Julius Robert von Mayer

tysk fysiker

Julius Robert von Mayer (født 25. november 1814 i Heilbronn i Tyskland og død 20. mars 1878 samme sted) var en tysk lege, kjemiker og fysiker og en av grunnleggerne av termodynamikk. Han var en av de første som kom med en teori om bevaring av energi, det som nå er kjent som termodynamikkens første hovedsetning og endelig bevist av Hermann von Helmholtz i 1847. Prinsippet går ut på at energi verken kan skapes eller ødelegges, bare omformes fra en form til en annen. Han kom også med en hypotese om at planter konverterer lys til kjemisk energi, senere kjent som fotosyntese.

Julius Robert von Mayer
Julius Robert von Mayer.jpg
Født25. nov. 1814[1][2][3][4]Rediger på Wikidata
Heilbronn[3]Rediger på Wikidata
Død20. mars 1878[1][2][5][6]Rediger på Wikidata (63 år)
Heilbronn[3]Rediger på Wikidata
Beskjeftigelse Fysiker, legeRediger på Wikidata
Utdannet ved Eberhard-Karls-Universität Tübingen (–1838)Rediger på Wikidata
Søsken Friedrich MayerRediger på Wikidata
Nasjonalitet Kongeriket WürttembergRediger på Wikidata
Medlem av Bayerische Akademie der Wissenschaften, Accademia delle Scienze di Torino (1867–)Rediger på Wikidata
Utmerkelser Copleymedaljen (1871)[7], Prix Poncelet (1869)Rediger på Wikidata
FagfeltFysikk, medisin
Akademisk gradDoctor medicinae

Bakgrunn og utdannelseRediger

Julius Robert Mayer ble født den 25. november 1814 i Heilbronn, en liten by halvveis mellom Heidelberg og Stuttgart, [8][9] som sønn av Christian Jakob og Katharina Elisabeth (født Heermann).[10][11] Hans far eide et apotek med tilhørende laboratorium hvor Mayer og hans to brødre gjorde kjemieksperimenter. I tillegg hadde de tre guttene tilgang til forskjellige apparater for å gjøre undersøkelser innenfor fysikk og kjemi, i tillegg til botaniske samlinger, samlinger av stein, medisinplanter og mange bøker. Som barn var han var svært fascinert av alskens maskiner og han prøvde å bygge en perpetuum mobile (evighetsmaskin). Både han selv og senere biografer har ment at hans barnelek med å bygge vannmøller og evighetsmaskiner ga han innsikt og inspirasjon til oppdagelser i voksen alder.[9][12]

Rundt Heilbronn og i området langs elven Neckar var det mange møller og fabrikker hvor Mayer likte å tilbringe fritiden. Som 14 åring hadde han stor interesse av å studere oppbygningen av maskineriene til disse fabrikkene. Blant annet la han merke til hvordan maskinene kunne utføre arbeid og operatørene med enkle grep kunne styre maskinene slik at de økte effekten.[9]

I 1829 startet Mayer på videregående skole (evangelisvh-theologisches Vorbereitungsseminar) i nabobyen Schöntal,[13] hvor han var elev i to og et halvt år. Senere arbeidet han i farens apotek i ett og et halvt år, før han i 1832 ble opptatt ved medisinstudiet ved Eberhard-Karls-Universität Tübingen. Medisinstudiet ved dette universitetet var praktisk og empirisk orientert, mens flere andre universiteter på denne tiden gikk inn for en mer spekulativ tilnærming påvirket av naturfilosofi (naturphilosophie). Naturfilosofi var en spesiell filosofisk retning innenfor tysk idealisme. Studiet var lite inspirerende for de unge studentene.[9]

I 1838 hadde han sine avsluttende eksamener. Han hadde da lyst til å dra til Øst-India, og han dro derfor til Amsterdam i 1839 for å bli godkjent som skipslege. Den 23. februar 1840 forlot han Rotterdam som lege ombord på fraktskipet «Java» som satte kurs for Jakarta.[9][8][12]

Ombord på skipet la han merke til at sjømennenes veneblod var påfallende lysere enn det han hadde observert hos pasienter hjemme i Tyskland. Han antok at denne endringen skyldtes det varme klimaet og reduserte forbrenning for å opprettholde normal kroppstemperatur. Dette fikk ham til å tenke mer generelt på hvordan varme påvirker kroppens metabolisme.[8] Forklaringen på fenomenet han observerte er at med høy lufttemperatur som i tropene, blir kroppens energiomsetning lavere enn i kaldere klima.[14] Han mente også å observere at når havvannet ble opprørt av storm, så ble det også varmere. Det fikk han til å fundere på om varme ble utviklet i vannet direkte eller indirekte ved bevegelse.[12]

