Julius Robert von Mayer

Život

Narodil sa v Heilbronne v južnom Nemecku v rodine lekárnika. Po ukončení gymnaziálnych štúdií študoval medicínu na univerzite v Tübingene. Za účasť na zakázaných študentských schôdzkach bol v roku 1837 uväznený 1837. Vo väzení začal hladovku a po šiestich mesiacoch ho prepustili. Potom odišiel do Mníchova a odtiaľ do Viedne. V roku 1838 mu povolili vrátiť sa do vlasti. V tom istom roku vykonal skúšky, obhájil doktorskú dizertáciu a získal titul doktora medicíny. Svoje vzdelanie si doplňoval na klinikách v Mníchove, Viedni a v Paríži.

Lekársku prax začal ako lodný lekár na lodi „Java“ s ktorou podnikol plavbu do Indonézie na ostrov Jáva. Tu pri liečení námorníkov, pri púšťaní krvi zo žíl, spozoroval, že krv v ich žilách je svetlejšia než krv ľudí žijúcich vo vyšších zemepisných šírkach (Java leží na 8. stupni južnej zemepisnej šírky). Spočiatku si myslel, že poškodil žilu. Avšak miestni lekári ho informovali, že takáto jasná farba krvi sa pozoruje u ľudí v trópoch vždy. Všimol si tiež veľkú pohyblivosť domorodcov.
Mayer sa hneď pokúsil vysvetliť tento jav tým, že v teplých krajoch sa okysličuje (zhorí) menšie množstvo potravín na udržanie normálnej telesnej teploty, než v krajoch chladnejších. Ďalej zistil, že čím človek intenzívnejšie pracuje, tým viac potravy potrebuje. Podľa jeho vlastných slov ho bleskovo napadla určitá myšlienka. Porovnal dva javy: v jednom prípade zväčšenie množstva okysličujúcej sa potravy na zvýšenie teploty v ľudskom tele, v druhom prípade intenzívnejšie okysličovanie pri práci človeka. Mayer z toho urobil záver: Pretože teplo a práca sa získavajú jednou cestou, a to na účet chemických reakcií v organizme, teplo a práca sa môžu navzájom premieňať. Táto myšlienka bola prvým krokom pre zistenie zákona zachovania a premeny energie.

Publikácie

Výsledky svojho bádania uverejnil vo viacerých článkoch. Svoju prvú prácu „O kvantitatívnom a kvalitatívnom určení síl“ už z roku 1841 poslal redaktorovi časopisu Annalen der Physik Poggendorffovi. Prácu však neuverejnili ani nevrátili autorovi, hoci o to žiadal. Rukopis neskôr našli v Poggendorffových spisoch po jeho smrti a uverejnené boli až roku 1881.
Druhá Mayerova práca „Poznámky o silách neživej prírody“ vyšla tlačou v roku 1842 v časopise Annalen der Chemie und Pharmacie. Časopis vydával známy nemecký chemik Justus von Liebig. Tu Mayer formuluje svoju základnú myšlienku o vzájomných premenách kvalitatívne odlišných foriem energie. Pod „silou“ rozumie mieru mechanického pohybu v leibnizovskom zmysle. Cieľom práce je vyjasniť pojem síl a ich vzájomných premien. „Sily sú príčiny, teda možno na ne uplatniť axiómu: príčina sa rovná účinku.“ Základnou vlastnosťou síl je ich nezničiteľnosť. Druhá vlastnosť príčin je ich schopnosť nadobúdať rozličné formy. „Príčiny sú objekty (kvantitatívne) nezničiteľné a (kvalitatívne) schopné premeny.“ V tejto práci uverejnil aj odvodenie číselnej hodnoty mechanického ekvivalentu tepla.

Ďalej si Mayer všíma nízku účinnosť parných strojov. V tejto súvislosti vyslovil názor, že v strojoch by bolo výhodnejšie meniť chemickú energiu paliva napr. na elektrickú a až potom na mechanickú prácu.
Mayer sa veľmi znepokojoval tým, že jeho myšlienky ostávali vo vedeckom svete nepovšimnuté. Preto napísal novú prácu Organický pohyb v súvise s látkovou výmenou, v ktorej zreteľnejšie formuluje svoje závery. Vyjadril tu svoju konečnú formuláciu zákona zachovania a premeny energie.

