能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)

1、能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)讀：能量守恒定律的定型，是經(jīng)過(guò)一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程的。本文簡(jiǎn)述了從活力的提出、活力死力的論戰(zhàn)、熱量和溫度概念的區(qū)分、到能量概念的形成，最后簡(jiǎn)述了邁爾、焦耳和亥姆霍茲對(duì)能量守恒定律的最終表述和確立的過(guò)程。19 世紀(jì)中葉發(fā)現(xiàn)的能量守恒定律是自然科學(xué)中十分重要的定律。它的發(fā)現(xiàn)是人類對(duì)自然科學(xué)規(guī)律認(rèn)識(shí)逐步積累到一定程度的必然事件。盡管如此，它的發(fā)現(xiàn)仍然是曲折艱苦的和激動(dòng)人心的。了解能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，對(duì)于理解自然科學(xué)發(fā)展中理論的積累和形成是有益的。本文簡(jiǎn)要敘述能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程。1. 能量守恒定律發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)備能量守恒定律是聯(lián)系機(jī)械能和熱能的定律。不言而喻，在它發(fā)現(xiàn)之前人們必須對(duì)機(jī)械

2、能和熱能有較深入的研究。我們現(xiàn)在就這兩方面來(lái)敘述?；盍εc死力的論戰(zhàn) 1644 年笛卡爾在他所著的哲學(xué)原理中討論碰撞問(wèn)題時(shí)引進(jìn)了動(dòng)量的概念，用以度量運(yùn)動(dòng)。1687年牛頓在他的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理中把動(dòng)量的改變來(lái)度量力。與此不同的是萊布尼茲在1686 年的一篇論文中抨擊笛卡爾，主張用質(zhì)量乘速度的平方來(lái)度量運(yùn)動(dòng)，萊布尼茲稱之為活力。把牛頓由動(dòng)量所度量的力也稱為死力。萊布尼茲的主張正好和1669 年惠更斯關(guān)于碰撞問(wèn)題研究的結(jié)論一致，該結(jié)論說(shuō)“兩個(gè)物體相互碰撞時(shí)，它們的質(zhì)量與速度平方乘積之和在碰撞前后保持不變。 ”萊布尼茲從萊布尼茲挑起爭(zhēng)論起，形成了以笛卡爾和萊布尼茲兩大派的論爭(zhēng)。這場(chǎng)論戰(zhàn)延續(xù)了近半個(gè)世紀(jì)

3、，許多學(xué)者都參加了論戰(zhàn)，并且各有實(shí)驗(yàn)佐證。一直到1743 年法國(guó)學(xué)者達(dá)朗貝爾在他的論動(dòng)力學(xué)中說(shuō)： “對(duì)于量度一個(gè)力來(lái)說(shuō)，用它給予一個(gè)受它作用而通過(guò)一定距離的物體的活力，或者用它給予受它作用一定時(shí)間的物體的動(dòng)量同樣都是合理的?！痹谶@里，達(dá)朗貝爾揭示了活力是按作用距離力的量度，而動(dòng)量是按作用時(shí)間力的量度。這場(chǎng)爭(zhēng)論終于塵埃落定了?；盍Σ抛鳛橐粋€(gè)正式的力學(xué)名詞為力學(xué)家們普遍接受?；盍﹄m然為力學(xué)家接受了，但是它與力的關(guān)系并沒(méi)有弄清楚。一直到1807 年英國(guó)學(xué)者托馬斯·楊引進(jìn)了能量的概念，1831 年法國(guó)學(xué)者科里奧利又引進(jìn)了力做功的概念，并且在活力前加了 1/2 系數(shù)稱為動(dòng)能，通過(guò)積分給出了功與

4、動(dòng)能的聯(lián)系，即這個(gè)式子表示力做功轉(zhuǎn)化為物體的動(dòng)能。也就是說(shuō)自然界的機(jī)械能是守恒的。溫度計(jì)的發(fā)明與潛熱的發(fā)現(xiàn)關(guān)于熱的精確理論應(yīng)當(dāng)從制造溫度計(jì)開(kāi)始。從17 世紀(jì)開(kāi)始，在意大利有伽利略等人開(kāi)始制做溫度計(jì)。但是由于采用的溫標(biāo)比較不方便，所以后人使用的很少。比較早的實(shí)用溫標(biāo)是德國(guó)物理學(xué)家華倫海從1714 年開(kāi)始使用水銀做溫度計(jì)，并且不斷改進(jìn)，直到1717 年大致確定了現(xiàn)在所稱的華氏溫標(biāo)。直到華倫海去世后，科學(xué)家才正式確定華氏溫標(biāo)為：以水的沸點(diǎn)為212 度，把 32 度定為水的冰點(diǎn)。所以這樣規(guī)定，是要盡量使通常的溫度避免取負(fù)值。攝耳修斯像瑞典天文學(xué)家攝耳修斯于1742 年到 1743 年發(fā)明了攝氏溫標(biāo)，以