I februar 1841 kom Mayer tilbake til Heibronn hvor han ble lege (Oberamtswundarzt).[15] Hele resten av livet var han lege i sin hjemby.[9] I fritiden var han opptatt med eksperimenterer innenfor fysikk, og brukte mye tid på vanskelige og abstrakte konsepter om energi. Fra universitetet hadde han bare deltatt på et semesterkurs i fysikk og ikke hadde han lært særlig mye matematikk heller, men allikevel skrev han manuskripter til vitenskapelige tidsskrifter. Disse var så ufullstendige at flere ble avvist av datidens vitenskapelige redaksjoner. Mayer bekostet imidlertid selv utgivelse av flere artikler, som resulterte i at de ikke var i sirkulasjon blant andre enn innbyggerne i Heibronn.[8][12][14]

Mayer ble gift i den 31. mai 1842 med Wilhelmine Closs,[15] og hadde flere lykkelige år, men livet hans ble vanskelig da tre av hans barn døde mellom mai 1845 og august 1848.[8] Senere døde også to til av hans syv barn.[16] Dette ble ikke bedre av at en kontrovers mellom Mayer og den britiske fysikeren James Prescott Joule (1818–1889) ble offentlig kjent i Paris. Mayer var ute av seg fordi hans arbeider om energiformer var så lite påaktet og de få vitenskapsfolkene som leste artiklene hans, knapt tok tekstene hans alvorlig. De akademikerne som kjente til ham så på han som en gal filosof mer enn en seriøs vitenskapsmann.[8]

I mai 1850 kastet han seg ut fra soveromsvinduet og ble alvorlig skadet, men kom fra det med livet i behold.[16] Han tilbrakte deretter tre år på mentalsykehus. Etter at han kom tilbake til Heibronn i 1853 gjorde han ikke noe særlig mer vitenskapelig arbeid, men gjorde fortsatt litt arbeid som lege.[8] På sine eldre dager fikk han allikevel flere utmerkelser for sitt banebrytende arbeid med innenfor fysikk. Han døde av tuberkulose den 20. mars 1878.[8][12]

Mayer hadde religiøse grublerier, men ga aldri opp sin sterke religiøse tro. Han kom derfor i underlegenhet til andre vitenskapsfolk i Tyskland som på denne tiden var mer antireligiøse og materialistisk orientert.[9]

Liv og virkeRediger

Mayers første forsøk på å bevise at energi er noe som ikke går tapt, men omformes til nye former, var en artikkel («Erhaltungssats der Kraft») som han sendte til forskningstidsskriftet Annalen der Physik (utgitt av Johan Christian Poggendorff). Han skrev til en venn og forklarte innholdet i artikkelen: «Min første artikkel vil inneholde [..] en kort oppsummering av teorien om invariabel kraft, sammenhengen mellom bevegelse og varme, anvendelse av doktrinen om parallellogrammet [av krefter], og et forslag om lysets natur og årsaken til solens varme.»[17] Artikkelen inneholdt noen fundamentale feil, og ble derfor aldri utgitt. Mayer kom i kontakt med fysikkprofessor Johann Gottlieb Nörremberg ved universitetet i Tübingen, men han var ikke så interessert i Mayers hypoteser. Imidlertid kom Nörremberg med noen forslag til Mayer om hvordan han kunne utforske sine ideer eksperimentelt. Han fikk forslag om å undersøke om kinetisk energi blir transformert til varme og om vann blir varmere om det settes i bevegelse.[12]

I 1842 beskrevet han den «vitale kjemiske prosessen» som den primære kilden til energi for alle levende organismer på jorden. I nyere kjemi kalles denne prosessen for oksidasjon. Han foreslo også at planter står bak energiomforming fra solstråling.[12]

Han fikk utgitt sin første artikkel i 1842 i forskningstidsskriftet Justus Liebigs Annalen der Chemie som fikk tittelen «Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur» (norsk: «Merknader om kreftene til livløs natur»). Til tross for at artikkelen inneholdt noen filosoferinger og unøyaktigheter, så var essensen like fullt prinsippet om energibevaring i naturen. Det var også et forsøk på en kvantitativ definisjon for relasjonen mellom varmemengden kalori og energienheten joule. Beregningen var basert på hans oppfatning om at det måtte være en sammenheng mellom høyden en vekt med gitt masse faller og varmen som utvikles i fallet når den treffer bakken. Om varme er en type energi, så mente han at energien må være bevart i prosessen. Han fant ut at 1 kalori er lik 3,59 Joule. Imidlertid er den aksepterte verdien senere blitt satt til 4,18. Selv om avviket var stort, så hadde hans tilnærming til problemet vært riktig.[8] Med dette arbeidet hadde Mayer demonstrert at selv om varme og mekanisk arbeid er forskjellige former for energi, så kan de transformeres mellom hverandre. Loven ble kalt Kalorische Theorie (norsk: kaloriteorien) og ledet frem til at vitenskapsfolk senere kom frem til den mer generelle loven om energibevaring eller termodynamikkens første hovedsetning.[12]

