( b. Heilbronn, Württemberg , Deutschland, 25.November 1814: d. Heilbronn, 20. März 1878)
Physik, Physiologie.
Robert Mayer war einer der frühen Formulierer des Prinzips der Energieeinsparung. Sein Vater Christian Jakob Mayer unterhielt in Heilbronn eine prosperierende Apotheke und heiratete Katharina Elisabeth Heermann, Tochter eines Heilbronner Buchbinders. Das Paar hatte drei Söhne, von denen Robert der jüngste war; Beide älteren Brüder folgten dem Beruf ihres Vaters.
Mayer besuchte das klassische Gymnasium in Heilbronn, bis er 1829 in das evangelische Theologische Seminar nach Schöntal wechselte. Obwohl er ein mittelmäßiger Schüler war, bestand er 1832 das Abitur und schrieb sich an der medizinischen Fakultät der Universität Tübingen ein. Im Februar 1837 wurde er verhaftet und wegen Teilnahme an einer geheimen Studentengesellschaft von der Universität ausgeschlossen. Im nächsten Jahr durfte Mayer zum Doktor der Medizin promovieren und bestand 1838 auch die staatlichen medizinischen Prüfungen mit Auszeichnung. Im Winter 1839-1840 besuchte Mayer Paris und diente von Februar 1840 bis Februar 1841 als Arzt auf einem niederländischen Handelsschiff auf einer Reise nach Ostindien. Während in Djakarta, Java, bestimmte physiologische Beobachtungen überzeugt Mayer, dass Bewegung und Wärme waren interconvertible Manifestationen eines einzigen, unzerstörbare Kraft in der Natur, und dass diese Kraft quantitativ in jeder Umwandlung konserviert. Mayer war von dieser Einsicht inspiriert und gelegentlich besessen. Er arbeitete seine Idee in verschiedenen wissenschaftlichen Arbeiten aus, die er in den 1840er Jahren nach seiner Rückkehr nach Deutschland veröffentlichte.
Mayer ließ sich in seiner Heimat Heilbronn nieder, wo er eine wohlhabende Arztpraxis aufnahm und verschiedene bürgerliche Ämter innehatte. 1842 heiratete er Wilhelmine Regine Caroline Voss; Aus der Ehe gingen sieben Kinder hervor, von denen fünf im Säuglingsalter starben. Mayer behielt während der Revolution von 1848 eine konservative Position bei, die zu seiner kurzen Verhaftung durch die Aufständischen und zu einer dauerhaften Entfremdung von seinem Bruder Fritz führte. Deprimiert von diesen Ereignissen und von seinem Versäumnis, Anerkennung für seine wissenschaftliche Arbeit zu erhalten, versuchte Mayer im Mai 1850 Selbstmord. In den frühen 1850er Jahren erlitt er wiederkehrende Wahnsinnsanfälle, die mehrere Haftanstalten in Göppingen, Kennenburg und Winnenthal erforderten. Erst nach 1860 erhielt Mayer nach und nach internationale Anerkennung, Er starb 1878 in Heilbronn an Tuberkulose.
Vor seiner Reise nach Java hatte Mayer großes Interesse an der Wissenschaft gezeigt, aber wenig kreative Fähigkeiten. Begeistert von seiner neuen Vorstellung von Kraft komponierte Mayer unmittelbar nach seiner Rückkehr nach Heilbronn sein Werk „Über die quantitative und qualitative Bestimmung der Kräfte“. In diesem Papier tastete Mayer nach einem philosophischen und mathematischen Ausdruck seines neuen Kraftbegriffs. Obwohl er später verändert die mathematischen und die physikalischen Ausdrücke der Ideen, die er beschäftigt in diesem ersten Papier, die philosophischen und konzeptuellen Ausdrücke blieb praktisch unverändert in seinem späteren Werk.