5、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下水的結(jié)冰溫度為零度水的沸點(diǎn)為100 度。攝氏溫標(biāo)在1948 年被國(guó)際度量衡會(huì)議定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。溫度計(jì)的發(fā)明給熱學(xué)的精確化準(zhǔn)備了必要的條件，人們可以用它來(lái)測(cè)量各種不同條件下物質(zhì)的溫度變化。最早人們并沒(méi)有把溫度和熱量區(qū)分開(kāi)來(lái)，認(rèn)為溫度就是熱量。18 世紀(jì) 50 年代，英國(guó)科學(xué)家布萊克把32° F 的冰塊與相等重量的 172°F 的水相混合， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 平均溫度不是102°F，而是 32°F，其效果只是冰塊全部融化為水。布萊克由此作出結(jié)論：冰在熔解時(shí)，需要吸收大量的熱量，這些熱量使冰變成水，但并不能引起溫度的升高。他還猜想到，冰熔解時(shí)吸收的熱量是一定

6、的。為了弄清楚這個(gè)問(wèn)題，他把實(shí)驗(yàn)反過(guò)來(lái)作，即觀測(cè)水在凝固時(shí)是否也會(huì)放出一定的熱量。他把攝氏零下4°的過(guò)冷卻的水不停地振蕩，使一部分過(guò)冷卻水凝固為冰，結(jié)果溫度上升了；當(dāng)過(guò)冷卻水完全凝固時(shí)，溫度上升到攝氏零度，表明水在凝固時(shí)確實(shí)放出了熱量。進(jìn)一步的大量實(shí)驗(yàn)使布萊克發(fā)現(xiàn)，各種物質(zhì)在發(fā)生物態(tài)變化（熔解、凝固、汽化、凝結(jié)）時(shí)，都有這種效應(yīng)。他曾經(jīng)用玻璃罩將盛有酒精的器皿罩住，把玻璃罩內(nèi)的空氣抽走，器皿中的酒精就迅速蒸發(fā)，結(jié)果在玻璃罩外壁上凝結(jié)了許多小水珠。這說(shuō)明液體（酒精）蒸發(fā) 時(shí)要吸收大量的熱，因而使玻璃罩冷卻了，外壁上才凝結(jié)了水珠。布萊克用一個(gè)很簡(jiǎn)單直觀的辦法來(lái)測(cè)定水汽化時(shí)所需要的熱量。他

7、用一個(gè)穩(wěn)定的火來(lái)燒一千克零攝氏度的水，使水沸騰，然后繼續(xù)燒火，直至水完全蒸發(fā)掉。他測(cè)出使沸騰的水完全蒸發(fā)所燒的時(shí)間，為使水由 0升溫到沸騰所燒的時(shí)間的 4.5 倍，表明所供熱量之比為 100 450。這個(gè)實(shí)驗(yàn)當(dāng)然是很粗糙的，所測(cè)的數(shù)值也有很大的誤差；現(xiàn)在的測(cè)定表明這個(gè)比值為 100 539。布萊克還用類似的方法測(cè)出，熔解一定量的冰所需要的熱量，和把相同重量的水加熱140° F 所需要的熱量相等（相當(dāng)于加熱77.8所需要的熱量） ，這個(gè)數(shù)值也偏小了一點(diǎn)，正確的數(shù)值為143° F（相當(dāng)于 80），但在當(dāng)時(shí)，這種測(cè)量結(jié)果也是很難得的。布萊克基于這些實(shí)驗(yàn)事實(shí)于1760 年開(kāi)始認(rèn)識(shí)到

