迈尔(Julius Robert Mayer,1814~1878)德国医生,物理学家,热力学的先驱,能量守恒定律的发现者之一。迈尔1814年11月25日生于符腾堡的海尔布隆。曾就学于蒂宾根大学医学系,1838年获医学博士学位,毕业后在巴黎行医。
18世纪末19世纪前半叶,自然科学上完成的一系列重大发现,广泛地揭示出自然界的各种运动之间的普遍联系和转化,使得这一时期的科学家们力图在“自然力的统一”的哲学思想指导下来研究各种运动。而且由于工业革命伴随生产技术的进步和发展,为能量守恒定律的发现创造了物质条件。在这种背景下,从1837年开始的10年内,西欧的四、五个国家,从事七、八种专业的10多位科学家分别通过不同的途径各自独立地发现了能量守恒定律。其中最突出的是迈尔、焦耳和亥姆霍兹三人。迈尔作为一个医生,受当时自然科学和生产技术发展的影响,在自然哲学思想的指导下,从动物的新陈代谢活动和能量的关系开始研究能量守恒定律。1840年2月到1841年2月,迈尔作为船医远航到印度尼西亚。在航行中他从考察人体消耗食物化学能与热能的等价性受到启发,去探索热和机械功的关系。航行结束后,他将自己的发现写成《论力的量和质的测定》一文,文中指出“力”(即能)是自然界运动变化的原因,而因等于果,所以“力”在量上是不灭的,只是质(即形式)发生变化。由于他的观点新颖又缺少精确的实验论证,不易被人接受,并且存在用质量和速度的积来表示“运动力”(即动能)的缺陷,论文没能发表(直到1881年他逝世后才发表)。迈尔很快觉察到了这篇论文的缺陷,并且发奋进一步学习数学和物理学。在此基础上于1842年发表了《论无机性质的力》的论文。他从“无不生有,有不变无”和“原因等于结果”的观念出发,表述了物理、化学过程中各种力(能)的转化和守恒的思想。论证了“力(能)是不可灭的、可转化的、无重量的客体”。他指出,落体力(重力势能)可转化为运动,运动一消失就转化为热,而蒸汽机则把热转化为功。他利用比定压热容与比定容热容之差计算出了不同力(能)之间的当量关系,他的热功当量的计算方法实际上就是公式,因而称之为迈尔公式。由上可见,迈尔是历史上第一个提出能量守恒定律并计算出热功当量的人。但1842年发表的这篇科学杰作当时未受到重视。以后焦耳、亥姆霍兹等人又各自独立地发现了能量守恒定律。
1845年迈尔自费出版了《论有机体的运动与物质代谢关系》的论文,进一步地发展了他的学说。他首先肯定,力(能)的转化与守恒定律是支配宇宙的普遍规律。然后具体地考察了几种不同形式的力(能),运动力(动能)、落体力(重力势能)热、磁和电、化学力(某些物质的化合与分解)的相互转化,并把他所考察的全部力(能)画成一个表,描绘了能量相互转化的25种情况。从这个表作出了否认热质和其他无重量的流质的结论。文章第二部分指出太阳能是地球上能量的来源,并论证了有机界和无机界力(能)的统一性;植物吸收了太阳能,把它转化为化学能。动物摄取植物,通过氧化把化学能转化为热和机械能。肌肉只是转化能量的工具,它本身在运动中并没有消耗。所以迈尔也是第一个把能量转化概念应用于生物学现象的人,是生物物理学的先驱。他还用类比方法分析了人体肌肉活动,指出运动神经犹如轮船中的舵手,起着控制的作用;新陈代谢提供了能量,犹如轮船中煤的燃烧。这接近于生物学研究中控制论思想的萌芽。可惜这篇论文当时并未得到科学界的重视。
1848年迈尔又出版了《通俗天体力学》一书,将他的热功理论运用到宇宙,讨论了宇宙中的能量循环,解释了陨石发光是由于它们在大气中损失了动能,并运用能量守恒定律解释了潮汐的涨落。
迈尔注重科学以理服人。马赫回忆说:有一次在海德尔堡和迈尔仓促相遇时,约利稍带嘲讽地说,如果迈尔的理论是正确的话,水就能够被晃动而加热。迈尔没有答一句话就走了。几个星期以后,……他跑到约利那里喊道:‘正是那样!正是那样!’只有在经过很多的说明以后,约利才明白迈尔说话的意思。”
迈尔一生屡遭挫折。他从行医开始转而研究物理学,通过无数的艰辛取得的杰出成果,却长期被埋没,得不到应有的承认,甚至受到粗暴的、侮辱性的攻击。这使他精神上受到很大刺激,加上1846~1848年间他的3个孩子相继夭亡,他于1849年5月28日跳楼自杀,幸免于死。康复后成了一个跛子,留下终生残疾。但他仍以顽强的精神坚持能量守恒问题的研究,于1851年出版了《论热的机械当量》一书,详细地总结了他的工作,并且很有分寸地保护自己发现能量守恒定律的优先权:“我深信焦耳发现了热和力。但并不知道我的发现;我承认,这位著名物理学家贡献很多,令我非常尊敬;但我仍然认为我有充分理由重申,热能和动力的当量定律及其数量表述是我首先宣布的(1842年)。”
七、八年后迈尔的科学成就逐渐为社会公认。1858年瑞士巴塞尔自然科学院接受他为荣誉院士。1871年他晚于焦耳一年获得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等称号。恩格斯在《自然辩证》中高度评价了迈尔的工作:“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。”恩格斯所指的1842年的发现即是迈尔的工作。
1878年3月20日迈尔因右臂结核感染在海尔布逝世。
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