Mayer behauptete, dass die Aufgabe der Wissenschaft darin bestehe, alle Phänomene auf ihre ersten Ursachen zurückzuführen. Die Gesetze der Logik versichern uns, dass es für jede Veränderung eine erste Ursache gibt, die Kraft genannt wird. In der Welt beobachten wir „Spannungen“ oder „Unterschiede“ wie räumliche Trennung oder chemische Unterschiede zwischen allen Materien. Diese Spannung ist selbst eine Kraft, und ihre Wirkung besteht darin, alle Körper daran zu hindern, sich schnell zu einem mathematischen Punkt zu vereinen. Diese Spannungskräfte sind unzerstörbar, und ihre Summe im Universum ist konstant. So wie die Chemie die Wissenschaft der Materie ist, so ist die Physik die Wissenschaft der Kräfte. So wie die Chemie davon ausgeht, dass die Masse bei jeder Reaktion konstant bleibt, unabhängig davon, welche qualitativen Veränderungen die Materie erfährt, so muss auch die Physik davon ausgehen, dass Kräfte quantitativ konserviert werden, unabhängig davon, welche Umwandlungen oder qualitativen Formänderungen sie durchlaufen.
Obwohl Mayers mathematisch-physikalische Darstellung seiner Ideen sehr originell war, war sie auch ziemlich dunkel und offenbarte seinen Mangel an Bekanntschaft mit den Prinzipien der Mechanik. Mayer betrachtete zuerst ein sich bewegendes Teilchen und argumentierte, dass das Maß seiner „Bewegungsmenge“ seine Masse mal seine Geschwindigkeit ist. Er betrachtete dann den Sonderfall von zwei Teilchen, die jeweils Masse m und Geschwindigkeit c haben und sich auf einer geraden Linie nähern. Die „quantitative Bestimmung“ der vorhandenen Bewegungskraft beträgt 2mc. Die „qualitative Bestimmung“ ist jedoch formal Null, da die Bewegungen gleich und entgegengesetzt sind; Dies wird durch die Symbolik 02mc ausgedrückt. Wenn die Teilchen nicht völlig elastisch sind, ist die „quantitative Bestimmung“ der vorhandenen Bewegungskraft nach der Kollision geringer als vor der Kollision; Für völlig unelastische Rispen ist es nach der Kollision Null. Die Kraft, die als Bewegung vorhanden ist, geht nie verloren, betonte Mayer; Vielmehr wird ein Teil davon in der Kollision „neutralisiert“ und erscheint als Wärme. Aus dieser Behauptung verallgemeinerte Mayer obskur, dass alle Wärme als gleiche und entgegengesetzte Bewegungen betrachtet werden kann, die sich gegenseitig neutralisieren, und dass 02mc irgendwie ein universeller mathematischer Ausdruck für die Wärmekraft ist. Schließlich zeigte Mayer, wie in dem allgemeineren Fall, in dem die kollidierenden Teilchen nicht in einer geraden Linie liegen, das Parallelogramm der Kräfte verwendet werden kann, um zu bestimmen, wie viel Bewegungskraft bei der Kollision „neutralisiert“ würde.
Nach Fertigstellung von „Über die … Bestimmung der Kräfte“ legte Mayer es den Annalen der Physik und Chemie zur Veröffentlichung vor. Der Herausgeber Poggendorff ignorierte das Papier und es wurde nicht gedruckt. Obwohl er wütend und enttäuscht war, wurde Mayer schnell auf die Grenzen der Abhandlung aufmerksam und begann sofort, Physik und Mathematik zu studieren. Zwischen August 1841 und März 1842 entdeckte Mayer, dass mv2, nicht mv das richtige Maß für die Bewegungsgröße ist und dass diese Kraftform mit dem vis viva der Mechanik identisch ist. Er nahm diese Entdeckung in seine zweite Arbeit „Bemerkungen über die Kräfte der unbelebten Natur“ auf, die er im Mai 1842 in Liebigs Annalen der Chemie veröffentlicht hatte.
In diesem zweiten Artikel erläuterte Mayer die konzeptionelle Grundlage seiner Theorie und untersuchte, wie er sagte, die genaue Bedeutung des Begriffs „Kraft“. Wie im vorherigen Artikel kam Mayer zu dem Schluss, dass Kräfte erste Ursachen sind; Daher versichert uns das Gesetz causa aequat effectum, dass Kraft quantitativ unzerstörbar ist. Kräfte sind wie Materie Objekte, die verschiedene Formen annehmen können und unzerstörbar sind. Kräfte unterscheiden sich von Materie nur deshalb, weil sie unwägbar sind.
