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到1850年这类学校在英国多达500所。一些职业发明家开始创办专为发展工
程技术的实验室，如爱迪生实验室、贝尔实验室等。这些学校和实验室对培
养工程技术人材和发展科学技术起了巨大的作用。
最后，我们要提到19世纪医学的发展，西方医学在19世纪发生了革命
性的变化。这主要是麻醉剂的发明，使外科发生了根本的变化；细菌学和病
理学的发展，使医生对疾病的认识和治疗有了巨大的进步。这一切终于成为
现代医学的前奏。
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二、近代后期物理学
1。能量转化与守恒定律的确立
能量转化与守恒定律的发现是起源于对运动的量度和运动不灭的思想，
但是它的确立却经历了漫长曲折的历史进程，直到19世纪中叶才作为自然界
的一条普遍定律为科学界接受。
早在1644年，哲学家和物理学家笛卡尔（1596──1650，法国）的《哲
学原理》一书中就明确提出：“物质有一定量的运动，这个量是从来不增加
也从来不减少的。”他用质量和速度的乘积量度物质运动的量，因此他表述
的实质上是力学中的动量守恒的思想。稍后，惠更斯（1629──1695，法国）
提出过一条与碰撞有关的定理，认为碰撞物的质量和速度平方乘积的总和在
碰撞前后保持不变。这启迪人们重新思考运动量的量度问题。1696年，莱布
尼茨 （1646──1716，法国）指出：运动有两种量度，因为动力有两种，一
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种叫“死力”，另一种叫“活力”。动量是“死力”的量度，mv则是“活力”
的量度，自然界中真正守恒的是总的“活力”。他的观点影响了很长的一段
历史时期，直到19世纪，科里奥利（1792──1843年，
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法国）才建议用 mv2 ，代替mv2 ，后来叫做动能。1829年，工程师彭塞利
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（1788—1867年，法国）使用了“功”这一术语，并由科里奥利定义：力和
受力点沿力的方向位移之积叫“运动的功”。这样人们才明确：所作的功等
于增加的动能。
促使人们在19世纪确认这一伟大定律还有一个不容忽视的背景。那就是
一系列重大的发现揭示了各种自然现象间的普遍联系和相互转化关系。主要
有：1798年，本杰明·汤普逊（1753—1814年，英国）和戴维（1778—1831，
英国）用摩擦生热证明机械运动可以转化为热。1821年，塞贝克（1770—1831
年，德国）发现了温差电现象，证明热可以转化为电。1840年，焦耳定律指
明电转化为热的规律。1821年，法拉弟（1791—1867年，英国）发明了“电
磁旋转器”，表明电转化为机械运动；1820年，奥斯特（1777—1851年，丹
麦）发现了电流的磁效应，后来法拉弟完成了电磁感应定律的研究，从而证
明电和磁间的相互转化；1801年，李特尔（1776—1810年，德国）研究了紫
外光的化学作用；1839年，贝克勒尔（1820—1909年，法国）发现光照可以
改变电池的电动势等等。这一切启发欧洲的科学家们以一种“统一”的和“相
互联系”的观点去认识自然界的现象。
19世纪40年代，属于欧洲几个国家的十多位学者，从不同专业，用不
同的方式，各自独立地发现了能量转化与守恒定律，其中的代表者是迈尔、
焦耳和亥姆霍兹。
罗伯特·迈尔（1814—1878年，德国）是一位医生。1840年他作为随船
医生航行至印度尼西亚，在赤道附近他意外地注意到海员静脉的血比在欧洲
时要鲜红些。当时已经证明血的颜色鲜红表明血中含氧量高，迈尔想到一定
是在热带肌体消耗的热量较少，所以食物燃烧过程减弱，耗氧量少，静脉血
中留下的氧增多，颜色就鲜红。1841年他在一封信中写道：化学家们认为的
基本规律是物质不可破灭的……我们应该把完全同样的规律用在力上。力同
物质一样，也是不可破灭的，它们加入不同的组合，当某种旧的形式消失了，
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又会形成新的形式。”这里说的力是指能量。显然他从上面的例子已经认识
到食物所含的化学能可以转化为热。后来他又从海浪冲击使水温升高的现象