V druhej časti diela sa zaoberá otázkou základného zdroja energie na Zemi. Týmto zdrojom je Slnko. Ako zásobník slnečnej energie na Zemi slúžia rastliny. Všíma si mechanizmu pohlcovania slnečnej energie rastlinami. Od rastlín Mayer prechádza na živočíchy. Odmieta názory Liebiga a iných, podľa ktorých procesy v živom organizme sa dejú vďaka existencií „životnej sily“. Má iné vysvetlenie pre zdroje mechanických a tepelných efektov živého organizmu: „Pri prijímaní potravy a kyslíka v organizme stále prebieha chemický proces a jeho výsledkom sú mechanické a tepelné efekty.“
V práci z roku 1848 K otázke o nebeskej dynamike sa Mayer snaží objasniť zo zákona zachovania a premeny energie zdroj energie slnečného žiarenia. Podľa jeho mienky spotreba slnečnej energie pri vyžarovaní sa kompenzuje energiou meteoritov padajúcich na Slnko. Pripúšťa, že slnečné žiarenie je spojené s úbytkom hmotnosti Slnka. V tom čase to bola pozoruhodná myšlienka, pretože podľa súčasných vedeckých poznatkov skutočne dochádza pri vyžarovaní k úbytku hmotnosti Slnka, a to pri tvorbe hélia z vodíka v termonukleárnej jadrovej reakcii. V tých časoch vysvetľovali tepelné, elektrické a magnetické javy pomocou nevážiteľných tekutín, tzv. fluíd. Mayer vystúpil proti fluidovým teóriám. Tvrdil, že nejestvujú žiadne „nehmotné hmoty“.

Obrana prvenstva

Definovanie zákona zachovania a premeny energie Mayerovi spočiatku neprinieslo uznanie, naopak malo pre neho tragické následky. Jeho práca z roku 1841 nebola známa a tak isto brožúra z roku 1845 zostávala dlho takmer nepovšimnutá. Roku 1847 sa objavil v časopise parížskej Akadémie vied Comptes Rendus referát od Joula o určení mechanického ekvivalentu tepla, v ktorom nebolo ani zmienky o Mayerovom objave. Anglickí fyzici pokladali za prvého objaviteľa zákona zachovania a premeny energie Joula. Veľmi sa cenili aj práce Boltzmannove. Mayer sa pokúsil obrániť svoje prvenstvo objavu zachovania a premeny energie. Poslal do Dokladov správu o svojich prácach, ktorá vyšla tlačou v roku 1848. Na to v tom istom časopise Joule odpovedal, že Mayerove vyčíslenie ekvivalentu tepla nie je originálne, pretože nezávislosť merného tepla plynu pri konštantnom objeme od jeho objemu, o čo sa opieral pri svojich výpočtoch Mayer, dokázal on, Joule. Ďalej uvádza, že Mayer len predpovedal jestvovanie určitého číselného vzťahu medzi teplom a prácou, avšak dokázal ho len Joule. V nasledujúcom zväzku Comptes Rendus (29.) Mayer vyvracal Joulove tvrdenie a uvádza, že pri svojich výpočtoch vychádzal z prác Gay-Lussacových, ktorý ešte v roku 1807 dokázal nezávislosť merného tepla plynu pri konštantnom objeme od jeho objemu. Tým sa akademická polemika o prioritu v Comptes Rendus prerušila.
Pri obrane prvenstva sa začalo proti Mayerovi štvať zo strany miestnych učencov. Dokonca mu odmietli vytlačiť jeho práce. Toto, k tomu zlé rodinné vzťahy a jeho nie vždy normálne správanie, vyvolali nervovú poruchu, ktorá v roku 1850 viedla aj k pokusu o samovraždu. Vyskočil z okna a po niekoľkých mesiacoch liečenia zostal celý život chromý. V jeseni roku 1851 Mayer ochorel na zápal mozgu a po chorobe ho príbuzní dali do ústavu choromyseľných, neskôr do psychiatrickej nemocnice sa strašným denným režimom, kde strávil celý rok v značnom telesnom i duševnom utrpení. Keď ho v roku 1853 prepustili, zostal celkom zabudnutý. Dokonca sa rozšírila správa, že zomrel v ústave pre choromyseľných.
V roku 1862 sa pokúsil vrátiť znovu k vedeckej činnosti. Jeho posledné roky života však už nič podstatného k jeho práci nepriniesli.

Uznanie

Na obranu Mayerových vedeckých zásluh vystúpili niektorí vedci (Liebig, Tyndall, Clausius) až po roku 1850. Mayerove životné dielo ocenil aj Helmholtz. V príspevku o vzájomnom pôsobení síl prírody píše: „Prvý správne pochopil a formuloval zákon zachovania energie nemecký lekár v Heilbronne Julius Robert Mayer v roku 1842“. V roku 1858 Mayera zvolili za čestného člena Bazilejskej spoločnosti prírodovedného výskumu.
V roku 1867 vyšli zobrané Mayerove práce Die Mechanik der Wärme in Gesamelten Schriften.