Mayer entwickelte eine Idee, die in seiner vorherigen Arbeit erwähnt wurde, und behauptete, dass die räumliche Trennung zweier Körper selbst eine Kraft sei. Diese Kraft nannte er „Fallforce“ (Fallkraft). Wo ein Objekt die Erde ist und das zweite Objekt in der Nähe der Erdoberfläche ist, kann die Fallkraft md geschrieben werden, wobei m das Gewicht des Objekts und d seine Höhe ist. Im tatsächlichen Fall wird die Fallkraft in Bewegungskraft umgewandelt. Mayer drückte diese Umwandlung als md = mc2 aus, wobei c die vetocity ist, die von einem Objekt des Gewichts m in der Entfernung d zur Erdoberfläche erhalten wird.
Auf der Grundlage dieses Konzepts der Fallkraft. Mayer kam zu dem Schluss, dass die Schwerkraft überhaupt keine Kraft ist, sondern ein „Merkmal der Materie.“ Die Schwerkraft kann keine Kraft sein, argumentierte Mayer, weil sie nicht die ausreichende Ursache für Bewegung ist; Neben der Schwerkraft ist die räumliche Trennung Voraussetzung für den Fall. Wenn die Schwerkraft eine Kraft wäre, dann wäre sie eine Kraft, die ständig eine Wirkung erzeugt, ohne selbst verbraucht zu werden; dies würde jedoch gegen das Prinzip der Krafterhaltung verstoßen. In all seinen späteren Papieren und Briefen hielt Mayer standhaft an dieser Position fest. Er argumentierte ständig, dass die Entität „Kraft“ in ihrem Newtonschen Sinne unlogisch und irreführend benannt ist und dass daher ein anderer Begriff für sie eingeführt werden sollte. Das Wort „Kraft“ sollte für die substantielle, quantitative Einheit reserviert werden, die in Umrechnungen konserviert wird. Selbst nachdem die Physik später den Begriff „Energie“ angenommen hatte, um Mayers Kraftkonzept zu beschreiben, argumentierte Mayer weiterhin, dass die Idee der Kraft als konservierte Entität konzeptionell vor der Newtonschen Entität stand und dass daher der traditionelle Name „Kraft“ hätte sein eigenes Konzept der Kraft.
Nach der Diskussion der Interkonvertibilität von Fallkraft und Bewegungskraft in seinem Papier von 1842 bemerkte Mayer, dass Bewegung oft beobachtet wird, ohne eine äquivalente Menge anderer Bewegung oder Fallkraft zu verschwinden. In diesen Fällen wird Bewegung in eine andere Form von Kraft umgewandelt, nämlich Wärme, Fallkraft, Bewegung und Wärme sind verschiedene Manifestationen einer unzerstörbaren Kraft, und daher pflegen sie bestimmte quantitative Beziehungen untereinander. Mayer folgerte daraus, dass es in der Natur einen konstanten Zahlenwert geben muss, der das mechanische Äquivalent der Wärme ausdrückt. Er gab an, dass dieser Wert 365 Kilogrammmeter pro Kilokalorie beträgt; das heißt, die Fallkraft in einer Masse von einem Kilogramm auf 365 Metern ist gleich der Wärmekraft, die erforderlich ist, um ein Kilogramm Wasser um ein Grad Celsius anzuheben.