8、熱量與溫度是兩個(gè)不同的概念，進(jìn)而在1761 年他引入了“潛熱”概念。其后，法國(guó)科學(xué)家拉瓦錫與拉普拉斯合作在1780 年提出了正確測(cè)量物質(zhì)熱容量的方法。由于熱的精確度量的成熟，1822 年法國(guó)學(xué)者傅里葉出版了他多年關(guān)于熱學(xué)研究的總結(jié)著作熱的解析理論 。熱力機(jī)械的發(fā)明從遠(yuǎn)古開(kāi)始人類就認(rèn)識(shí)到由機(jī)械運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生熱。無(wú)論東方和西方，古代都有鉆木取火紀(jì)錄，這就是把機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬脑缙趯?shí)踐。不過(guò)幾千年中一直沒(méi)有人想到機(jī)械能和熱能的定量轉(zhuǎn)換問(wèn)題。 直到美國(guó)人朗福德 1798 年在慕尼黑注意到 ,當(dāng)用鏜具鉆削制造炮筒的青銅坯料時(shí)， 金屬坯料象火一樣發(fā)燙， 必須不斷用水來(lái)冷卻。 朗福德注意到，只要鏜鉆不停止 ,

9、金屬就不停地發(fā)熱； 如果把這些熱都傳給原金屬，則足可以把它熔化。朗福德的結(jié)論是，鏜具的機(jī)械運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為熱 ,因此熱則是一種運(yùn)動(dòng)形式， 而不是以前人們認(rèn)為的是一種物質(zhì)。朗福德還試圖計(jì)算一定量的機(jī)械能所產(chǎn)生的熱量。這樣朗福德首次給出一個(gè)我們現(xiàn)在稱為熱功當(dāng)量的數(shù)值。不過(guò)他的數(shù)值太高。 半個(gè)世紀(jì)以后， 焦耳提供了正確值。希羅發(fā)明的汽轉(zhuǎn)球提到熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，最早應(yīng)當(dāng)提到的是亞力山大的希羅發(fā)明的蒸汽機(jī)。這項(xiàng)發(fā)明是一個(gè)空心球體上面連上兩段彎管，當(dāng)球內(nèi)的水沸騰時(shí)，蒸汽通過(guò)管子噴出，這個(gè)球就迅速旋轉(zhuǎn)，這是最早的蒸汽機(jī)。不過(guò)那時(shí)只是用于祭神與玩耍而沒(méi)有實(shí)際應(yīng)用。1712 年，英國(guó)人托馬斯·紐可曼發(fā)明了大

10、氣壓蒸汽機(jī)。這種機(jī)器具有汽缸與活塞 , 在工作時(shí) , 先把蒸汽導(dǎo)入汽缸 , 這時(shí)汽缸停止供汽而汽缸內(nèi)進(jìn)水 , 蒸汽便遇冷凝結(jié)為水使汽缸內(nèi)氣壓迅速降低， 就可以使水吸上來(lái)。 之后再把蒸汽導(dǎo)入汽缸，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。最初的這種蒸汽機(jī)大約每分鐘往返十次，而且可以自動(dòng)工作，使礦井的抽水工作大為便利，所以不僅英國(guó)人使用，在德國(guó)與法國(guó)也在使用。瓦特蒸汽機(jī)瓦特在 18 世紀(jì)后半葉對(duì)蒸汽機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。其中最重要的改進(jìn)有兩項(xiàng)，一項(xiàng)是發(fā)明了冷凝器大大提高了蒸汽機(jī)的效率，另一項(xiàng)是發(fā)明了離心調(diào)速器使蒸汽機(jī)速度可自由控制。在瓦特的改進(jìn)之后蒸汽機(jī)才真正在工業(yè)上被普遍使用。 永動(dòng)機(jī)的不可能據(jù)說(shuō)永動(dòng)機(jī)的概念發(fā)端于印度，在公元

11、12 世紀(jì)傳入歐洲。據(jù)記載歐洲最早、最著名的一個(gè)永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案是十三世紀(jì)時(shí)一個(gè)叫亨內(nèi)考的法國(guó)人提出來(lái)的。如圖所示：輪子中央有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，輪子邊緣安裝著 12 個(gè)可活動(dòng)的短桿，每個(gè)短桿的一端裝有一個(gè)鐵球。亨內(nèi)考的永動(dòng)機(jī)隨后，研究和發(fā)明永動(dòng)機(jī)的人不斷涌現(xiàn)。盡管有不少學(xué)者研究指出永動(dòng)機(jī)是不可能的，研究永動(dòng)機(jī)的人還是前赴后繼。文藝復(fù)興時(shí)期意大利偉大學(xué)者達(dá)芬奇曾經(jīng)用不少精力研究永動(dòng)機(jī)。可貴的是他最后得到了永動(dòng)機(jī)不可能的結(jié)論。達(dá)芬奇設(shè)計(jì)的永動(dòng)機(jī)與達(dá)芬奇同時(shí)代還有一位名叫卡丹的意大利人，他以最早給出求解三次方程的根而出名，也認(rèn)為永動(dòng)機(jī)是不可能的。關(guān)于永動(dòng)機(jī)的不可能，還應(yīng)當(dāng)提到荷蘭物理學(xué)家司提芬。16世紀(jì)之前

