Az energia és a romantika

Martinás Katalin: Az energia-megmaradás történetéhez-

Julius Robert Mayer a XIX. Század Galileije vagy dilettáns fizikus?

Egyetemista korom óta izgatott Robert Mayer. Ténylegesen mit és hogyan fedezett fel. A szokásos zanzásított életrajza szerint észrevette, hogy a hajósok vénás vére a trópusokon élénk piros, ebből rájött, hogy az erő (energia) megmarad. A cikkét először elutasították, később a konzervatív tudósok (a hőanyagelmélet hívei) e felismerése miatt elmegyógyintézetbe zárták. Számomra ez a történet lehetetlennek tűnt.

A mostani tankönyvek az állandó nyomású és állandó térfogatú fajhő arányból történő hő-munka egyenérték számítását említik. Egy fizikát nem tanult orvostól ez szép, de érthetetlen.

Pár évvel ezelőtt Ropolyi Lászlóval írtunk egy termodinamika történeti cikket, amelyben Robert Mayerről azt írtuk, hogy írása azért nem válhatott népszerűvé, mert a romantikus természetfilozófia szellemiségében írta[1]. Nemrég megtaláltam magyarul két részletes Robert Mayer életrajzot Czógel Alajos művét[2] és Ostwald írását[3].. Ezen kívül, Gurka Dezső hatására, aki 2008. áprilisában egy Romantika konferenciát szervezett Szarvason- megismerkedtem a romantikus természetfilozófiával. A kettő együtt már érthetőbbé teszi Robert Mayer életét és munkásságát. A romantikus természetfilozófia nemcsak formailag jelent meg Mayer műveiben, hanem ez a szemléletmód tette lehetővé az energia-megmaradásának és magának az energiának a felismerését Mayer felismerte, hogy a természetfilozófiai megközelítés egységes szemléletmódjában szereplő metafizikai „erő” (energia) lehozható a Földre, kiszámítható- és egy új fizikát (termodinamikát – a mai szóhasználattal –kapunk).

A dolgozat végén még egy sokat idézett- és nagyon nem ismert mondás eredeti forrását is olvashatjuk. Ostwaldról- az energetizmus atyjáról mondják, hogy tagadta az atomok létezését. Eredetileg Ostwald Nobel díjas vegyész volt- és nagyon sikeres és jó oktató-, aki az atomelméletet is tanította. Nehéz volt elképzelni, hogy milyen értelemben tagadta az atomok létezését. A cikk végén lévő idézet megadja a választ.

1. Mayer felfedezése -Az erő megmaradása

Robert Mayer (1814-1872) az autodidakta fizikus volt, orvosnak tanult. Az egyetemen nem is tanult fizikát, mert véletlenül éppen akkor, amikor a tübingeni egyetem hallgatója volt a fizika professzori állás nem volt betöltve. A felismerése után (nagyon rövid idő alatt) tanulta meg a szükséges ismereteket- barátai, elsősorban Baur segítségével.

1840-ben hajóorvosként Jáva felé utazott egy holland hajón, amikor megfigyelte, hogy a matrózok vénás vére a trópusokon vörösebb, mint a mérsékelt égöv alatt. Arra következtetett, hogy a szervezetben ilyenkor kisebb fokú oxidációs folyamatok zajlanak le, minthogy az életműködéshez szükséges hő egy részét a természet szolgáltatja, és ez csökkenti a vénás és artériás vér közötti színbeli különbséget. Innen eljutott ahhoz a gondolathoz, hogy az élelmiszer oxidációjából származó kémiai energia, a test hője és az emberi test által végzett munka egymásba átalakíthatók, s eközben az erő (energia) nem vész el, és nem is keletkezik, csak átalakul.

A mai ismereteink, fogalmaink alapján -nehéz megérteni felismerését. Az energia köznapi szó lett, és már gyerekkorban megtanuljuk az „energia nem vész el, csak átalakul” frázist. A fizika (termodinamika) történet paradigmája szerint az energia megmaradása a hőanyag (kalorikum) elmélet tagadásával alakult ki. Ez a képlet azonban nehezen alkalmazható Mayernél. Egyrészt nem is valószínű, hogy ismerte. Másrészt, ha ismerte volna, akkor segítségével is megmagyarázhatta volna a jelenséget. A kalorikum elmélet alapján a hő „anyag”, amely egyik testből a másikba áramlik a hőmérséklet különbség hatására. A munkával (dörzsöléssel) keletkező hőt úgy értelmezték, hogy ekkor a környezetből viszünk be hőt a testbe. Sadi Carnot ezzel a képpel írta le a gőzgép működését. Így a vér színének megváltozása értelmezhető lett volna egy, a Carnot-éhoz hasonló gondolatmenettel.