Obwohl Mayers Papier von 1842 lediglich das mechanische Äquivalent von Wärme angab, ohne seine Ableitung anzugeben, gaben spätere Papiere auch seine Methode an. x sei die Wärmemenge in Kalorien, die benötigt wird, um einen Kubikzentimeter Luft bei konstantem Volumen von 0°C auf 1° C anzuheben. Um den gleichen Kubikzentimeter Luft bei konstantem Druck um ein Grad Celsius anzuheben, ist eine größere Wärmemenge erforderlich, z. B. x + y, da bei der Volumenausdehnung gegen die Kraft gearbeitet werden muss, die den konstanten Druck aufrechterhält. Wenn diese letztere Expansion unter einer Quecksilbersäule durchgeführt wird, wird die zusätzliche Wärme y in die Anhebung dieser Quecksilbersäule fließen. Wenn also P das Gewicht der Quecksilbersäule und h der Abstand ist, in dem sie in der Expansion angehoben wird, können wir schreiben y = ph; Das Problem ist, y zu finden. Aus veröffentlichten Daten wusste Mayer, dass 3.47 × 10-4 Kalorien werden benötigt, um einen Kubikzentimeter Luft unter einem konstanten Druck von 1.033 g um ein Grad Celsius anzuheben./cm.2 (dh 76 cm. Quecksilber); daher x + y = 3,47 × 10-4 Kalorien. Er wusste auch aus Daten von Dulong, dass das Verhältnis der spezifischen Luftwärme bei konstantem Volumen und konstantem Druck 1/1,421 beträgt; daher x / (x + y) = 1/1,421. Den Wert von x + y kennend, fand Mayer dann leicht y 1,03 × 10-4 Kalorien. Da die Expansion bekanntermaßen die Quecksilbersäule um 1/274 Zentimeter anhebt, hatte Mayer dann für die Gleichung y = ph.
1.03 × 10-4cal. = 1.033 Gramm. × 1/274 cm.
Die Reduktion dieser Zahlen ergab die Gleichung 1 Kilokalorie = 365 Kilogrammmeter.
Mayers Ableitung des mechanischen Wärmeäquivalents war so genau, wie es der für das Verhältnis der spezifischen Wärme gewählte Wert zulassen würde. Mayers Ableitung beruht auf der Annahme, dass sein Kubikzentimeter Luft während der freien Expansion keine innere Arbeit leistet; das heißt, dass die gesamte Wärme y geht, um die Quecksilbersäule anzuheben. Obwohl Mayer bereits 1842 von einem experimentellen Ergebnis von Gay-Lussac wusste, das diese Annahme untermauern würde, berief er sich erst drei Jahre später (1845) öffentlich darauf.
Das Papier von 1842 legte Mayers endgültige Sicht auf die Erhaltung der Kraft dar und begründete seinen Prioritätsanspruch; Historisch gibt das Papier auch Einblick in die Prozesse, durch die Mayer zu seiner Theorie kam. In den 1840er Jahren formulierten verschiedene europäische Wissenschaftler und Ingenieure Ideen, die auf die Erhaltung der Energie hindeuteten. Verschiedene Interessen beeinflussten diese Formulierungen. Zu diesen Interessen gehörte die wachsende Sorge um die Effizienz von Dampfmaschinen und um die vielen neuen Umwandlungsprozesse, die in Elektrizität, Magnetismus und Chemie entdeckt wurden. Mayers frühe Arbeiten zeigen wenig Interesse an diesen Problemen, legen jedoch nahe, dass philosophische und konzeptionelle Überlegungen Mayers Theoretisierung weitgehend leiteten. Eine dieser Überlegungen war seine ständige Identifizierung von Kraft und Ursache; ein anderes war sein intuitives Verständnis von Kraft als substantielle, quantitative Einheit. Die Quelle dieser Ideen Mayers und ihre Beziehung zum größeren Kontext der deutschen Wissenschaft und Philosophie bleiben ungelöste historische Probleme. Beide Konzepte scheinen einzigartig in der deutschen Wissenschaft gewesen zu sein und Mayer dazu gebracht zu haben, bekannte Phänomene auf radikal neue Weise zu interpretieren. Ein Beispiel für diese Interpretation sind die Ereignisse, die Mayer offenbar zu seinen anfänglichen Spekulationen über die Krafterhaltung führten.
