Юлиус Роберт фон Майер

Юлиус Роберт фон Майер (нем. Julius Robert von Mayer; 25 ноября 1814, Хайльбронн — 20 марта 1878, Хайльбронн) — немецкий врач и физик, один из основоположников закона сохранения энергии (первого начала термодинамики). Впервые сформулировал принцип эквивалентности теплоты и механической работы, определил механический эквивалент теплоты и обосновал неуничтожимость энергии в замкнутых системах.

Биография

Ранние годы и образование

Юлиус Роберт Майер родился 25 ноября 1814 года в Хайльбронне (королевство Вюртемберг) в семье аптекаря. Был четвёртым из семи детей. После окончания гимназии в 1832 году поступил на медицинский факультет Тюбингенского университета. В 1837 году был арестован за участие в деятельности запрещённого студенческого общества «Буршеншафт», что привело к временному отчислению. В 1838 году сдал экзамены и получил степень доктора медицины.

Путешествие на Яву

В 1840 году Майер устроился судовым врачом на голландское торговое судно, направлявшееся в Батавию (ныне Джакарта, Индонезия). Во время плавания он проводил кровопускания матросам и заметил, что венозная кровь в тропиках имеет более яркий алый цвет, чем в умеренном климате. Это наблюдение привело его к идее, что в жарком климате организм тратит меньше энергии на поддержание температуры тела, поэтому окисление крови (сжигание питательных веществ) происходит менее интенсивно. Майер предположил, что теплота и механическая работа являются взаимопревращаемыми формами одной и той же сущности — энергии.

Возвращение в Германию и научная деятельность

Вернувшись в Хайльбронн в 1841 году, Майер оставил врачебную практику и сосредоточился на физике. В 1842 году он опубликовал статью «Замечания о силах неживой природы» (нем. Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur) в журнале Annalen der Chemie und Pharmacie. В этой работе он впервые сформулировал закон сохранения энергии: «Силы (энергии) не могут быть созданы или уничтожены, они лишь превращаются из одной формы в другую». Майер также вычислил механический эквивалент теплоты — 365 кгс·м/ккал (современное значение — 426,9 кгс·м/ккал).

В 1845 году Майер опубликовал более развёрнутую работу «Органическое движение в его связи с обменом веществ» (нем. Die organische Bewegung in ihrem Zusammenhange mit dem Stoffwechsel), где распространил принцип сохранения энергии на живые организмы, включая человека. Он утверждал, что теплота, выделяемая телом, и совершаемая им работа происходят за счёт химической энергии пищи.

Признание и последние годы

Несмотря на значимость открытий, работы Майера долгое время не получали признания. Приоритет в формулировке закона сохранения энергии оспаривали Джеймс Прескотт Джоуль и Герман Гельмгольц. В 1849 году физик Иоганн Поггендорф отказался публиковать статью Майера в своём журнале Annalen der Physik, назвав её «спекулятивной». В 1850-х годах Майер пережил несколько нервных срывов, был помещён в психиатрическую лечебницу, где подвергался жестоким методам лечения (кровопускания, ледяные ванны).

Лишь в 1860-х годах, после публикаций Джоуля и Гельмгольца, приоритет Майера начал признаваться. В 1867 году он был избран почётным членом Берлинской академии наук. В 1871 году Королевское общество Великобритании присудило ему медаль Копли. В 1874 году, незадолго до смерти, Майер был возведён в дворянское достоинство королевства Вюртемберг, получив приставку «фон».

Юлиус Роберт фон Майер скончался 20 марта 1878 года в Хайльбронне от туберкулёза.

Научный вклад

Закон сохранения энергии

Майер первым сформулировал закон сохранения энергии как универсальный принцип, применимый ко всем физическим и химическим процессам. Он ввёл понятие «силы» (нем. Kraft) в значении, близком к современному понятию «энергия». В работе 1842 года он писал: «Силы суть причины, и к ним применим принцип: causa aequat effectum (причина равна следствию)». Майер выделил пять форм энергии: механическую, тепловую, электрическую, химическую и «жизненную» (биохимическую).

Механический эквивалент теплоты

В 1842 году Майер вычислил, что для нагревания 1 кг воды на 1 °C необходимо затратить работу, эквивалентную падению груза массой 365 кг с высоты 1 м. Это значение (365 кгс·м/ккал) было близко к современному (426,9 кгс·м/ккал), но менее точным, чем расчёты Джоуля (1843 год, 460 кгс·м/ккал). В 1845 году Майер уточнил свой результат до 367 кгс·м/ккал.

Применение к биологии

Майер распространил закон сохранения энергии на живые организмы. Он утверждал, что растения преобразуют солнечную энергию в химическую (фотосинтез), а животные и человек используют химическую энергию пищи для совершения работы и выделения тепла. Эти идеи предвосхитили современную биоэнергетику.

Критика и приоритетные споры

Спор с Джоулем и Гельмгольцем

В 1840-х годах независимо от Майера к аналогичным выводам пришли Джеймс Прескотт Джоуль (Великобритания) и Герман Гельмгольц (Германия). Джоуль экспериментально определил механический эквивалент теплоты с высокой точностью, а Гельмгольц дал математическую формулировку закона сохранения энергии. Приоритетный спор длился несколько десятилетий. В 1862 году британский физик Джон Тиндаль выступил в защиту Майера, признав его первенство в формулировке принципа.

Признание

В 1871 году Королевское общество присудило Майеру медаль Копли, а в 1872 году — премию Понселе Французской академии наук. В 1876 году он был избран иностранным членом-корреспондентом Петербургской академии наук. Несмотря на это, вплоть до конца XIX века многие учебники физики упоминали только Джоуля и Гельмгольца, игнорируя вклад Майера.

Память

Научные награды

В честь Юлиуса Роберта фон Майера названа медаль, вручаемая Немецким физическим обществом за выдающиеся достижения в области физики. В 1970 году Международный астрономический союз присвоил имя Майера кратеру на обратной стороне Луны.

В культуре

В 1942 году, к столетию открытия закона сохранения энергии, в Хайльбронне был установлен памятник Майеру. Его имя носит одна из площадей города. В 1956 году ФРГ выпустила почтовую марку с портретом учёного.

Источники

• Mayer, J. R. (1842). Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur. Annalen der Chemie und Pharmacie, 42(2), 233–240.
• Mayer, J. R. (1845). Die organische Bewegung in ihrem Zusammenhange mit dem Stoffwechsel. Heilbronn: Drechsler.
• Caneva, K. L. (1993). Robert Mayer and the Conservation of Energy. Princeton University Press.
• Льоцци, М. (1970). История физики. М.: Мир.