Czógel Alajos így összegezte Mayer munkásságát [4]: és felfedezését:

„Egy oly törvénynek a fölkeresése, melynek szigora alól egy természeti tüneményt sem lehet kivonni, a legméltóbb tárgya lehetett az olyan tudománynak, mint a milyen a fizika. Hogy ez a tárgy, mely most, miután feltaláltatott, olyan nagyon egyszerűnek látszik: mégis egyike volt a legnehezebbeknek, arról meggyőzően tanúskodik az a körülmény, hogy feltalálása csak a fizika egyes ágainak nagy kifejlődése után sikerült, hogy e találmányt a tünemények benső összefüggését kimutató experimentális és raczionális búvárlatok nagyszámú specziális eredményeinek kellett megelőzniük.

Az erő megmaradása elvének felállítása a Mayer halhatatlan érdeme. Ez az elv, mely nem csupán a fizikára, hanem a természettudományok valamennyi ágára új fényt vala derítendő, egyike a legnagyobb tényeknek, melyekkel a fizika Galilei óta gazdagodott, mert míg egyrészt ezen elv által az ismert tények elvies jelentőségű törvényei általános igazságnak alárendelt, de egymással - épen ez általános igazság következményei által - szorosan összefüggő tagjaivá lettek, másrészt ez az elv maga is a specziális búvárlatok új mezejét nyitotta meg, oly mezejét, mely emez alapigazság nélkül, mint a föltétlen kiinduló pont nélkül, eddig sem vala, s ezután sem lett volna átkutatható. A Mayer megnyitotta mezőnek teljes megmívelése még sok nemzedék munkáját fogja igénybe venni.”

2. Az erő a XIX. században

Robert Mayer szerepét és munkásságát csak akkor érthetjük meg, ha történelmi perspektívában nézzük a problémát. Mayer az erő megmaradásáról beszélt. Az erő a mai szóhasználatban egyértelműnek tűnik- a newtoni erő, azaz az impulzus (lendület) megváltozása időegység alatt az erő, viszont a megmaradása értelmetlen. Az erőnek a mai jelentése azonban csak a XIX. század második részében terjedt el. A század közepéig egy diffúz fogalom volt, amely talán a változásképességnek feleltethető meg. Sok mindent jelentett, és nagyon sok szót használtak hasonló jelentésben. A problémát természetesen felismerték, Például David Hume 1739-40 között így foglalta össze a fogalomzavart: „I begin with observing that the terms efficacy, agency, power. Force, energy, necessity, connexion and productive quality, are all nearly synonimous. „Sajnos, nem ismerek olyan XVIII. századi magyar nyelvű művet, amely ezzel a problémával foglalkozott volna- ezért a fenti mondat hiteles fordítását, nem tudom megadni- a modern fordítás, pedig már a mai szóhasználatot tükrözné. A fordítás helyett, inkább egy összefoglalást adok az általam ismert jelentésekből:

A modern fogalmakkal kifejezve a régi „erő” fogalmat, legalább ötöt azonosíthatunk, ezek

– A newtoni erő- vonzó-taszító erő.

– A hajtóerő (kémia, termodinamika) – a különbségekből eredő változtatás képesség

– Az impulzus (lendület) – elsősorban a skolasztikában és a kartéziánusoknál.

– A megmaradó energia

– A felhasználható energia (exergia) – amely nem teremthető, átadódik és disszipálódik[5].

3. Az erő fogalom a történelemben

A természet törvényeit az ókorban: Arisztotelész szerint a világot felépítő négy őselem a tűz, a víz, a levegő és a föld. A dolgok természetét kialakító alapvető aktív minőségek, szervező elvek a meleg és a hideg. Ezek egyszerre szerepelnek szervező elvekként és konkrét termikus hatásaikkal is: pl. a meleg melegségénél fogva meggyógyíthat (rendbe tehet) beteg testrészeket: tehát általában nem pusztán elvont elvekként működnek, hanem nagyon konkrétan is. Az Arisztotelész féle tűz nem elsősorban éget, hanem inkább a mai hő és energia és exergia fogalmak antik megfelelője. Az irreverzibilitás világnézeti és termodinamikai szerepének összekapcsolódására talán a legszebb példa a mozdulatlan mozgató (vagy a hőhalál) problémája.

