能量守恒定律

　　能量守恒定律（conservation，of energy，law，of），自然科学中最基本的定律之一。它科学地阐明了运动不灭的观点。它可表述为：在孤立系统中，能量从一种形式转换成另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在转换和传递的过程中，各种形式，各个物体的能量的总和保持不变。整个自然界也可看成一个孤立系统，而表述为自然界中能量可不断转换和传递，但总量保持不变。

　　从18世纪末到20世纪40年代，6个国家的10多位科学家从不同角度或否定热质说或独立地提出了能量守恒观点。俄国化学家盖斯于1836年发现，任何一个化学反应，不论是一步完成，还是几步完成，放出的总热量相同，即证明了能量在化学反应中是守恒的，被认为是能量守恒定律的先驱。德国医生J.R.迈尔，于荷兰远航东印度船中任船医时，在热带地区看到海员静脉中的血红于在欧洲时，他联系到L.A.拉瓦锡的燃烧理论，认为机体需热量小，食物氧化过程减弱，静脉血中留下较多的氧，从，而想到食物中化学能与热能的等效性。又从海员谈话中听到海水在暴风雨中较热，想到热和机械运动的等效性，1841和1842年连续写出论自然力（即能）守恒的论文，并从空气的定压和定容比热之比，推算出热功当量为1卡等于365克力·米。因此迈尔是公认的第一个提出能量守恒并计算出热功当量的人。J.P.焦耳是英国的酒商和业余的物理学家，从1837年开始就研究电流产生热量，以后又用多种机械装置反复测定热功当量，一直工作到1878年，终于精确地测定了热功当量值（他用的是英制，换算后为4.51焦／卡），和现代值很近，从而为能量守恒奠定了巩固的实验基础，因此也被公认为发现人之一。德国生理学家H.von亥姆霍兹在不了解迈尔和焦耳的研究情况下，从永动机不可能出发，思考自然界不同的力（即能）间的相互关系。在专著《力的守恒》中提到张力（今称势能）和活力（即动能）的转换，还深刻地阐明热的本质：“被称为热的量的，一部分是指热运动活力的量，另一部分是指原子之间张力的量。这些张力在原子的排列发生变化时能引起热运动，第一部分相当于称之为自由热的部分，第二部分相当于称之为潜热的部分。”他还分析了在电、磁和生物机体中的力的守恒问题。尽管他系统地完整地综合了能量守恒理论，他仍把发现定律的优先权让给迈尔和焦耳。此外，还有好几位科学家对这条定律作出贡献，但这条揭示力、热、电、化学等各种运动间的统一性，使物理学融为一体的重要定律，在诞生初期却受到重重阻挠。英国皇家学会曾拒绝宣读焦耳的论文，德国主要物理学杂志主编J.C.波根多夫因含有思辨内容为由曾先后拒绝发表迈尔和亥姆霍兹的论文，使得他们不得不以小册子形式自费出版论文。

　　20世纪，根据A.爱因斯坦的狭义相对论，能量有新的涵义，高速运动的粒子的能量表示式也和宏观、低速运动的物体的表示式有根本差别。实验证明，康普顿效应等高速粒子碰撞现象完全符合能量守恒，而且还能根据这条定律预言在β衰变中出现的新粒子——中微子。因此这条从宏观物理现象总结出来的基本定律完全符合微观粒子的运动。确保了它在自然科学中的重要地位。已知道它是和时间平移对称性相关联的，并和三个方向上的动量守恒，组成了四维空间的守恒关系。