Julius Robert Mayer životopis

Najjednoduchšie zákonitosti vo fyzike sú tie, ktoré vyjadrujú nemeniteľnosť fyzikálnych veličín. Takou je aj zákon zachovania a premeny energie, podľa ktorého v prírode sa dejú vzájomné premeny rôznych foriem energie, pričom jej celkové množstvo zostáva konštantné. Jedným z prvých bádateľov, ktorí zistili a formulovali tento princíp, bol J.R.Mayer.
Julius Robert Mayer sa narodil 25. novembra 1814 v Heilbrone (južné Nemecko) v rodine lekárnika. Takmer celý život, okrem niekoľkých rokov v mladosti, strávil v rodnom meste. Už v chlapčenských rokoch sa u neho prejavoval živý bádateľský duch. Gymnázium navštevoval v rodnom mestečku Heilbrone. Obľuboval klasikov, až do konca svojho života rád čítaval Fausta a Goetheho. Po ukončení gymnaziálnych štúdií študoval medicínu na univerzite v Tübingene.Za účasť na zakázaných študentských schôdzkach bol uväznený (1837). V žalári vyhlásil 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 dosiahol titul doktora medicíny. Svoje vzdelanie si doplňoval na klinikách v Mníchove, Viedni a v Paríži. Lekársku prax začal Mayer ako lodný lekár na lodi „Java“, s ktorou podnikol plavbu do Indonézie na ostrov Jávu. Plavba na mori trvala od februára 1840 do februára 1841, prerušená len jedinou zástavkou na ostrove Jáva v prístave Surubaya. 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 myslel, že poškodil žilu. Avšak miestny lekári ho informovali, že takáto jasná farba krvi sa pozoruje u ľudí v trópoch vždy. Všimol si tiež veľkú pohyblivosť domorodcov. To bola veľká udalosť v živote J.R. Mayera, lebo sa stala východiskom jeho plodnej bádateľskej činnosti.
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 znamenitý 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. Odvtedy Mayer všetky tvorivé sily venoval dokázaniu tohto veľkého prírodného zákona.
Po skončení cesty sa Mayer vrátil do svojho rodného mesta Heilbroonu a začal rozvíjať a formulovať svoju geniálnu myšlienku. Výsledky svojho bádania uverejnil vo viacerých článkoch.
Svoju prvú prácu už z roku 1841 O kvantitatívnom a kvalitatívnom určení síl poslal redaktorovi časopisu Annalen der Physik (Fyzikálne anály) 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 (Chemické a farmaceutické anály). Časopis vydával známi nemecký chemik 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. Problematiku stavia nasledovne: „Mali by sme napr. určiť ako vysoko nad povrchom zeme musí byť vyzdvihnuté bremeno, aby jeho „sila padania“ (potenciálna energia) bola ekvivalentná zahriatiu rovnakého množstva vody z 0 °C na 1 °C.“ Mayer ukázal, že tento výpočet možno vykonať na základe rôznosti merných tepiel plynu pri konštantnom tlaku a pri konštantnom objeme. Opieral sa o známe údaje a zistil, že „pád jednotky váhy z výšky 367 m zodpovedá zohriatiu rovnakého množstva vody z 0 na 1 °C.“
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 len 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.