12、，在靜力學(xué)中，人們只會(huì)處理求平行力系的合力和它們的平衡問(wèn)題，以及把一個(gè)力分解為平行力系的問(wèn)題，還不會(huì)處理匯交力系的平衡問(wèn)題。為了解決這類問(wèn)題，人們把他歸結(jié)于解決三個(gè)匯交力的平衡問(wèn)題。通過(guò)巧妙的論證解決了這個(gè)問(wèn)題。假如你把一根均勻的鏈條 ABC 放置在一個(gè)非對(duì)稱的直立（無(wú)摩檫）的楔形體上，如圖所示。這時(shí)鏈條上受兩個(gè)接觸面上的反力和自身的重力。恰好是三個(gè)匯交力。鏈條會(huì)不會(huì)向這邊或那邊滑動(dòng)？如果會(huì)，往哪一邊？司提芬想象把楔形體停在空中，在底部由CDA 把鏈條連起來(lái)使之閉合，如圖，最后解決了 這個(gè)問(wèn)題。在底部懸掛的鏈條自己是平衡的，把懸掛的部分和上部的鏈條連起來(lái)，斯提芬說(shuō)：“假如你認(rèn)為楔形體上的鏈條不

13、平衡，我就可以造出永動(dòng)機(jī)?！笔聦?shí)上如果鏈條會(huì)滑動(dòng)，那么你就必然會(huì)推出封閉的鏈條會(huì)永遠(yuǎn)滑下去；這顯然是荒謬的，回答必然是鏈條不動(dòng)。并且他由此得到了匯交三力平衡的條件。他覺(jué)得這一證明很妙，就把圖 2 放在他的著作數(shù)學(xué)備忘錄（ Hypomnemata Mathematica ）的扉頁(yè)上，他的同輩又把它刻在他的墓碑上以表達(dá)敬仰之意。匯交力系的平衡問(wèn)題解決，也標(biāo)志著靜力學(xué)的成熟。隨著對(duì)永動(dòng)機(jī)不可能的認(rèn)識(shí)，一些國(guó)家對(duì)永動(dòng)機(jī)給出了限制。如早在 1775 年法國(guó)科學(xué)院就決定不再刊載有關(guān)永動(dòng)機(jī)的通訊。 1917 年美國(guó)專利局決定不再受理永動(dòng)機(jī)專利的申請(qǐng)。據(jù)英國(guó)專利局的助理評(píng)審員F. Charlesworth 稱

14、：英國(guó)的第一個(gè)永動(dòng)機(jī)專利是 1635 年，在 1617 年到 1903 年之間英國(guó)專利局就收到約 600 項(xiàng)永動(dòng)機(jī)的專利申請(qǐng)。這還不包含利用重力原理之外的永動(dòng)機(jī)專利申請(qǐng)。而美國(guó)在 1917 年之后還是有不少一時(shí)看不出奧妙的永動(dòng)機(jī)方案被專利局接受。 2. 邁爾的發(fā)現(xiàn)與遭遇在前面這些科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，機(jī)械能的度量和守恒的提出、熱能的度量、機(jī)械能和熱能的相互轉(zhuǎn)化、永動(dòng)機(jī)的大量實(shí)踐宣布為不可能。能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)條件是逐漸成熟了。于是這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)最早就由邁爾來(lái)開(kāi)頭。邁爾是德國(guó)的物理學(xué)家。 大學(xué)時(shí)學(xué)醫(yī)， 但他并不喜歡當(dāng)醫(yī)生，他當(dāng)過(guò)隨船醫(yī)生，工作比較清閑。在西方大約從公元 4 世紀(jì)開(kāi)始有一種大量放血的治療方法