认识到机械运动与热的关系。
1841年，他的第一篇论文《论力的量和质的定义》没有被接受。1842
年，他在《论无机界的力》中写道：“力是不灭的、能转化的、无重量的客
体”。这篇论文发表在李比希主编的 《化学与药学年鉴》上。恩格斯因此认
为这是划时代的一年。
1845年，他自费出版《论有机运动和新陈代谢》一书。他指出，力的转
化与守恒是支配宇宙的普遍规律。他把力分为五种：运动的力，在弹性碰撞
上表现为活力守恒；下落的力，它和运动的力相互转化，这种“机械效应将
保持为一个恒量”；热，“热力是指转化为运动的力”；电力和化学力。他
还把这五种力画在一张表上，说明各种力相互转化的25种情况，得出了否定
热质和其它无重量流质假说的结论。
迈尔从几个实例出发计算了热功当量，他得到的计算值是J＝3。48焦耳/
卡。
迈尔个人的遭遇是不幸的，多次受到嘲讽和打击。1849年，他跳楼自杀
时受伤，不久被送进疯人院，直到1862年才恢复科学活动。
焦耳（1818—1989年，英国）是曼彻斯特一位啤酒商。从年轻时起就从
事电学、磁学和化学的业余研究，他用毕生精力完成了热功当量的测定，从
而确立了能量转化与守恒定律的实验基础。
从1840年到1841年，焦耳研究了电转化为热的现象，他发现了著名的
焦耳定律。1843年，他发表了《论磁电的热效应和热和机械值》一文，他设
计了一个实验，使线圈在一个电磁铁的两极间转动，所产生的感生电流又使
线圈发热，焦耳测量了线圈中产生的热量；线圈的转动是由下落的砝码通过
滑轮带动的，这样就可以计算出砝码作的功。由此计算出的热功当量平均值
是“能使一磅水升高华氏一度的热量，等于（可转化为）把838磅重物举高
1英尺的机械力。他最后的结论是：“由于创世主的意志，自然界的全部动
因是不变的。因此，有多少机械力被消耗掉，就有完全等量的热被得到”。
他在1845年研究了空气的绝热压缩和真空中空气自由膨胀实验，得到热
功当量的值是436千克米/千卡和438千克米/千卡。1850年，他在《论热功
当量》的论文中总结了全部工作，并在文中给出了现在教科书所介绍的测定
热功当量的方法，这一次的结果是425。77千克米/千卡。焦耳的实验测定一
直延续到1878年，前后40年中共完成400多次实验。焦耳的工作一度不受
重视，直到1850年他的观点才被权威学者们接受，他本人在这一年当选为英
国皇家学会会员。
赫尔姆霍茨（1821—1894年，德国）是一位生理学家、物理学家及数学
家。他通过生理学的研究独立地得到了相同的结论。1847年，他写了《论力
的守恒》，论述力的不灭原理，他说：“所有活力和张力之和始终是一个常
数。这条最具有普遍形式的定律，可以称为力的守恒原理。”所谓“张力”
即指势能；所谓“活力”即指动能。他还证明：在有摩擦的条件下，“损失
掉的活力将转变为其它力 （能量），首先是热”。当这一著作出版时，柏林
科学院中竟然只有数学家雅可俾支持他的观点。
在同一历史时期几乎同时发现这一定律的还有法国工程师卡诺、英国律
师格罗夫、丹麦物理学家柯尔丁、法国物理学家法拉弟等十多人。这里要特
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别提到青年工程师卡诺（1796—1832年，法国）的贡献。卡诺原是“热质说”
的拥护者，但通过热机循环的研究，使他在1830年意识到“热质说”的错误。
他在笔记中写道，“热不是什么别的东西，而是动力，或者说它是改变了形
式的运动”，“因此，人们可以得到一个普遍的命题：在自然界中存在的动
力，在量上是不消灭的。准确地说，它既不会创生也不会消灭，实际上，它
只改变了自身的形式”。不幸的是卡诺英年早逝，他的遗稿直到1873年才公
布，其时能量守恒定律早已得到公认。
在19世纪人们提到能量往往使用力这个词表述，事实上在1807年英国
的托马斯·杨已创造了“能”这个术语。当科里奥利定义了“功”后，托马
斯·杨于是定义能量是“作了功的力”。1853年，英国的理论物理学家开尔
文（1824—1907，英国）对能量下了严格的定义，“我们把给定状态中的物
质系统的能量表示为：当它从这个给定状态无论以什么方式过渡到任意一个
固定的零态时，在系统外所产生的用机械功单位来量度的各种作用的总和。”
自这时起人们使用“能量守恒”这个词而很少说“力的守恒”。
能量转化和守恒定律的发现是19世纪最伟大的发现之一，也是自牛顿力
学建立以来物理学的最重要的成就。它表明自然界的一切现象都存在密切的
联系，一方面各种物质的各种运