Az arisztotelészi rendszerben a természetes mozgások eredménye egy egyensúlyi helyzet volna, pl. a felhőkben lévő víz, nehéz természete miatt eső formájában leesik, a tengerbe jut. De nem marad ott, ugyanis a Nap ismét elpárologtatja. De mi mozgatja ezt a mechanizmust, honnan ered a Nap melege? A Nap mozgatóerejét a szférák súrlódása révén szerzi, s így képes a vizet elpárologtatni.

De mi tartja fenn ezt a mechanizmust, honnan származik a szférák mozgása? A szférák egymáson súrlódó mozgását az első szféra mozgása váltja ki, amelyik viszont közvetlenül a mozdulatlan mozgató beavatkozására jön létre. Vagyis: a természetes mozgások révén kialakuló egyensúly folytonosan megbomlik a mozdulatlan mozgató állandó beavatkozása miatt. A mozdulatlan mozgató akadályozza a stabil egyensúly beálltát, a rendet folytonosan összezavarja, állandó keletkezésre készteti. Ez egy entrópikus Isten: éles ellentétben áll a XVII XVIII. század mechanikus Istenével, aki majd a rend nagy létrehozója, a nagy konstruktív szerepét fogja játszani.

Így az arisztotelészi rendszerben nincsen hőhalál, ez egy nyílt rendszer. A mozdulatlan mozgató ilyen módon való bevezetésével Arisztotelész rendszerét logikailag zárttá, de fizikailag, energetikailag nyílttá tette.

Középkor: Történetileg a skolasztikánál kezdhetjük a leírásunkat, ahol még minden mozgót valami mozgat. Az eldobott tárgyat az impetus (impulzus) mozgatja. Az impetus-elmélet első megfogalmazását a hatodik századi alexandriai filozófus, Philoponosz Grammatikosz[6] adta. A skolasztika szerint minden egyes „erő” mozgása közben „elhasználódik”, csak addig képes bármit is mozgatni, míg el nem használódik – az impetus (impulzus) mozgásközben elfogy..

Descartesnál a természettörvénye az impetus megmaradás formájában jelenik meg, amely az impulzus megmaradás proto-megfogalmazásának is tekinthető, mivel az irány nem (csak az m*v abszolutérték) jelenik meg. Descartes a tömeg és a sebesség szorzatát tekintette impetusnak. Érdekes, hogy Mayer a legelső változatban, amelyet a Poggendorf Annales-ba küldött be szintén az impetus megmaradás alapján érvelt. Erre a dolgozatra azonban még választ sem kapott. Az impulzus megmaradás törvényét Newton fogalmazta meg, a III. axióma a hatás-ellenhatás törvénye azt jelenti, hogy kölcsönhatásban a teljes impulzus nem változik. A modern fizika az impulzus megmaradást a világegyetem eltolás invarianciájával kapcsolja össze.

Leibniz a vis viva és a vis mortua fogalmát vezeti be – ezt szokás a proto energiafogalomnak tekinteni. A vis viva a tömeg és a sebesség négyzetének szorzata. A kettes osztó lényeges koncepcionális különbséget jelent. A vis viva változása nem kapcsolható össze a munkavégzéssel. A munka a fizikában csak 1830-ban, Coriolis művében jelent meg, aki megmutatta, hogy a kinetikus energia változása megegyezik a munkavégzéssel.

A mechanikai energia megmaradását, mint matematikai eredményt (integrációs állandót) felismerték, de a fizikusok számára nem volt fontos. Ahogy a munka, ugyanúgy a mechanikai energia is megjelent a matematikai eredményekben, de nem kapott önálló nevet. A fizikusok nem foglalkoztak a metafizikai problémával, az univerzális megmaradó mennyiség kérdésével, és

Joseph Black 1770-ben felismerte, hogy a hőközlés mérhető, és bevezette a fajhő fogalmát, s ezzel megalkotta a kalorimetriát, amelynek elméletét Lavoisier dolgozta ki részletesen. A vizsgált jelenségekben hőátadás történt, ezért a jelenségek magyarázatára Lavoisier a kalorikum (hőanyag) elméletet javasolta. A termikus jelenségek magyarázata így hasonló lett az elektromos jelenségekéhez. Érdekességként érdemes megjegyezni, hogy a termodinamika elnevezés is ezt a szemléletet tükrözi- a termikus (hő) jelenségek vizsgálatát sugallja a név- és nem a természet fenomenológikus leírást-, amely a tényleges tartalma.