Wie mehrere andere Formulierer des Erhaltungsprinzips wurde Mayer durch physiologische, nicht physikalische Überlegungen zu seiner Theorie geführt. Während er im Juli 1840 das Blut europäischer Seeleute ließ, die kürzlich in Java angekommen waren, war Mayer von der überraschenden Rötung ihres venösen Blutes beeindruckt gewesen. Mayer führte diese Rötung auf die ungewohnte Hitze der Tropen zurück. Da eine geringere Stoffwechselverbrennungsrate ausreichen würde, um die Körperwärme aufrechtzuerhalten, entzog der Körper dem roten arteriellen Blut weniger Sauerstoff. Diese Beobachtung schlug Mayer als bemerkenswerte Bestätigung der chemischen Theorie der Tierwärme vor, und er verallgemeinerte schnell, dass die Oxidation von Nahrungsmitteln die einzig mögliche Quelle tierischer Wärme ist. Die Tierökonomie als einen Kraftumwandlungsprozess begreifen — dessen Input und Outgo immer ausgeglichen sein müssen – Mayer erkannte, dass die chemische Kraft, die in Lebensmitteln latent ist, der einzige Input ist und dass dieser Input quantitativ als Wärme ausgedrückt werden kann, die durch die Oxidation des Lebensmittels gewonnen wird. Bis zu diesem Punkt Mayers Argumentation unterschied sich wenig von der zeitgenössischen physiologischen Theorie, aber sobald es erreicht wurde Mayer ging zu einem konzeptionellen Sprung, der weit über alle Fakten zur Verfügung stand. Er entschied, dass nicht nur die vom Tier direkt als Körperwärme erzeugte Wärme, sondern auch die indirekt durch Reibung erzeugte Wärme, die letztendlich aus der Muskelanstrengung des Tieres resultiert, gegen diesen chemischen Krafteintrag abgewogen werden muss. Muskelkraft und auch Körperwärme müssen von der chemischen Kraft abgeleitet werden, die in der Nahrung latent ist. Wenn die Aufnahme und der Kraftaufwand des Tieres ausgeglichen sein sollen, müssen alle diese Kraftmanifestationen in allen Kraftumwandlungen, die im Tierkörper auftreten, quantitativ erhalten bleiben. Diese Schlussfolgerung, so fruchtbar sie auch sein mag, schien weitgehend auf Mayers vorgefasster Vorstellung von Kraft und Bekehrung und nicht auf empirischen Beobachtungen zu beruhen.
Unmittelbar nach seiner Rückkehr aus Java hatte Mayer ein Papier über Physiologie geplant, das diese Ideen darlegen sollte, aber er verschob das Papier absichtlich, um zuerst eine richtige physikalische Grundlage für die Theorie zu legen. Nachdem er dies in der Abhandlung von 1842 getan hatte, veröffentlichte er 1845 privat in Heilbronn Die organische Bewegung in ihrem Zusammenhang mit dem Stoffwechsel, sein originellstes und umfassendstes Papier. In dieser Arbeit legte Mayer erneut die physikalische Grundlage seiner Theorie dar und erweiterte diesmal das Ideal der Krafterhaltung auf magnetische, elektrische und chemische Kräfte. In Die organische Bewegung beschrieb er die grundlegenden Kraftumwandlungen der organischen Welt. Pflanzen wandeln die Wärme und das Licht der Sonne in latente chemische Kraft um; Tiere verbrauchen diese chemische Kraft als Nahrung; Tiere wandeln diese Kraft dann in ihren Lebensprozessen in Körperwärme und mechanische Muskelkraft um.
Mayer wollte mit der organischen Bewegung nicht nur die Erhaltung der Kraft als Grundlage der Physiologie begründen, sondern auch Ansichten des organischen Chemikers Liebig widerlegen. 1842 hatte Liebig sein einflussreiches und umstrittenes Buch Die Thierchemie oder die organische Chemie in ihrer Anwendung auf Physiologie und Pathologie veröffentlicht. In dieser Arbeit war Liebig als Verfechter der chemischen Theorie der Tierwärme hervorgegangen, die Lavoisier und Laplace erstmals 1777 vorgeschlagen hatten. So wie Mayer es getan hatte, war Liebig zu dem Schluss gekommen, dass Tierwärme, die aus einer anderen Quelle als der Oxidation von Nahrungsmitteln erzeugt wurde, gleichbedeutend mit der Erzeugung von Kraft aus dem Nichts war. Daher kam er zu dem Schluss, dass die Oxidation von Lebensmitteln die einzige Quelle tierischer Wärme ist. Liebig glaubte auch, dass die Muskelkraft letztendlich von der chemischen Kraft durch eine zwischengeschaltete Vitalkraft abgeleitet wurde, die in den Eiweißstoffen des Muskelgewebes lokalisiert ist. Mayer war sich der Bekanntschaft Liebigs mit seiner Arbeit von 1842 bewusst und betrachtete Die organische Chemie als mögliches Plagiat und als eindeutige Bedrohung seiner Priorität. In seinem Die organische Bewegung Mayer schloss sich Liebig an, um die chemische Theorie der Tierwärme zu vertreten, aber er widerlegte dann Liebigs andere Ansichten, wo immer dies möglich war.
