能量守恒和转化定律的发现

奠定辩证唯物主义自然观具有决定意义的三大发现之一，它的发现，揭示了热、机械、电、化学等各种运动形式之间的统一性，使物理学达到空前的综合和统一，这是牛顿建立力学理论体系以来物理学的最大成就。最早发现各种物体运动的总量的守恒性是笛卡儿和莱布尼兹，但他们所说的运动只限于机械运动，没有涉及其他运动形式。发现一切运动形式之间的这种守恒性，是在十九世纪三十年代之后，由五个国家、六七种不同职业的十几位科学家从不同侧面完成的。法国青年工程师萨迪·卡诺首先对能量守恒定律作过这样的表述：“在自然界中，动力在量上是不变的，准确地说，它是不生不灭的。”继卡诺之后，德国药物化学家莫尔和法国铁道工程师塞甘都提出过同样的看法，但在当时的科学界没有得到应有的反响。德国医生迈尔在1842年写的文章《论自然界的各种力》指出：“力是(在量上)不可毁灭的而(在质上)可转化的无重客体。”十年后，这一发现才得到公认。随后，英国电化学家格罗夫于1846年出版《关于各种物理力的相互关系》一书，既论断了各种“物理力”可以互相转化，更指出：“等待解决的重大问题是测定它们的动力当量，也就是测定它们对于一个既定标准的数量关系。”最早精密地测定热功当量的是英国人焦耳。1843年1月，焦耳发现了热功当量，并测定其数值是四六四千克－米／卡。1847年6月，他在牛津举行的一次学术会上作了精辟透彻的报告，引起了人们广泛重视。与此同时，许多国家的科学家都独立地发表过有关能量守恒的论文，其中以德国物理学家亥姆霍兹发表的论文《论力的守恒》影响最大。这是一篇历史性的文献，对守恒定律论证得最严谨，最全面。在这么多的人的研究基础上，英国人威廉·汤姆生在1853年对能量守恒定律作了精确的表述：当一个物质系统从某个给定的状态无论以任何方式过渡到一个固定的零点时，它在系统外所产生的用机械功来量度的各种作用的总和就是该系统在这一定状态所具有的能量，能量就是表征物体系统状态的函数。至此，能量守恒和转化定律确立了。