4. Az energia-megmaradás

Az energia-megmaradás felismerése a metafizikai és a fizikai eredmények egyesítéséből származott. T. S. Kuhn az 1959-ben írt[7] „ Az energia-megmaradás, mint példa a szimultán felfedezésre” cikkében rámutatott arra, hogy az energia fogalom megszületése három különböző folyamat együttes eredménye.

Először is volt az angol út- a hő – munka- elektromosság átalakításának törvényszerűségeinek vizsgálata – James Prescot Joule (1818–1889) mérései, de meg kell még említeni Thomson[8] (későbbi lord Kelvin) munkásságát , és Rankine[9] eredményeit-, akinek az energia szó elterjedése köszönhető. Az erő (energia) megmaradás volt a paradigma. Idézem Joule fajhős cikkének kezdetét:[10] „Believing that the power to destroy helongs to the Creator alone, I entirely coincide with Roget and Faraday in the opinion that any theory which, when carried ont, demands the annihilation of force, is necessarily erroneous.” (Egyedül a Teremtő képes az erőt lerombolni. Teljesen egyetértek Roget és Faraday véleményével, amely szerint minden olyan elmélet, amelyik az erő eltűnését követeli meg- csak hibás lehet.)

Joule gondos méréseivel meghatározta a hő munka egyenértéket, és megmutatta, hogy a kalorikum elmélet jóslatával szemben a munka-hő átalakítás nem függ a hőmérsékletektől, hanem egy univerzális állandó. Tiszteletünk jeleként róla neveztük el az energia mértékegységét, és így a mai egységekkel Joule gondos méréseinek eredménye: 1 Joule munka melegítő hatása megegyezik egy Joule hő melegítő hatásával. Eredményei nem keltettek érdeklődést – egész addig, amíg Kelvin közvetítésével a német eredmények – az erő megmaradásáról meg nem érkeztek Angliába. Joule-nál hiányzott a metafizika, és így egy speciális, termikus eredménynek tűntek mérései – és meg kell említeni, hogy a mérése nem volt igazán bizonyító erejű – nagy volt a szórás.

Másodszor volt a racionális francia mérnöki iskola-, amelynek egyik célkitűzése a lehető legjobb gép készítése volt. Először a vízi erőgépek elvi működését vizsgálták. Elsősorban Nicolas Carnot nevét kell megemlíteni, majd - majd a hőerőgépek elemzését végezte fia, Sadi Carnot[11]. Ez a kutatás vezetett a perpetuum mobile lehetetlenségének kimondásához (1775) és a körfolyamatok vizsgálatához. Meg kell még említeni Coriolis és Poncelot[12] nevét is, akik bevezették a munka fogalmát a fizikába, és megadták a mozgási energia változásának és a munkavégzésnek a kapcsolatát.

Sadi Carnot a hő-munka átalakítást vizsgálta, és azzal a feltevéssel, hogy a hő megmarad-, azaz a magasabb hőmérsékletű helyről átmegy a hidegebbre- és a perpetuum mobile lehetetlenségéből, megmutatta, hogy a maximális munkavégzés csak a hőmérsékletektől függ. Talán a mai szóhasználattal azt kellene mondanunk, hogy Carnot „mozgató erese” az exergia volt. A tényleges munkavégzőképességet, amely eldisszipálódhat- határozta meg.

Harmadszor volt a metafizika, a német út, amely az élőszervezetekben lejátszódó folyamatok vizsgálatából indult ki. Két főbb irányzat emelhető ki- a vis vitalis elmélet- amely szerint a fizikai és kémia törvényei az élőszervezetekre nem érvényesek- és a másik a természetegységét valló -a romantikus természetfilozófiával fémjelzett megközelítés. Az általános erő – a természeti hajtóerő megmaradása , mint a természet egységének kifejezője érett formában a romantikus természetfilozófia megfogalmazása lett.

Schelling[13] a természetet egyetlen szellemi princípium megnyilvánulásának tartja, amely a maga képére formálja az anyagot. Minden természeti forma ugyanahhoz a mintához, ideálhoz közelít.

Robert Mayer és Hermann Helmholtz ugyan más úton közelítették meg, de ugyanazt a kérdést, az állati hő eredetét vizsgálták. Mindketten orvosi egyetemet végeztek és a felismerés idején ténylegesen orvosként dolgoztak. Mayer a későbbiekben is megmaradt orvosnak, Heilbonban volt főorvos, míg Helmholtz később fizika professzor lett. Helmholtz munkája 1847-ben jelent meg: Über die Erhaltung der Kraft címmel[14]. Helmholtz stílusán is érződik a romantikus természetfilozófia hatása, de tárgyalásmódja már teljesen fizikusi.