Mayer eröffnete seinen Angriff auf Liebig, indem er Liebigs häufigen Rückgriff auf den Vitalismus kritisierte. Die Lebenskraft diente in Liebigs Theorie verschiedenen Funktionen, wobei die Hauptfunktion darin bestand, zu verhindern, dass der lebende Körper spontan anfing zu faulen, wobei sein Gewebe ständig in Gegenwart von Sauerstoff und Feuchtigkeit war. Mayer bestritt, dass Fäulnis in den Geweben so spontan auftreten würde, wie Liebig angenommen hatte. Mayer argumentierte, dass bei Fäulnis die Fäulnisteile dennoch so schnell im Blut abtransportiert würden, wie sie zu zerfallen begannen. Daher war die Postulierung einer Lebenskraft nicht nur unwissenschaftlich, sondern unnötig.
Liebig hatte weiter argumentiert, dass, während Stärke und Zucker im Blut oxidiert werden, um Wärme zu erzeugen, nur das proteinhaltige Muskelgewebe die chemische Veränderung erfahren kann, die notwendig ist, um mechanische Muskelkraft zu erzeugen. Daher treten diese Veränderungen im Muskel auf, nicht im Blut; Der Muskel verbraucht sich buchstäblich in Anstrengung. Gegen dieses Argument verwendete Mayer sein mechanisches Äquivalent von Wärme, um die Menge an Muskelgewebe zu berechnen, die täglich verbraucht werden muss, um die Anstrengungen eines Arbeitstiers zu unterstützen. Die hohe Assimilationsrate, die kontinuierlich erforderlich ist, um diesen Verlust zu ersetzen, argumentierte Mayer, machte Liebigs Theorie bestenfalls unwahrscheinlich. Er kam zu dem Schluss, dass es am vernünftigsten schien, anzunehmen, dass die gesamte Oxidation im Blut stattfindet, unabhängig von der Form und dem Ort der freigesetzten Kraft. Am Ende seines Papiers von 1845 versöhnte Mayer schließlich die Hauptbeobachtungen der klassischen Reizbarkeitstheorie mit seiner eigenen Hypothese und argumentierte die Abhängigkeit der Kontraktionskraft von der Blutversorgung.
Die organische Bewegung übte wenig Einfluss auf die deutsche Physiologie aus, obwohl Mayers Angriff auf Liebigs Lebenskraft begeisterte Resonanz fand und die Arbeit mehrere positive Kritiken erhielt. Nach 1845 ließen Liebigs jüngere Schüler seine Spekulationen über die Lebenskraft stillschweigend fallen, wie Mayer vorgeschlagen hatte. Die Frage des Muskelabbaus blieb unter Physiologen umstritten, obwohl 1870 vereinbart wurde, dass die Oxidation von Kohlenhydraten zusätzlich zu Proteinen zur Produktion von Muskelenergie beitrug. Mayers Schriften hatten wenig direkten Einfluss auf diese beiden Entwicklungen.
Unmittelbar nach der Veröffentlichung seiner Abhandlung über Physiologie wandte Mayer seine Theorie der Krafterhaltung auf ein zweites kritisches Problem an, das er 1841 unbefriedigend behandelt hatte: die Quelle der Sonnenwärme. 1846 brachte er eine Erklärung der Sonnenwärme vor, die er in eine der Pariser Akademie vorgelegte Abhandlung „Sur la production de la lumiére et de la chaleur du soleil“ und in die erweiterten Beiträge zur Dynamik des Himmels in populären Darstellungen, die 1848 privat in Heilbronn veröffentlicht wurden. Nachdem Mayer in diesen Arbeiten die Unzulänglichkeit einer chemischen Verbrennung zur Aufrechterhaltung der enormen Strahlung der Sonne nachgewiesen hatte, brachte er das voran, was schnell als „Meteorhypothese“ der Sonnenwärme bekannt wurde. Mayer spekulierte, dass Materie, meist in Form von Meteoren, täglich in immensen Mengen in das Sonnensystem eindringt und beginnt, die Sonne zu umkreisen. Reibung mit dem leuchtenden Äther bewirkt, dass sich diese Materie mit übermäßigen Geschwindigkeiten allmählich in die Sonne dreht. Beim Auftreffen auf die Sonne gibt diese Materie ihre kinetische Energie als Licht und Wärme ab. Mayer verwendete sein mechanisches Wärmeäquivalent, um zu zeigen, dass jede auf die Sonne treffende Masseneinheit viertausend bis achttausend Mal so viel Wärme abgeben würde, wie durch die Verbrennung einer äquivalenten Kohlenstoffmasse erzeugt würde. Wenn also die Menge der Materie, die in die Sonne fällt, als ausreichend groß angenommen wird, kann dieser Prozess die gesamte Wärmeabgabe der Sonne aufrechterhalten.
