十九世纪三大发现之三：能量守恒和转化定律的形成及其意义 [复制链接]

第3版()
专栏：科技史话

十九世纪三大发现之三：
能量守恒和转化定律的形成及其意义
丁田　晓静
能量守恒和转化定律的提出以至确立，经历了二百多年的时间。
1644年，笛卡儿提出，物质运动是物体的一种状态，具有一定的量，这个量在整个宇宙中是守恒的。他用运动物体的质量和速度的乘积来表示这个运动量。
随着工业生产的发展，蒸汽机和电的广泛应用，以及热力学、电磁学等科学理论和实验的发展，为认识各种运动形式的转化，提供了实际的研究条件。1842年，德国年轻医生迈尔进一步论述了不同形式的能在量上的守恒。
当时，虽然已有好几位科学家，从不同角度认识到能量守恒定律，但定律还没有确立起来，一个重要原因是尚未得到实验的有力支持。1843年，英国物理学家焦耳（他长期从事电能、化学能、机械能的实验研究），公布了他所求得的热功当量为460克·米／卡，即每一卡热相当于460克·米机械功，为能量守恒提供了充分的实验根据。至此，物理学家都用“能量守恒原理”来表述定律。
十九世纪七十年代，恩格斯指出，仅仅把物质运动定律概括为能量守恒，是消极的表述。在他看来，物质不灭不能仅从数量上去把握，还必须从质量上去理解。因为各种物质运动发生了转化，即物质运动从动能（机械能）转化为电、热等。他对这一运动定律作了最精确的归纳和解释，赋予这条规律以科学名称——能量守恒与转化定律，并很快得到科学界的公认。
恩格斯称这个定律为十九世纪自然科学具有决定意义的三大发现之一。这个定律是自然科学理论的基本规律之一，包含了量和质两个方面的意义：量的方面，是指宇宙间物质运动的能量形式（机械能、热能、电磁能、化学能等）的转化，是按一定的数量关系有规律地进行的，一种物质失去了一种运动形式的一定能量，必然会产生与其他一种或几种运动形式相当的能量，在转变前和转变后的能量总和不变；质的方面，是指一切物质的运动形式可以互相转化，这种从一种运动形式（如电能）转化成另一种运动形式（如热能）的能力是物质固有的，既不能创造，也不能消灭。它揭示了各种不同的物质运动形式的共同点，及其相互依存、相互转化的辩证关系。在自然界中，一切物理变化、化学变化，以及动植物机体内的变化，无不遵守这条定律。这就从根本上排除了各种形而上学和宗教神学的说法。因此，能量守恒和转化定律的发现，又为辩证唯物主义的自然观提供了牢固的基础。
能量守恒和转化定律发现之后，人们就有了一个理论武器，能够自觉地利用物质运动及其转化的原理。就在当时，人们根据这个定律，制出各种机器，将能源转化成各种运动形式，来满足各种不同的需要。今天，人们已广泛地利用电能、原子能、太阳能、地热能，为人类造福。