Mayer felismerése a metafizika és a fizika egyesítése. Felismerte, hogy az erő mérhető, kvantitatívan jellemezhető. A felismerés folyamata Mayer megfogalmazásában:

"1840 nyarán, mondja Mayer, a Jáva szigetére újonnan megérkezett európaiakon végrehajtott érvágásoknál azt tapasztaltam, hogy a kar vénájából eresztett vérnek majdnem kivétel nélkül föltünően vörös színe volt."

"Ez a jelenség magára vonta teljes figyelmemet. Kiindulván a Lavoisier égés-elméletéből, mely az állati hőt égés-folyamatnak tulajdonítja, azt a kettős színváltozást, melyet a vér a kicsiny és a nagy körfutás hajszáledényeiben szenved, úgy tekintettem, mint a vérrel végbemenő oxidácziónak érzékileg észrevehető jelét, látható reflexusát. Az emberi test állandó mérsékletének megtartására kell, hogy annak hőfejlesztése a hő veszteségével, tehát a környező médium mérsékletével is szükségképen bizonyos értékviszonyban álljon s ennélfogva kell, hogy mind a hőtermelés és az oxidáczió-folyamat, mind pedig mind a két vérnemnek színkülönbsége a forró égöv alatt egészben véve kisebb legyen mint a hidegebb vidékeken."[15]

1842-ben közöl írásában, amely a vegyész Liebig által szerkesztett évkönyvben jelent meg, nem hivatkozik filozófusokra munkáiban, de a német romantika- a természetfilozófia szemléletmódjának hatását egyértelműen felfedezhetjük az [16] Mayer értekezése megpróbál megfelelni ama kérdésre, hogy mit értünk erők alatt s hogy ezek egymással hogyan függnek össze; Mayer arra törekszik, hogy az erő fogalmát ép oly szabatossá tegye, mint az anyagét. Egy részlet a 42-es cikkből:

... „Az erők okok, és így azokra teljes mértékben alkalmazható az alaptétel: causa aequat effectum. Ha a c ok okozata e, akkor c = e; ha e ismét az oka egy másik f okozatnak, akkor e = f stb. c = e = f . . . = c. Az okok és okozatok egy láncolatában, mint ahogy az egy egyenlet természetétől következik, sohasem válhat egy tag vagy egy tag egy része nullává. Minden ok első tulajdonsága tehát az elpusztíthatatlansága.

Ha az adott c ok létrehozta a vele egyenlő e hatást, ezzel c egyúttal megszűnt létezni; c tehát e-vé vált; ha e létrehozása után c egészen vagy részben még megmaradt volna, úgy ezen visszamaradó oknak további okozat kellene hogy megfeleljen; c okozata tehát e kellene hogy legyen ellentétben c = e feltevésünkkel. Így, minthogy c e-be, e f-be stb. megy át, ezeket a mennyiségeket egy és ugyanazon objektum különböző megjelenési formáinak kell tekintenünk. Az a képesség, hogy különböző formákat tud felvenni, a másik lényeges tulajdonsága minden oknak. A két tulajdonságot összefoglalva mondhatjuk: az okok kvantitatíve elpusztíthatatlanok és kvalitatíve változékony objektumok.”

Ez a rész ma nehezen érthető, de akár Schelling is írhatta volna. Mayer evvel meghatározta az erők (energia) első főtulajdonságát átalakulhatnak és elpusztíthatatlanok.

„A természetben az okok két nagy osztálya létezik, amelyek között a tapasztalat szerint nincs átmenet. Az egyik osztályt azok az okok alkotják, amelyek ponderábilisak és inpenetrábilisak: az anyagok; a másik osztályt azok az okok teszi ki, amelyeknél hiányoznak ezek a tulajdonságok: az erők ... Az erők tehát: elpusztíthatatlan, változékony, imponderábilis objektumok.