Mayer formulerte forholdet mellom spesifikk varme ved konstant trykk og den spesifikke varmen ved konstant volum for en ideell gass:[12]

 

hvor CP, m er spesifikk varme ved konstant trykk, CV, m er spesifikk varme ved konstant volum og R er gasskonstanten.[12]

I 1845 publiserte han selv «Die Organische Bewegung in Ihrem Zusammenhange Mit Dem Stoffwechsel» der han gjør rede for beregningene bak sitt tidligere arbeid.[8] Så i 1848 gir han ut artikkelen «Beiträge zur dynamik des himmels und andere aufsätze» der han gjør rede for at solen vil kjøles ned i løpet av 5000 år om den ikke får noen energitilførsel utenfra. Han foreslo at solen ikke slukner, men utstråler konstant energi på grunn av et «bombardement av energirike meteorer».[12][8]

På begynnelsen av 1850-årene hadde Mayer av alvorlige mentale sinnslidelser. Han hadde fått liten anerkjennelse for sine vitenskapelige arbeider, men anerkjennelsen begynte å komme på denne tiden. En kjenner til hans følelse av å ha blitt ignorert blant annet fra korrespondanse med den engelske fysikeren John Tyndall (1820–1893).[9] Tyndall hadde sett på hans arbeid i 1862 og ga en vurdering av hans funn i en forelesning i Royal Institution i London. Senere møtte Mayer Tyndall i Zürich på et møte i Schweizerishe Naturforschergesellschaft.[12][16]

I 1867 utga Mayer artikkelen «Die Mechanik der Warme» som beskriver sammenheng mellom varme og bevegelse i mekanikken.[12]

UtmerkelserRediger

I 1859 ble han æresdoktor ved universitetet i Tübingen. Han mottok senere i 1871 Copleymedaljen fra Royal Society og Prix Poncelet fra det franske vitenskapsakademiet.[8] I november 1867 ble han adlet og fikk navnet «von Mayer»[12]

EttermæleRediger

 
Statue av Julius Robert von Mayer i Heilbronn.

Formuleringen av sammenheng mellom varme og arbeid, eller loven om energibevaring, regnes som en av de viktigste oppdagelser på 1800-tallet. Imidlertid var James Joules inne på en lignende ide som ble presentert i 1843.[18]Loven om energibevarelse, som formuleres som termodynamikkens første hovedsetning ble endelig bevist av Hermann von Helmholtz i 1847.[12]

ReferanserRediger

  1. ^ a b Autorités BnF, data.bnf.fr, besøkt 10. oktober 2015
  2. ^ a b Base biographique, oppført som Julius Robert Mayer, BIU Santé person ID 985
  3. ^ a b c Accademia delle Scienze di Torino, Accademia delle Scienze di Torino ID julius-robert-mayer, besøkt 1. desember 2020
  4. ^ Croatian Encyclopedia, Hrvatska enciklopedija-ID 39603
  5. ^ Gran Enciclopèdia Catalana, oppført som Julius-Robert von Mayer, Gran Enciclopèdia Catalana-ID 0041553
  6. ^ Brockhaus Enzyklopädie, Brockhaus Online-Enzyklopädie-id mayer-julius-robert-von-seit-1867
  7. ^ Royal Society, «Award winners : Copley Medal», verkets språk engelsk, besøkt 30. desember 2018
  8. ^ a b c d e f g h i j k l Mulligan, Joseph F. (10. mars 2021). «Mayer, Julius Robert (1814–1878)». Encyclopedia.com. Besøkt 8. mars 2021. 
  9. ^ a b c d e f g h Caneva 1993, s. 3–17
  10. ^ Caneva 1993, s. 432
  11. ^ Caneva 1993, s. 433
  12. ^ a b c d e f g h i j k l m n o «Julius Robert von Mayer». The International Foundation of Theories and Doctrines. Besøkt 9. mars 2021. 
  13. ^ Caneva 1993, s. 329
  14. ^ a b Lienhard, John H. «No. 722: Julius Robert Mayer». The Engines of Our Ingenuity. 
  15. ^ a b Caneva 1993, s. 330
  16. ^ a b c Caneva 1993, s. 331
  17. ^ Caneva 1993, s. 19–22
  18. ^ (no) Julius Robert von Mayer i Store norske leksikon

LitteraturRediger

  • Caneva, Kenneth L. (1993). Robert Mayer and the Conservation of Energy. Princeton, New Jersey, USA: Princeton University Press. ISBN 0-691-08758-X.