■扈中平
在124年前的今天，1889年10月11日，英國物理學家焦耳逝世。
焦耳生於1818年12月24日，是19世紀英國的物理學家。焦耳的父親是釀酒廠的廠主，焦耳5歲時，醫生發現他的脊柱側彎。以後7年，他多次在醫院接受矯正。身體的缺陷使焦耳休學在家，並利用空閒時間自學化學、物理。之後，他有機會結識了當時的化學家道爾頓，於是他就拜道爾頓為師，虛心求教，逐漸走上了科學實驗的路。
焦耳後來以實驗精確著名，但初期的實驗並不順利。一次，他研究伏特電池時，曾因為漏電將一匹馬差點電死，也曾將一個釀酒廠的工人電暈。還有一次在研究回聲測距時，被射出的火藥燒光了眉毛。
焦耳一生的大部分時間是在實驗室中度過的。1840年，焦耳多次做過通電導體發熱的實驗。他把通電的電阻絲放入水中，確定了電流產生的熱量跟電流強度的平方成正比，跟導體的電阻成正比，跟通電的時間成正比的關係，這個規律就叫焦耳定律。
在這一發現的基礎上，焦耳繼續探討各種運動形式之間的能的數量和轉換的關係。1843年，焦耳宣布：自然界的能是不能毀滅的，哪裡消耗了機械能，總能得到相當的熱，熱只是能的一種形式。這一結論在當時立刻引起轟動。因為它打破了統治多年的所謂熱質說的機械唯物論觀念。
1847年，焦耳做了迄今仍被認為是最好的實驗：他在量熱器裡裝了水，中間安上帶有葉片的轉軸，然後讓下降的重物帶動葉片旋轉，由於葉片和水的摩擦，水和量熱器都變熱了。根據重物下落的高度，以及量熱器內水升高的溫度，就可以計算出熱功當量的值來。
焦耳還用鯨魚油代替水來做實驗，測得了熱功當量的平均值為428.9千克重米/千卡。接著又用水銀來代替水，不斷改進實驗方法，直到1878年，這時距他開始進行這一工作將近30年，他已前後用各種方法進行了400多次實驗。他在1847年用摩擦使水變熱的方法所得的結果跟1878年的實驗結果是相同的，即為423.9千克重米/千卡。一個重要的物理常數的測定，能保持30年而不作較大的更正，這在物理學史上也是極為罕見的事。這個值當時被大家公認為熱功當量J的值，它比現在的J的公認值：427千克重米/千卡約小0.7%。在當時的條件下，能做出這樣精確的實驗來，說明焦耳的實驗技能十分高超。
1847年，在牛津召開的英國科學協會的會議上，焦耳再次宣傳自己的理論，這位不屈不撓的實驗家，面對懷疑和非難，堅定地聲稱各種形式的能可以定量地相互轉化。1852年，焦耳和開爾文合作，發現了著名的湯姆孫（即開爾文）—焦耳效應。這是一個關於氣體受壓通過窄孔後膨脹降溫的效應，它為近代低溫工程提供了一種有效的降溫辦法。
直到1850年，來自不同途徑以不同方法獲得能量守恆和轉化定律的許多科學家都先後宣布了和焦耳相同的結論，焦耳所做的一切才得到了大家的公認。1850年焦耳成了英國皇家學會的會員。
焦耳也最早提出了能源危機的概念。1843年，焦耳以蒸汽發動機為研究對象，他發現當時最佳的「可尼斯蒸汽發動機」所產生的熱量換算成做功的機械能量，竟然是發動機實際做功的十倍。因此，蒸汽發動機90%的做功能量是以熱的形式浪費掉了，最佳發動機的做功功率只有十分之一。這篇研究報告招致工業界長期的攻擊，甚至到1860年仍有人批評，焦耳只會用發動機做實驗，卻無法製造更高效率的發動機。焦耳對這些攻擊都未爭辨，他注意的是人類更長遠的危機——能源枯竭。當時，焦耳就計算出英國的煤儲藏量，推算在1965年，英國就會無煤可用，他建議國家要不斷地尋找取得能源的新方式。
焦耳還用熱的角度去探索宇宙的奧秘。他仔細地計算隕石在大氣摩擦中產生的熱，發現地球上空大氣層的厚度，剛好能提供足夠的摩擦阻力，將大部分的隕石化為灰塵，保護地球上的生命。焦耳寫道：「這個大自然，機械、化學與生物能量在時空上不斷地互相影響著，但是宇宙仍然維持著次序，並且清楚、準確的運轉，不管其間有多少能量複雜的變化，宇宙仍是穩定和諧的。」
後人為了紀念他，在國際單位制中，把功和能的單位定為「焦耳」。
《中國科學報》 (2013-10-11 第11版 真相)