和赫姆霍兹就是其中的代表。

　　德国医生迈尔，可谓历史上撰写关于能量守恒与转化论文的“第一人”。

　　迈尔在一家纸厂做了一个实验：他把纸浆放在一口大锅里，用马拉动对纸浆进行搅拌，随后测出纸浆温度的升高值，进而推测出马做的机械功所产生的热量数据。迈尔坚信，这是热功转化的有力证据，并以自己的认识表述出能量守恒定律。

　　当迈尔将自己的论文投给德国权威杂志《物理学年鉴》时，该杂志主编却以“从没听说过热与功之间的这种奇谈怪论”为理由拒绝发表。心有不甘的迈尔只能另寻发表门路。论文发表后，迈尔招来许多冷嘲热讽和学术偏见。他的能量守恒理论被迫“搁浅”。

　　此时，远在千里之外的英国乡下，痴迷于物理实验的啤酒商焦耳，通过一系列实验得出一个结论：导体在单位时间内放出的热量与电路的电阻成正比，与电流强度的平方成反比。这就是著名的焦耳定律。之后，焦耳又通过多种实验证明：在一个体系中能量总是守恒的。

　　“乡下的业余爱好者能搞出什么名堂?”焦耳也一度受到当时科学界“权威们”的嘲讽。

　　是金子总会发光的。直到1845年，焦耳终于在剑桥大学宣读了自己撰写的《关于热功当量》论文，并在两年后英国科学促进会年会上，向在场学者汇报了自己的实验结果。随后，焦耳的研究成果和理论逐渐得到世人认可。为纪念他的突出贡献，世人将“焦耳”作为能量及功的单位，一直沿用至今。

　　焦耳定律提出后，德国科学家赫姆霍兹也从“永动机不可能实现”这一事实入手，通过大量研究，在德国物理学会上，第一次以数学方程的形式提出能量守恒原理。他还严密论证了热现象、电现象、化学现象与机械力的关系，并出版成名专著《论力的守恒》，将能量守恒与转化原理的研究推向高潮。

　　在“能量守恒”的探究上，除了迈尔、焦耳和赫姆霍兹外，法国的工程师卡诺、丹麦物理学家柯尔丁、英国物理学家汤姆逊等专家学者，都从不同侧面发现了其中的奥秘。

　　由于这一发现对科学界的影响十分深远，能量守恒定律与达尔文的生物进化论及细胞学说一起，被列入“19世纪自然科学三大发现”。