Práca vyšla tlačou ako samostatná brožúra v Heilbronne roku 1845. Tu dôkladnejšie a presne rozoznáva rozlične formy pohybu. Na prvom mieste je mechanický pohyb. „Pohyb je sila“ tvrdí Mayer, odvolávajúc sa na príklad o pohybe pri pružnom zraze. Miera tejto sily, živá sila, sa zachováva pri pružnom ráze. Ďalej píše: „Zdvihnuté bremeno je sila, je príčinou pohybu.“ Veľkosť sily padania (potenciálna energia) sa vypočíta vynásobením tiaže telesa a danej výšky. Pohyb (kinetická energia) i sila padania môžu byť označené spoločným názvom „mechanický efekt“. Nezávisle od toho, či sa mení sila padania na pohyb alebo pohyb na silu padania, daná sila alebo mechanický efekt zostáva veličinou stálou. Tento zákon ako špecifický prípad axiómy o nezničiteľnosti síl sa uvádza v mechanike pod názvom „princíp zachovania živých síl“. Dokazuje sa voľným pádom telesa z ľubovoľnej výšky, pádom po určených dráhach, pohybom kyvadla, pohybom nebeských telies. Týmto zákonom o zachovaní mechanickej energie v gravitačnom poli končí pojednanie O mechanickej forme energie.
Tretia forma pohybu je teplo. „Teplo je sila, ktorá sa môže meniť na pohyb.“ Ako príklad uvádza, že uhlie horiace pod kotlom dáva menšie množstvo voľného tepla, keď stroj koná prácu, než keď prácu nekoná. Z toho vyplýva, že časť tepla sa mení na prácu. Potom určuje na základe rôznych merných tepiel plynu hodnotu mechanického ekvivalentu tepla 367 kpm/kcal. Štvrtá forma energie je elektrina. Rozoberá činnosť elektrofora a robí záver, že „mechanický efekt“ sa tu mení na elektrinu.
Sila padania je podmienená priestorovou odľahlosťou medzi telesom a zemou. Pri prekonaní tejto vzdialenosti vzniká teplo. „Pokus nás učí, že presne taký istý efekt ako pri mechanickom spojení, t.j. chemické teplo vzniká aj v dôsledku zlúčenia určitých látok, teda chemická rôznosť látok je sila. To je piata forma sily. Mayer zostavil tabuľku všetkých druhov rozoberaných síl a opisuje dvadsaťpäť prípadov premien pohybu.
V druhej časti diela sa Mayer zaoberá otázkou základného zdroja energie na Zemi. Týmto zdrojom je Slnko. Ako zásobník slnečnej energie na Zemi sú 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“.

Mayer má iné vysvetlenie pre zdroje mechanických a tepelných 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. Dopadajúce meteority by však zväčšovali hmotu Slnka a v dôsledku toho by sa museli zmenšovať periódy obiehania planét okolo Slnka. Pri by to robilo 1/2 až 7/8 sekundy. Astronomické pozorovania to však nepotvrdili. Aby sa odstránil tento nesúhlas, Mayer pripúšťa, že slnečné žiarenie je spojené s úbytkom hmotnosti Slnka. Iste pozoruhodná myšlienka, pretože podľa najnovších 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. fluid. Mayer vystúpil proti fluidovým teóriám. Tvrdil, že nejestvujú žiadne „nehmotné hmoty“.
Zistenie 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 (Doklady) referát od Joula o určení mechanického ekvivalentu tepla, v ktorom nebolo ani zmienky o Mayerovom objave. Anglický fyzici pokladali za prvého objaviteľa zákona zachovania a premeny energie Joula. Veľmi sa cenili aj práce Boltzmannove, no o Mayerovi sa jednoducho nič nevedelo. 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, na 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.
V roku 1848 Nemecko žilo revolučným politickým životom. Revolúcia zachvátila aj Mayerovu rodinu. Jeho brat sa aktívne zapojil do revolúcie.

Sám Julius Robert Mayer zostal pohrúžený do prác a svojom objave a nevšímal si búrlivých súčasných udalostí. Príbuzný ho považovali za čudáka.
Pri obrane prvenstva sa začalo proti Mayerovi štvať zo strany miestnych učencov. Dokonca mu odmietli vytlačiť jeho práce. Toto a k tomu nedobré vzťahy v rodine, kde už dlhšie pozorovali 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 hroznom telesnom i duševnom utrpení. Keď ho v roku 1853 prepustili, zostal celkom zabudnutým. Dokonca sa rozšírila správa, že zomrel v ústave pre choromyseľných.
V roku 1862 sa Mayer pokúsil vrátiť znovu k vedeckej činnosti. Jednako posledné roky života už nič podstatného nepridali k jeho bádateľskej práci.
Na obranu Mayerových vedeckých zásluh vystúpili niektorý vedci (Liebig, Tyndall, Clausius) až po rok 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 práce Mayerove Die Mechanik der Wärme in Gesamelten Schriften von Robert Mayer.
Vedecké zásluhy Juliusa Roberta Mayera ocenil aj Engels v Dialektike prírody. Engels napísal: „Kvantitatívna stálosť pohybu bola vyslovená už Descartom, a to takmer v rovnakom vyjadrení ako teraz (Clausiom a R. Mayerom). No premena formy pohybu bola objavená až v roku 1842, a práve toto, a nie zákon kvantitatívnej stálostí, je nové“.
Julius Robert Mayer zomrel 20. marca 1878. .