Сохранение энергии. Майер, Джоуль, Гельмгольц
Первым, кто определил механический эквивалент теплоты (в 1842 году), был судовой врач Рсберт Майер (1814 — 1887). Вскоре та же мысль была выдвинута Джоулем (1818 — 1889) — ученым - любителем, сыном богатого пивовара, а также физиологом и физиком Гельмгольцем (1821 — 1894); по сути дел, одна и та же идея, хотя и не столь ясно выраженная, по - видимому, независимо приходила в голову, по крайней мере, еще пяти другим физикам или инженерам. Подход к ней со стороны трех главных ее авторов был принципиально различным. Майера привели к этой концепции общие филосефские соображения космического порядка. Его поразила аналогия между «живой силой» (энергией), приобретаемой телами, падающими по закону тяготения, и теплотой, отдаваемой сжатыми газами. Джоуля первоначально привели к этой идее эксперименты, целью которых было определить, в какой степени новый электрический двигатель мог стать практическим источником энергии. Доказывая невозможность подобного использования такого двигателя, поскольку энергия получалась от сжигания чрезвычайно дорогостоящего цинка в батарее, которая давала ток двигателю, он задумался над количественной эквивалентностью работы и теплоты. Свои соображения он в 1843 году сообщил Британской ассоциации в Корке, которая, однако, не уделила им почти никакого внимания. Королевское общество отказалось опубликовать его доклад в полном объеме, и Джоулю пришлось добиваться признания посредством все более точных экспериментов.
В 1847 году Гельмгольц, пытаясь применить ньютонову концепцию движения к движению большого числа тел, находящихся под влиянием взаимного притяжения, показал, что сумма силы и напряжения, то, что мы назвали бы кинетической и потенциальной энергией, остается постоянной. Данное утверждение является законом сохранения энергии в его наиболее общем смысле. Эта формулировка важна была тем, что примиряла новые доктрины теплоты с более старыми доктринами механики — процесс, который был завершен главным образом Уильямом Томсоном (позднее лорд Кельвин), другом как Джоуля, так и Гельмгольца, в его докладе «О динамической теории тепла» (1851).
Но каким бы различным ни был их подход к проблеме, все эти ученые находились под влиянием, скорее прямым, чем косвенным, настроений века пара и, в частности, паровоза. Как заметил Майер, «Локомотив с его поездом может быть сравнен с перегонным аппаратом; тепло, разведенное под котлом, превращается в движение, а таковое снова осаждается на осях колес в качестве тепла».
Закон сохранения энергии — а механическая работа, электричество и теплота представляют собой только различные формы ее — был величайшим физическим открытием середины XIX века. Он объединил много наук и находился в исключительной гармонии с тенденциями времени. Энергия стала универсальной валютой физики — так сказать, золотым стандартом изменений, происходивших во вселенной (103). То, что было установлено, представляло собой твердый валютный курс для обмена между валютами различных видов энергии: между калориями теплоты, килограмметрами работы и киловатт - часами электричества. Вся человеческая деятельность в целом — промышленность, транспорт, освещение и, в конечном счете, питание и сама жизнь — рассматривалась с точки зрения зависимости от этого одного общего термина — энергия.