15、。一次大約要放掉 12 到 13 盎司的血，有的則一直放血放到病人感覺(jué)頭暈為止。這種療法的根據(jù)是，在古代的西方有一種所謂“液體病理”的理論，說(shuō)人體含有多種液體，如血、痰、膽汁等。這些液體的過(guò)多或不足都會(huì)致病。放血的作用就是排除多余液體一種措施。中世紀(jì)西方的有錢人，特別是那些貴族上層人物、紳士們，還要在一年中定期放血，一般要在春秋各放血一次。放血另一種作用是使女人看上去更好看，這和西方當(dāng)時(shí)的審美觀有關(guān)，使她們既顯得白皙，又不會(huì)因?yàn)楹π叨鴿M臉通紅。所以西方的貴婦人也經(jīng)常放血。邁爾作為一名醫(yī)生，不用說(shuō)也是經(jīng)常使用放血療法給人治病的。大約是在 1840 年去爪哇的航行中，由于考慮動(dòng)物體溫問(wèn)題而對(duì)物理學(xué)

16、發(fā)生了興趣。在泗水，當(dāng)他為一些患病的水手放血時(shí)，他發(fā)現(xiàn)靜脈的血比較鮮亮，起初他還誤以為是切錯(cuò)了動(dòng)脈。于是他思考，血液比較紅是在熱帶身體不像在溫帶那樣需要更多的氧來(lái)燃燒以保持體溫。這一現(xiàn)象促使邁爾思考身體內(nèi)食物轉(zhuǎn)化為熱量以及身體能夠做功這個(gè)事實(shí)。從而得出結(jié)論，熱和功是能夠相互轉(zhuǎn)化的。他又注意到當(dāng)時(shí)許多人進(jìn)行永動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)都以失敗而告終，從童年時(shí)期就給他留下了深刻的影響。這些使他猜想“機(jī)械功根本不可能產(chǎn)生于無(wú)” 。在 1841 年 9 月 12 日他給友人的信中最早提及了熱功當(dāng)量。他說(shuō)：“對(duì)于我的能用數(shù)學(xué)的可靠性來(lái)闡述的理論來(lái)說(shuō)，極為重要的仍然是解決以下這個(gè)問(wèn)題：某一重物（例如 100磅）必須舉到地

17、面上多高的地方，才能使得與這一高度相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量和將該重物放下來(lái)所獲得的運(yùn)動(dòng)量正好等于將一磅0的冰轉(zhuǎn)化為0的水所必要的熱量。 ”1842 年 3 月，邁爾寫了一篇短文關(guān)于無(wú)機(jī)界的力的看法寄給了藥劑學(xué)和化學(xué)編年史 的主編、 德國(guó)化學(xué)家李比希，李比希立即答應(yīng)使用這篇文章。機(jī)械的熱功當(dāng)量在這篇文章中得到第一次說(shuō)明。文中說(shuō)：“人們發(fā)現(xiàn)，一重物從大約365米高處下落所做的功，相當(dāng)于把同重量的水從 0升到 1 所需的熱量。 ”他的文章發(fā)表于 1842 年 5 月。邁爾是最早進(jìn)行熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)的學(xué)者，在1842 年，他用一匹馬拉機(jī)械裝置去攪拌鍋中的紙漿，比較了馬所做的功與紙漿的溫升，給出了熱功當(dāng)量的數(shù)值。他的實(shí)

18、驗(yàn)比起后來(lái)焦耳的實(shí)驗(yàn)來(lái)，顯得粗糙，但是他深深認(rèn)識(shí)到這個(gè)問(wèn)題的重大意義，并且最早表述了能量守恒定律。他在1842 年底給友人的信中說(shuō)：“我主觀認(rèn)為，表明我的定律的絕對(duì)真理性的是這種相反的證明：即一個(gè)在科學(xué)上得到普遍公認(rèn)的定理：永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)在理論上是絕對(duì)不可能的（這就是說(shuō)，即使人們不考慮力學(xué)上的困難，比方說(shuō)摩擦等等，人們也不可能成功地由思想上設(shè)計(jì)出來(lái)） 。而我的斷言可以全部被視為從這種不能原則中得出的純結(jié)論。要是有人否認(rèn)我的這個(gè)定理，那么我就能立即建造一部永動(dòng)機(jī)。 ”邁爾的論文沒(méi)有引起社會(huì)重視，為了補(bǔ)足第一篇論文沒(méi)有計(jì)算、過(guò)于簡(jiǎn)要的缺點(diǎn)， 他寫了第二篇論文， 結(jié)果如石沉大海，沒(méi)有被采用。他論證了太

