能量守恒定律是怎么来的?
能量守恒定律是自然界的基本定律之一,那么它是如何产生的呢?能量守恒定律来源于对荒诞的“永动机”的研究这真是一件让人哭笑不得的趣事:荒诞的永动机就像一位母亲。她生了能量守恒定律之后,她儿子判了她死刑。
原来,在永动机面前,一次次的战斗和失败,迫使人们不得不重视对能量本质以及各种能量相互转化和数量关系的研究。这是很自然的。“永动机”是将一种能量转化为另一种能量并永远提供能量的“机器”。
“永动机热”比1775年巴黎科学院决定停止评审论文《永动机》时还冷。大多数人终于开始冷静思考。
仅仅过了20多年,美国出生的本杰明·汤姆森(1753 ~ 1814,他更广为人知的名字是伦福德伯爵,去英国后被封侯)在1798年发现,钻金属时产生的热量使水沸腾。第二年,英国的大卫(1778 ~ 1829)也发现,在真空中用钟表摩擦两块冰,可以融化成水。这个“热质和燃素同葬一墓”的实验,显然把热能和机械能的转化联系了起来。汤姆逊还通过实验首次提出了粗略的热的力学当量。然后在1800年意大利伏特发明电池后,人们发现了电流的热效应和磁效应等电磁现象。这样,关于电、磁、热关系的研究也开始了。此外,生物界也证明了动物维持体温和进行机械活动的能量与摄入食物的化学能有关。这样,到19世纪上半叶,人们已经初步实现了力、热、光、电、磁、化学能等各种能量之间的转化和关联。
同时,这一时期小规模工业正在向大型机械工业过渡,各种动力设备的研究和利用促使人们摆脱“永动机”的不切实际的幻想,转而脚踏实地地研究机器工作的能量来源和转换。
就这样,由于永动机失败的教训和由于生产实际需要而对各种能量进行研究所取得的成果,奏响了能量守恒定律发现的序曲,随后是19世纪上半叶能量守恒定律的建立和19世纪下半叶对它的认识。
在科学史上,因为人们犯的一个错误而诞生另一项成就的情况并不少见。它给了我们有益的启示:自然界充满了辩证法,我们不必担心自己有时会犯不可避免的错误。
能量守恒定律已被公认为真理。但是,真理是相对的,不是一成不变的。有的人认为是大量实验得出的规律,有的实验因为没有严格的逻辑证明而无法确立一个真理;尤其在微观领域,还需要更多的实验来证实。所以,虽然人们至今没有发现这个规律不成立或不修改的迹象,但如果它被扩大和修改到有一天被推翻,我们也不应该感到奇怪。1998年声称光速在接近绝对零度时可以变得非常慢,然后在1999年测量到光速可以慢到17 m/s,这无异于动摇了爱因斯坦狭义相对论所依赖的两个原理之一的基础——光速不变原理。此外,1962年前后,中国数学家华对狭义相对论数学基础的研究,1960年马修斯和桑德奇对类星体的发现,以及随后对类星体子源向外膨胀速度高达10倍光速的研究,都认为超光速可能存在。连“光速不变”都有可能被否定或修改,那还有什么不可能的呢?