能量守恒和轉化定律的發現

奠定辯證唯物主義自然觀具有決定意義的三大發現之一，它的發現，揭示了熱、機械、電、化學等各種運動形式之間的統一性，使物理學達到空前的綜合和統一，這是牛頓建立力學理論體系以來物理學的最大成就。最早發現各種物體運動的總量的守恒性是笛卡兒和萊布尼茲，但他們所說的運動只限于機械運動，沒有涉及其他運動形式。發現一切運動形式之間的這種守恒性，是在十九世紀三十年代之后，由五個國家、六七種不同職業的十幾位科學家從不同側面完成的。法國青年工程師薩迪·卡諾首先對能量守恒定律作過這樣的表述：“在自然界中，動力在量上是不變的，準確地說，它是不生不滅的。”繼卡諾之后，德國藥物化學家莫爾和法國鐵道工程師塞甘都提出過同樣的看法，但在當時的科學界沒有得到應有的反響。德國醫生邁爾在1842年寫的文章《論自然界的各種力》指出：“力是(在量上)不可毀滅的而(在質上)可轉化的無重客體。”十年后，這一發現才得到公認。隨后，英國電化學家格羅夫于1846年出版《關于各種物理力的相互關系》一書，既論斷了各種“物理力”可以互相轉化，更指出：“等待解決的重大問題是測定它們的動力當量，也就是測定它們對于一個既定標準的數量關系。”最早精密地測定熱功當量的是英國人焦耳。1843年1月，焦耳發現了熱功當量，并測定其數值是四六四千克－米／卡。1847年6月，他在牛津舉行的一次學術會上作了精辟透徹的報告，引起了人們廣泛重視。與此同時，許多國家的科學家都獨立地發表過有關能量守恒的論文，其中以德國物理學家亥姆霍茲發表的論文《論力的守恒》影響最大。這是一篇歷史性的文獻，對守恒定律論證得最嚴謹，最全面。在這么多的人的研究基礎上，英國人威廉·湯姆生在1853年對能量守恒定律作了精確的表述：當一個物質系統從某個給定的狀態無論以任何方式過渡到一個固定的零點時，它在系統外所產生的用機械功來量度的各種作用的總和就是該系統在這一定狀態所具有的能量，能量就是表征物體系統狀態的函數。至此，能量守恒和轉化定律確立了。