【正文】 有了赫爾姆霍茨的發(fā)明，人類終於可以有效的檢查眼睛，並以此為基礎(chǔ)進(jìn)行改良 ，將檢眼鏡進(jìn)化成現(xiàn)在這個(gè)樣子。 74 檢眼鏡 ? 1851年，德國的柯尼茲堡大學(xué)裡，學(xué)生弗蘭茲問生理學(xué)系的赫爾姆霍茨教授一個(gè)問題〆「書上說視網(wǎng)膜可以反射光線，並由瞳孔中 照射出來，我曾經(jīng)用蠟燭以各種角度照亮對(duì)方的眼睛，想看透他的眼睛是如何反射光線，但無論怎麼試，他的瞳孔為什麼都是黑黑的〇」 75 檢眼鏡 ＿續(xù) ? 赫爾姆霍茨教授笑著說〆「當(dāng)然，那是因?yàn)槟泐^部的影子擋在中間，除非你不怕被燒到，把蠟燭掛在自己的額頭前，這樣就能避開討厭的影子。 ? 此定量因數(shù)觀念使原子量精確地定出，對(duì)化學(xué)發(fā)展影響深遠(yuǎn)。 ? 同類元素的所有原子具相同質(zhì)量， 異類元素的原子質(zhì)量不同 々所以原子質(zhì)量是元素的一個(gè)特性，每種元素都可以其原子質(zhì)量為代表 。 73 道耳吞 _續(xù) ? 道耳吞最大貢獻(xiàn)是 1808年提出的「原子學(xué)說」。 同年，化學(xué)家亨利（ Henry, William）發(fā)現(xiàn)〆 溶於水中的氣體體積和所施加壓力無關(guān)，但所溶解的重量和施加壓力成正比 々 相同的壓力下每一種溶於水中的氣體的重量也各不相同 ，這就是「亨利定律」。 ? 另於 1798年發(fā)表一篇關(guān)於色盲的文章，成為第一篇科學(xué)上討論色盲的論文。 ? 他總是充分自信解得出任何難題，成為他一生最大的特性，道耳吞日後的成就，得力於他這種特性很多。先生問道耳吞〆「你做得出來嗎〇」道耳吞答道〆「我會(huì)，如果今天做不出來，明天早晨一定做得出來。約莫經(jīng)過一個(gè)小時(shí)，道耳吞還沒有做出來。道耳吞卻不這樣，總想靠自己的能力去尋求答案。勞便臣老師每次出的數(shù)學(xué)題目都是要使學(xué)童們運(yùn)用腦筋來理解的。 ? 另一位是勞便臣先生々這位先生雖然生長在僻遠(yuǎn)的英國北部鄉(xiāng)間，卻是一位開明的文哲學(xué)者，也是該地最早的一位氣象記錄家，長於製造儀器，這一點(diǎn)對(duì)道耳吞的影響很大。 70 道耳吞 _續(xù) ? 道耳吞在年求學(xué)期間遇兩位賢明的老師，並且成為終生益友。他以為這是大勢(shì)所趨、事有必至的結(jié)論。 ? 同時(shí)期的德國著名數(shù)學(xué)和物理學(xué)家赫姆霍茲也對(duì)能量孚恆和轉(zhuǎn)換定律有重要貢獻(xiàn)，他亦將能量形式及孚恆的概念做了一些整合。 68 焦耳 _續(xù) ? 1848年，他透過實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)物體所含的力學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能時(shí)，整體能量會(huì)保持不變，能的形式可以互相轉(zhuǎn)變，但是總能量永遠(yuǎn)不變。 67 焦耳 _續(xù) ? 焦耳最為人稱頌的成就是〆 能量的測(cè)定與各種能量間相互轉(zhuǎn)換關(guān)係的研究 。 ? 焦耳花了將近四十年的時(shí)間來證明功轉(zhuǎn)換成熱時(shí)，功和所產(chǎn)生熱的比是一個(gè)恆定的值，即熱功當(dāng)量。 ? 卡諾明白指出熱不是一種物質(zhì)而是一種能量的形式，雖然他是最早有熱力學(xué)能量孚恆概念的人，但由於晚了近五十年，其間又有 梅耶（ Julius Robert Mayer, 18141878）和焦耳提出功能互換的原理，故一般都不把卡諾視為能量孚恆定律的創(chuàng)始人。 65 ? 在這些研究的備忘錄中，卡諾放棄熱素說，轉(zhuǎn)為熱的運(yùn)動(dòng)說，幾乎到達(dá)「能量孚恆定律」。 ? 卡諾研究促進(jìn)蒸汽機(jī)發(fā)展所需的理論，基礎(chǔ)是「熱素的保存」和「永動(dòng)機(jī)械不可能」這兩個(gè)原理，他指出熱從高溫物體移到低溫物體時(shí)才會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力，並認(rèn)為最理想的機(jī)械應(yīng)該具備〆由帶著活塞的汽缸裡面的氣體所產(chǎn)生的等溫膨脹、絕熱膨脹、等溫壓縮、絕熱壓縮等四循環(huán)過程－ 稱 卡諾循環(huán) 。 ? 1845年他自費(fèi)印發(fā)了第三篇論文，且明確指出，熱功當(dāng)量即是氣體在等壓膨脹過程中所作的功，其值等於定壓下所吸收的熱量與定容下所吸收的熱量之差，後來稱為梅耶公式。 ? 1840年左右，他的第一篇論文寄給德國物理年鑑，文中提出能量孚恆和轉(zhuǎn)換的概念，認(rèn)為運(yùn)動(dòng)、熱、電等都可以歸結(jié)為一種力的現(xiàn)象，它們有一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換，但此論文被退回未能發(fā)表。 62 ? 梅耶 （左上）、 焦耳 （右上）、與 道耳吞 （下）。當(dāng)彈簧由位置 (末變形 s = 0)被壓縮或拉伸至末位置 s，彈簧傳給附屬的物體的彈力位能(elastic potential energy)為 在變形的位置上，當(dāng)彈回到原始末變形位置時(shí)，作用在物體的彈簧力總有做正功的力。同樣的，若物體位於準(zhǔn)面之下 (– yG)，重力位能為負(fù)，因當(dāng)物體回至基準(zhǔn)時(shí)，重量會(huì)做負(fù)功。 P124132 59 能量孚恆 ? 重力位能因?yàn)槲矬w的總重可視為集中在重心上，故其重力位能可視物體的質(zhì)心位於基準(zhǔn)面之上下的高度求得。能量只能夠由一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，但總能量在轉(zhuǎn)化中保持不變。 ? 孫宙創(chuàng)造之始，最初能量從哪裡來〇在極高溫的初始條件下，物質(zhì)與能量混沌在一起，現(xiàn)在的高能物理學(xué)家和孫宙學(xué)家，正探討大霹靂當(dāng)時(shí)能量、物質(zhì)的來源，也許有一天，可以給我們較清楚的答案。我們現(xiàn)在取得石油的化學(xué)能（亦是來自古代的太陽能），燃燒變成熱能，再轉(zhuǎn)變成車子的動(dòng)能等，基本上，總能量前後並沒有改變。 ? 換個(gè)較通俗的講法，能是物件（包括我們?nèi)耍┮瓿晌锢韯?dòng)作，如走路、拿起杯子、使水變熱、或播放電視等，所需要的東西。 56 能量孚恆 ? 用力拉長彈簧，即對(duì)彈簧作功，因此它便獲得了彈性勢(shì)能，這是一種儲(chǔ)存起來的能量，可以用來作功。然而它已獲得了一種能，亦即具備了作功的本領(lǐng)，這時(shí)如果我們搭上一根箭，把扣弦的手一鬆，弓弦就會(huì)把箭推出去而對(duì)箭作功。舉得越高，重力位能越大，它作功的本領(lǐng)也越大。 55 能量孚恆 ? 對(duì)一物體作功時(shí)，有時(shí)這物體所獲得的能量並不是動(dòng)能，而是另一種儲(chǔ)存起來的能量，叫做位能。 ? 能可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γσ部梢赞D(zhuǎn)變?yōu)槟堋? ? 一個(gè)物體能夠?qū)ν饨缱鞴?，這個(gè)物體具有能量。那什麼是功〇施予力量，使物體產(chǎn)生位移，就是對(duì)物體作功。二十世紀(jì)出現(xiàn)了一些跡象，說明質(zhì)本身就是能的一種形式，從質(zhì)的形式轉(zhuǎn)變?yōu)槟艿男问絹K非不可能的事，但直到近些年為止，質(zhì)與能是截然不同的。我們稱它為能或能量，用所作的動(dòng)量或發(fā)生的熱量來測(cè)量它的變化，花費(fèi)許多工夫，經(jīng)過許多疑惑，才發(fā)現(xiàn)它的孚恆性。 ? 能量是這樣〆質(zhì)量以外的另一個(gè)量出現(xiàn)在我們的意識(shí)裡，主要是因?yàn)樗?jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換仍然不變。 ? 空氣中燃燒的物體，它的質(zhì)量並不消失。 52 熱與能量孚恆 ? 牛頓的動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)就在於這樣一種認(rèn)識(shí)〆有一個(gè)量， ──為了便利起見，稱為一個(gè)物體的質(zhì)量 —— 經(jīng)過一切運(yùn)動(dòng)而不變。 ? 直到近年，一切已知的事實(shí)都適合於這句話〆在一個(gè)孤立的體系中，總的能量是孚恆的。 51 熱與能量孚恆 ? 焦耳實(shí)驗(yàn)證明一個(gè)體系中能的總量是孚恆的，功所耗失之量，即作為熱而出現(xiàn)。 ? 「能量」一詞用於這種專門的意義應(yīng)歸功於蘭金（ Rankine）與湯姆生。 ? 托馬斯 ? 楊指出，這樣就把「能量」和「力」混淆起來了。 50 熱與能量孚恆 ? 能量作為一個(gè)確切的物理量，在那時(shí)的科學(xué)上還是新東西。 ? 焦耳用熱與功等價(jià)的明確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，給予格羅夫所主張的「力的相互關(guān)係」、和 赫爾姆霍茨所倡導(dǎo)的「力的孚恆」的觀念有力的支持。 ? 焦耳的最後結(jié)果表明〆使一磅水在華氏 55至60度之間溫度升高 1度所需要消耗的功為 772呎磅。 雖是這樣，「經(jīng)過多年之後，科學(xué)界領(lǐng)袖才開始贊同這種看法」，雖然斯托克斯告訴威廉 ? 湯姆生〆「他寧願(yuàn)做焦耳的一個(gè)信徒」。他壓水通過窄管或壓縮一定量的空氣或使輪翼轉(zhuǎn)動(dòng)於液體中，而使液體生熱。 48 熱與能量孚恆 ? 1840至 1850年， 焦耳 以實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量了用電和機(jī)械功所生的熱量。 同年，以發(fā)明一種伒特電池著名的英國格羅夫 (W. R. Grove)爵士，在一次講演中說明自然間能量相互關(guān)係的觀念，並在 1846年出版 《 物理力的相互關(guān)係 》 中闡述這個(gè)觀念。 ? 1842年邁爾 (J. R. Mayer)主張由熱變功或由功變熱均有可能?？墒? 熱的流體說仍然存在了半個(gè)世紀(jì)。 46 熱與能量孚恆 ? 熱質(zhì)論者解釋摩擦生熱的現(xiàn)象時(shí)，假定摩擦生出的屑末或摩擦後最終態(tài)的主要物質(zhì) 的比熱比摩擦以前的初態(tài)物質(zhì)要小一些，因而熱是被逼出而表現(xiàn)於外的。但作為物理的解釋，分子激動(dòng)說更合於敏銳的自然 哲學(xué)家如波義耳和牛頓的口味。按照熱質(zhì)說，熱是一種不可秤量的流體。 ? 貝爾曾就教於赫爾姆霍茨，發(fā)明了電話。 ? 馮特 (意識(shí)心理學(xué)創(chuàng)始人 Wundt184。 1880年他以純理論性工作的 《 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)體電磁感應(yīng) 》 論文獲得博士學(xué)位，成為 赫爾 姆霍茲的助手。 ? 但是，加達(dá)默爾認(rèn)為赫爾姆霍茨前後不一致，他不同意赫爾姆霍茨將「精神科學(xué)的經(jīng)驗(yàn)主義也應(yīng)像氣象學(xué)的經(jīng)驗(yàn)主義那樣受到同樣的評(píng)判，也即應(yīng)當(dāng)放棄和丟捨。 42 方法論問題 ? 赫爾姆霍茨曾謂歸納科學(xué)絕對(duì)是科學(xué)方法的典範(fàn)，但後來他指出歷史認(rèn)識(shí)是另外一種不同的認(rèn)識(shí)，因?yàn)樵谶@個(gè)領(lǐng)域內(nèi)不存在自然法則，而只存在對(duì)實(shí)踐法則的自由依循，即對(duì)律令的自由依循。 ? 另把能量孚恆和轉(zhuǎn)化定律應(yīng)用於生理學(xué)和心理學(xué)研究中，使十九世紀(jì)六○至七○年代的生理學(xué)和心理學(xué)研究掀開新的一頁。他反對(duì)先驗(yàn)論支持經(jīng)驗(yàn)論的理論，極有利地推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)心理學(xué)的建立。但是，他認(rèn)為客觀事物千變?nèi)f化，我們感覺到的僅僅是事物的現(xiàn)象，是外物的符號(hào)或象徵，不能認(rèn)識(shí)外物的真正性質(zhì)。後來，巴甫洛夫認(rèn)為赫爾姆霍茨的無意識(shí)推理就是條件反射。這種心理