„Az esési erő, mozgás és hő között fennálló természetes összefüggést az alábbi módon tehetjük szemléletessé: Tudjuk, hogy a hő úgy lép előtérbe, hogy a test egyes anyagrészei egymáshoz közelebb igyekeznek; az összenyomás hőt fejleszt; ami most már a legkisebb anyagrészekre és a köztük levő legkisebb térre igaz, alkalmazható kell, hogy legyen nagy tömegekre és mérhető térrészekre is. Egy teher süllyesztése a Föld számára tényleges térfogatcsökkenést jelent, minden bizonnyal kapcsolatban kell hogy álljon az ilyenkor fellépő hővel; ennek a hőnek a teher nagyságával és a távolságával pontosan arányosnak kell lennie ... „

Ez a rész a zseniális autodidakta írása. Az érvelés hibás, nem felel meg a mai ismereteinknek, de a végeredmény jó. Mai megfogalmazásban a helyzeti energia alakul át ilyenkor hővé- és ténylegesen a hőhatás a tömeg és a magasság szorzatával arányos.

„Téziseinket, amelyek szükségszerűen következnek a "causa aequat effectum" alaptételből, és amelyek tökéletes összhangban állnak az összes természeti jelenséggel, egy gyakorlati következtetéssel zárjuk ... meg kell határoznunk, hogy milyen magasra kell a Föld felszíne fölé emelni egy meghatározott súlyt, hogy az esési ereje ekvivalens legyen az azonos súlyú vízmennyiség 0-ról 1 ^oC-ra való melegítésével. Hogy egy ilyen egyenlet a természetben gyökerezik, tekinthető az eddigiek rezüméjének. „

Ez a mérés így kivitelezhetetlen, de Mayer megtalálta a kiszámítás módját

A gázokra vonatkozó ismert hő- és térfogatviszonyok alkalmazásából ..., az atmoszferikus levegő állandó nyomáson és állandó térfogaton mért kapacitásának hányadát 1,421-nek véve, az adódik, hogy egy súly lesüllyedése kb. 365 m magasságból megfelel egy hasonló súlyú víz 0-ról 1 ^oC-ra való melegedésének.” A helyes (pontos) eredmény 418 m, A számítási eredménye csak azért téves, mert pontatlan adatokból indult ki.

Az egyenértéket kifejező szám tette föl a Mayer eszméire a koronát. Enélkül az egész elmélkedésnek metafizika maradt volna- ettől viszont fizika lett. Mayer felismerése- a metafizikai „erő” állapotjelző – mérhető (kiszámolható). A természet egysége a „mozgató erő” átalakíthatósága, és nem teremthetősége. Nem volt visszhangja a művének, de szerencsére testvére, aki patikus volt támogatta. A későbbi műveit saját költségén adta ki.

Közelebb jutunk a megértéshez, ha a Baurhoz írt levelenék a vonatkozó részét olvassuk:

"A vegyésznek az az alapelv az irányítója, hogy maga a "szubsztancia", az anyag lényege elpusztíthatatlan, és hogy az alkotóelemek a létrejött összetétellel a legszükségszerűbb vonatkozásban állanak; ha H és O eltűnik (minőségileg elértéktelenedik) és HO lép fel, a kémikusnak nem szabad azt feltételeznie, hogy H és O tényleg semmivé lett, s HO véletlenül és kívülről képződött; ennek a tételnek szigorú érvényesítésén épül fel az újabb kémia, amely nyilvánvalólag csak így vezethetett határozott eredményekhez." "Az erőkre [energiákra] is ugyanezeket az alapelveket kell alkalmaznunk; szintén elpusztíthatatlanok, mint a szubsztancia, szintén kombinálódnak egymással, régi alakjukat elvesztik (mennyiségileg semmivé lesznek), új formában lépnek fel s a régi [és] új formák összefüggése épp oly lényeges, mint a H és O s a HO között. Az erők (amelyeknek szigorúan tudományos kifejlődését nem fogom magyarázatlanul hagyni) mozgásból, villamosságból és melegből állanak."

Mayer felismerése az első főtétel, az energia megmaradása- mégpedig az a fontos adalék Schellinghez képest, hogy kavantiatív összefüggés van a változások között. Mai szóhasználattal élve, felismerte, hogy az erő (energia) állapotjelző. Felismerte, hogy egy szigorú könyvelővel van dolgunk- csak olyan változások mehetnek végbe, amikor a megmaradás teljesül. Megsejtette a

dU = dQ + dL

formát, és ehhez megtanulta a fizikai alapokat.

Az elméletének bizonyítéka (következménye) a hő egyenérték meghatározása. Először a leeső test (víz) melegedésével tervezte a meghatározást, aztán megismerte Gay-Lussac eredményét- hogy a vákuumban kiterjesztett gáz hőmérséklete nem változik. Ebből levonta következtetést, hogy a gáz fajhője nem függ a sűrűségtől, és így az állandó nyomású és az állandó térfogatú fajhők arányából az egyenérték meghatározható.