19、陽(yáng)是地球上所有有生命能與非生命能的最終源泉。后來(lái)亥姆霍茲與焦耳的論文相繼發(fā)表，人們將能量守恒定理的發(fā)明人歸于亥姆霍茲與焦耳。而他的論文既早又系統(tǒng)，卻不僅得不到承認(rèn)，而且還招來(lái)了一些攻擊文章。再加 1848 年，他禍不單行，兩個(gè)孩子夭折、弟弟又因參加革命活動(dòng)受牽連。 1849 年，邁爾從三樓跳下，從此成為重殘，而后又被診斷為精神分裂，送入精神病院，醫(yī)生們認(rèn)為他經(jīng)常談?wù)摰哪欠N新發(fā)現(xiàn)，是一種自大狂的精神病癥狀。1858 年亥姆霍茲閱讀了邁爾1852 年的論文，并且承認(rèn)邁爾早于自己影響很廣的論文?？藙谛匏挂舱J(rèn)為邁爾是守恒定律的發(fā)現(xiàn)者。克勞修斯把這一事實(shí)告訴了英國(guó)聲學(xué)家丁鐸爾（ John Tyndall

20、 ， 1820-1893），一直到 1862 年由于丁鐸爾在倫敦皇家學(xué)會(huì)上系統(tǒng)介紹了他的工作，他的成就才得到社會(huì)公認(rèn)。 1860 年邁爾的早期論文翻譯成英文出版，1870 年之邁爾被選為巴黎科學(xué)院的通訊成員，并且獲得了彭賽列獎(jiǎng)（Prix Poncelet ）。之后邁爾的命運(yùn)有很大的改善。3.亥姆霍茲與焦耳的工作亥姆霍茲與他的的論力的守恒亥姆霍茲出生在一個(gè)德國(guó)的窮教員家里，中學(xué)畢業(yè)后在軍隊(duì)服役8年，取得公費(fèi)進(jìn)入在柏林的王家醫(yī)學(xué)科學(xué)院。1842 年亥姆霍茲獲得了博士學(xué)位。 1845 年他參加了由年輕的學(xué)者組織的柏林物理學(xué)協(xié)會(huì)，之后他經(jīng)常參加協(xié)會(huì)活動(dòng)，除作軍醫(yī)之外他還研究一切他感興趣的問(wèn)題。1847

21、 年 7 月 23 日他向物理學(xué)協(xié)會(huì)作了題為論力的守恒的著名報(bào)告。報(bào)告后，他將文章交給物理學(xué)編年史的編輯，不料又和6 年前邁爾的稿件一樣的命運(yùn)，編輯以沒(méi)有實(shí)驗(yàn)事實(shí)而拒絕刊登。后來(lái)他將這篇論文作為小冊(cè)子在另一家有名的出版社出版了。文章的結(jié)論與1843 年焦耳的實(shí)驗(yàn)完全一致，很快就被人們稱為“自然界最高又最重要的原理”。時(shí)間僅差數(shù)年，又由于有有名的出版社出版，他與邁爾的命運(yùn)完全不同。后來(lái)英國(guó)學(xué)者開(kāi)爾文采用了楊所提出的能量的概念，采用“勢(shì)能”代替“彈力” ，以“動(dòng)能”代替“活力” ，使在力學(xué)中延續(xù)了近 200 年的概念上含混不清的情況得到改變。關(guān)于亥姆霍茲值得介紹的是他在德國(guó)科學(xué)家發(fā)展中所起的組織作

22、用。 1870 年，他的老師馬格努斯，德國(guó)最早的物理研究所所長(zhǎng)， 逝世了。當(dāng)時(shí)還是副教授的亥姆霍茲繼任為所長(zhǎng)。那時(shí)，德國(guó)的科學(xué)研究水平，比起英國(guó)與法國(guó)要落后得多。不久普法戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束，德國(guó)從法國(guó)得到一大筆賠款，德國(guó)的經(jīng)濟(jì)狀況有所改善，亥姆霍茲得到了 300 萬(wàn)馬克的經(jīng)費(fèi)去籌建新的研究所，經(jīng)過(guò) 5 年的努力新研究所建成。這個(gè)研究所后來(lái)吸引了大批優(yōu)秀的年輕學(xué)者，而且它的研究課題同工業(yè)的發(fā)展緊密聯(lián)系，后來(lái)形成德國(guó)科學(xué)研究的一個(gè)十分好的傳統(tǒng)。在研究所的支持者中有德國(guó)的大企業(yè)家、大發(fā)明家西門子他與亥姆霍茲是柏林物理協(xié)會(huì)的第一批會(huì)員，是老朋友。亥姆霍茲擔(dān)任德國(guó)物理協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年之久。被人稱為“德國(guó)物理的宰相” 。焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)焦耳是一位英國(guó)富有的釀造商之子，他的經(jīng)濟(jì)條