正文
德國物理學家,能量守恆定律的發現者之一,熱力學與生物物理學的先驅。1814年11月25日生於符騰堡(今巴登-符騰堡)的海爾布隆,他的父親是個藥店主。1832年進蒂賓根大學醫學系。1837年因參加一個秘密的學生團體而被停學一年,致使神經受到刺激。第二年復學後獲得醫學博士學位。1840年2月到1841年2月,邁爾作為船醫遠航到東印度,發現在熱帶地區海員的靜脈血液比在歐洲時要更紅一些。根據A.L.拉瓦錫的燃燒理論,邁爾認為,在熱帶人的機體只需要吸收較少的熱,從而機體中食物氧化過程減弱,靜脈血液中留下了較多的氧,因此顏色較紅。這使他聯想到食物中化學能與熱能的等效性。他聽到海員們說海水在暴風雨時比較熱,由此又聯想到熱與機械運動的等效性。
1841年,邁爾回到海爾布隆,利用做醫生的餘暇研究自然力(即能量)的守恆與轉化問題,寫了《論熱的量和質的測定》一篇論文,於這年6月16日寄給由J.C.波根多夫主編的《物理學與化學雜誌》。論文中邁爾根據G.W.F.von萊布尼茲“因等於果”的命題,認為力(即能)是自然界運動變化的原因,而因等於果,自然力在量上是不滅的,只是質發生變化。論文的思辨性較強,但用質量與速度的積來表示運動力(即動能),缺乏嚴密的科學論證。所以這家雜誌拒絕發表,也未退稿(此稿36年後J.K.F.策爾納才從編輯部取出發表)。
邁爾很快發現這篇論文的缺陷,決心進一步學習物理學和數學,在此基礎上,於1842年寫出《論無機界的力》一文,在J.von李比希主編的《化學與藥學雜誌》上發表了。在這篇論文中,他仍然運用因等於果的命題,論證一切自然力(即能量)是不滅的。他還論證了落體力(即勢能)可以轉化為運動(即動能),並開始用質量與速度的二次方的積來表示運動。他認為“有不能變為無”,運動一消失就轉化為熱,而蒸汽機則把熱轉化為運動。他利用熱與氣體的體積的關係,以及空氣的定壓比熱容和定容比熱容的比(с∶с)為1.421,推算出1g水從0°C到1°C時吸收的熱量等於相同質量的水下降365m所做的功,即1cal=365gf·m,但文中沒有闡明推導過程。因此邁爾是歷史上第一個提出能量守恆定律並計算出熱功當量的人。但這篇文章當時未引起注意,以後J.P.焦耳、L.A.科耳丁、H.von亥姆霍茲等人又獨立地作出了各自的發現。
1845年,邁爾在海爾布隆自費出版了《論有機體的運動以及它們與新陳代謝的關係──一篇有關自然科學的論文》。在這篇論文中,他仍從因等於果、無不生有、有不變無的論點出發,論述了能量守恆;並利用空氣的定壓比熱容和定容比熱容具體地推算出1 сal熱相當於367gf·m 的功(此數近似地正確)。文中還把物理能的形式分為5種:①重力勢能(落體力),②動能(簡單運動與振動),③熱,④磁、電(電流),⑤化學能(某些物質的化合、分解);並列舉了這些能量相互轉化的25種方式。文中還指出太陽能是地球上取之不竭的物理能的來源。植物吸收了太陽能,把它轉化為化學能。動物攝取了植物,通過氧化,把化學能轉化為熱與機械能。肌肉只是轉化能量的工具,它本身在運動中並沒有消耗。對於當時流行的並為李比希所贊同的“生活力論”,他在論文中提出反對的見解,認為生物除了吸收物質與能量之外,不需要什麼“生活力”。因此,邁爾也是第一個把能量轉化概念套用於生物學現象的人,是生物物理學的先驅。他還分析了肌肉的活動,認為運動神經猶如輪船中的舵手,起著控制的作用;新陳代謝提供了能量,猶如輪船中煤的燃燒。這接近於把控制論思想引進生物學的研究。可惜這篇論文在當時科學界又未得到重視。
邁爾一生的遭遇很不幸,他的 3個孩子在1846年和1848年相繼夭亡。他的科學成就長期得不到社會的承認,至受到攻擊。這些挫折使他在1850年 5月的一個夜晚跳樓自殺,幸未致死,但患了精神錯亂症,長期在格平根的精神病院中療養,與世隔絕;以致李比希在1858年的一次演講中宣稱邁爾已經因病早亡。波根多夫的《手冊》也正式記載邁爾的“去世”,而以後的更正卻不為人們所注意。
七八年之後,邁爾逐漸恢復了健康。他的科學成就逐漸為社會所承認。1858年瑞士巴塞爾自然科學院接受他為榮譽院士。他在1860年左右開始出席科學會議。由於英國物理學家J.廷德耳的力爭,邁爾的科學成就在英國也得到了承認。1871年,他晚於焦耳一年獲得了英國皇家學會的科普利獎章。以後他還獲得蒂賓根大學的榮譽哲學博士,巴伐利亞和義大利都靈科學院院士的稱號。1878年3月20日因右臂結核感染在海爾布隆逝世。