"Az organikus mozgás az anyag változással való kapcsolatban; természettudományi tanulmány."

Itt van az energia ismeretes alakjainak első táblázatos kimutatása, valamint arra való utalás, hogy minden a földön elhasznált energia a nap sugaraiból ered és a növényekben kémiai energia alakjában halmozódik fel. . Itt is megtalálhatók teljesen szakszerűen és világosan azok az alapelvek, melyek szerint a tápanyagok kémiai energiája az állatok és emberek minden tevékenységének általános energiaforrásául tekintendők; ugyancsak Mayer végezte az első számításokat abban az irányban, vajon hogyan aránylik az embereknél s állatoknál teljesített mechanikai munka a tápanyagok égési melegéből kiszámítható összes energiaveszteséghez.

"Népszerű tanulmány a világrendszer dynamikájáról" cím alatt 1848-ban Landherrnél jelent meg Heilbronnban.

5. Mayer tragédiája

Mayer kisvárosi polgár volt. Nem szerezhetett magának és gondolatainak rajongókat és tanítványokat. Bátyja támogatta, de a felesége már csak azt látta, hogy a pénzét műveinek kiadására költi. A munkájának első visszhangja Joule támadása volt.

Joule 1843-ben közölte első eredményeit[17] , 1847-ben már kiérlelt formában jelentek meg: [18] és 1847-ben ismertette ezt[19] a francia akadémiához benyújtott és a Comptes Rendus-ban megjelent tanulmányában is, ahol nem említette Mayert.

Mayer válaszát, amelyben az elsőségére hívatkozik - leközölték. De Joule ezután 1848-ban megtámadta Mayert[20]. azt állította, hogy Mayer-nek 1842-iki értekezése "nem érdemelte meg a tudósok figyelmét", mert az ő (Joule) kísérletei előtt senki sem tudhatta, hogy a fajhő a sűrűséggel nem változik[21]. Más stílusban ugyan, de Joule is az erő megmaradásából indul ki, és ezt kísérletileg felhasználja az egyenérték kiszámításához. Nem közismert, hogy gázokkal is végzett méréseket.

Mayer a következő 29-dik kötetben (1849. nov. 12. szám) elég udvariasan figyelmeztette Joule-t, hogy a fajhő eme tulajdonságát már a Gay-Lussac kísérletei kétségtelenül eldöntötték. Érdekes, hogy az angolszász irodalomban ez később is felbukkant, sőt nem rég P. Mirowski Mayert, mint a zseniális autodidaktát mutatta be, aki nem tudja, hogy a fajhő függhet is a térfogattól, és így ráhibázott a jó eredményre. [22]

Helmholtz 1847-ben [23] közölt dolgozatában csak Joule nevét említi, Mayert nem. Talán ezért is elhatározta, hogy a nyilvánossághoz fordul. 1849-ben Augsburger Allgemeine Zeitungban is ismertette elméletét. "Lényeges fizikai felfedezés" címen, és leírta, hogy hogyan határozható meg a hő mechanikai egyenértéke kísérletileg. Erre már kapott választ, egy professzor, Seyffer írt egy cikket, amelyben Mayert fantasztának nevezte, aki nem érti az igazi tudományt. Aki az angol eszméktől elmaradó dilettáns. Mayer kénytelen volt röpiratot kiadni, mert válaszát nem közölték le. "Megjegyzések a hő mechanikai egyenértékéről" című írása Landherrnél jelent meg 1851-ben, és felfedezésének elméleti fontosságát tisztán és teljesen megvilágítja. Ezzel véget ért Mayer munkássága. Mayer csak 1862-ben lépett ki újra a nyilvánosság elé, a lázról írt értekezésével, amely az Archiv der Heilkunde-ben jelent meg, és lényegében régi szempontjainak újabb és bővített kifejtését foglalja magában.

A közbülső időszak a betegség korszaka. 1850 májusában súlyosan megsérült, amikor egy álmatlan éjszakán delíriumos állapotban második emeleti lakásáról az utcára ugrott. . Több hónapos betegséget követő pihenés üdülés után tudott csak tovább dolgozni.

1851 szeptemberében agyhártyagyulladást kapott, amelyből ugyan gyorsan felgyógyult, de családja elmegyógyintézetbe záratta, azzal, hogy gyógyítsák ki abból a rögeszméből, hogy jelentős felfedezést tett. Ez nem sikerült, 1853-ben elhagyta az intézetet, de ezután sem, az orvosi praxisát sem a tudományos tevékenységét nem folytatta.

Mayer csak 1862-ben lépett ki újra a nyilvánosság elé, a lázról írt értekezésével, amely az Archiv der Heilkunde-ben jelent meg, és lényegében régi szempontjainak újabb és bővített kifejtését foglalja magában

Az első nyilvános elismerést a baseli természetvizsgáló társaság tiszteletbeli tagjává 1858-ban való megválasztása jelenti. 1867-ben kiadták összegyűjtött műveit. 1872-ben jelent meg Dühring „A mechanika általános elveinek kritikai története” című könyve, amelyben Mayert messze kiemeli az energetika többi művelői fölé, 1874-ben Tyndall leforditotta angolra Mayer műveit és megjelentette a Philosophical Magazine-ban. Történetét Dühring műveiből ismerjük, aki egy érdekes előadásban, majd írásban is nyilvánosságra hozta a dolgot, s Mayert a XIX. század Galileijének nevezte el. Később külön két könyvecskét adott ki, amelyekben Mayer sorsát, mint a tudósoknak az átlagemberek részéről való tervszerű üldözését állította be.[24]

6. Mayer hatása

A termodinamika kialakulásával egy máig tartó polémia kezdődött –a mechanikai hőelmélet és a fenomenológikus (axiomatikus) termodinamika között. A vita lényege, hogy az irreverzibilis termodinamika visszavezethető-e a reverzibilis mechanikára. Ebben a megfogalmazásban világos a válasz, aki reverzibilis egyenletekből irreverzibilis megoldást származtat- az más bűnökre is képes.

A mechanikai hőelmélet célkitűzése az volt, hogy a newtoni mechanikából leszármaztatni a főtételeket. Az irányzat nagy sikere a statisztikus mechanika- nagy vesztese a termodinamika. A mechanikai szemléletmód alapján a fizikában nincs szükség metafizikára- így Planck csodálatos nemegyensúlyi termodinamikája is teljes érdektelenséggel találkozott. Max Planck [25] önéletírásában leírta, hogy dolgozatát, amely az irreverzibilis termodinamika megalapozásának tekinthető- nem fogadták lelkesedéssel, megértéssel. „A tartózkodás oka valószínűleg a tudományban a század közepe óta – Schelling és Hegel természetfilozófiai munkásságának „köszönhetően” – jelenlévő ellenszenv a spekuláció iránt, amivel az elméleti kutatást is könnyen meggyanúsíthatták. Ezeket az ellenérzéseket önti formába néhány évvel később Ernst Mach a „Mechanik”, majd „Az érzetek elemzése” című műveiben.”

Mayer munkásságát, szellemiségét az energetizmus [26][27] vitte tovább, ez tekinthető a természetfilozófia örökösének, de miután az energetizmus, mint irányzat a II. világháboru idején, Ostwald halálával megszűnt- inkább csak hibáit ismerjük. Például azt, hogy tagadta az atomok létezését. Pedig, ha elolvassuk az eredeti írást, akkor nem az atomok létezésének tagadása szerepel benne, hanem annak megkérdőjelezése, hogy minden makroszkópikus (megfigyelhető) viselkedés leszármaztatható-e az atomok mozgásának leírásából, vagy szükség van a fenomenológikus leírásra.

„… vajon milyen előnyünk származik abból, ha a természeti jelenségek törvényeit valóban vissza tudjuk vezetni az energia megfelelő formáinak törvényeire? Először is, ami rendkívül fontos, lehetségessé válik a hipotézisektől mentes tudomány megteremtése. Nem keresünk tovább olyan erőket, amelyek felléptét nem bizonyíthatjuk az atomok között, melyek létéről nem szerezhetünk tudomást, ehelyett az eltűnő és a megjelenő energiák fajtája és mennyisége alapján alkotunk véleményt a folyamatokról./ Ezeket/ megmérhetjük, és ezzel a módszerrel mindent kifejezhetünk, amit tudni kell. Mindenki, akinek tudományos érzéke szenvedett a tények és hipotézisek ama folytonos összeolvasztásától, amelyet a fizika és a kémia ma ésszerű tudományként kínál nekünk, megérti, hogy ez milyen óriási és általános érvényű előny. Az energetika olyan eszközt kínál, ... amelynek révén a természet úgynevezett magyarázatát a jelenségek leírásával helyettesíthetjük.”[28]