Nach 1850 die meteoric Hypothese erhielt breite Währung, vor allem wegen der Versionen der Theorie, die unabhängig von Mayer von Waterston und William Thomson. Die Erklärung der Sonnenwärme, die allgemeine Akzeptanz fand und bis weit ins zwanzigste Jahrhundert überlebte, wurde jedoch von Helmholtz in einem populären Vortrag von 1854 vorgeschlagen, „Über die Wechselwirkung der Naturkräfte und die daraus resultierenden Untersuchungen der Physik.“ Laut Helmholtz wird die Sonnenwärme durch die allmähliche Abkühlung und Kontraktion der Sonnenmasse aufrechterhalten. Wenn die Dichte der Sonne zunimmt, gibt die Sonnenmaterie ihre potentielle Energie direkt als Wärme ab. Obwohl dies keine echte Meteorhypothese war, ähnelte Helmholtz ‚Erklärung der Sonnenwärme in vielerlei Hinsicht Mayers. Mayers Hypothese könnte Helmholtz bei der Formulierung seiner eigenen Hypothese beeinflusst haben, denn bis 1854 wusste Helmholtz von Mayers Abhandlung von 1848 und hatte sie in seinem Vortrag von 1854 diskutiert, kurz bevor er seine eigenen Ansichten über den Ursprung der Sonnenenergie darlegte.
Mayers astronomische Arbeiten belebten auch eine andere Hypothese, die nach 1850 wichtig werden sollte. In der Dynamik des Himmels von 1848 und in seinen 1851 erschienenen Memoiren „De l’influence des marées sur la rotation de la terre“ zeigte Mayer, dass die Gezeitenreibung die Hauptachse des Gezeitenkugels der Erde um etwa fünfunddreißig Grad von der Erde-Mond-Linie ablenkt. Daher übt die Gravitation des Mondes ein konstantes verzögerndes Paar auf die Erdrotation aus, ein Paar, das die Rotationsenergie der Erde allmählich als Wärme abführt.
Obwohl Minute, ist diese Menge wahrnehmbar. Unter Berufung auf Laplace, Mayer stellte fest, dass auf der Grundlage von Daten aus alten Finsternissen, Die Länge des Tages, und damit die Rotationsgeschwindigkeit der Erde, kann gezeigt werden, dass sie bis heute konstant war .002 Sekunden in den letzten 2.500 Jahren. Dieses Versäumnis, die vorhergesagte Verzögerung aufgrund der Gezeitenreibung zu beobachten, deutete auf das Vorhandensein eines Kompensationsphänomens hin. Er fand das in der Geologie. Bis 1848 glaubten viele Geologen, dass die Erde ursprünglich als geschmolzene Masse kondensiert war und seitdem mit unbestimmter Geschwindigkeit abgekühlt war. Diese Theorie stand vor einer kritischen Schwierigkeit, denn die Abkühlung hätte eine Kontraktion der Erde hervorrufen sollen, die wiederum ihre Rotation beschleunigt haben sollte. Eine solche Beschleunigung konnte nicht beobachtet werden, und Laplace hatte bereits die scheinbare Konstanz des Tages genutzt, um zu beweisen, dass innerhalb der letzten 2.500 Jahre keine Kontraktion von mehr als fünfzehn Zentimetern stattgefunden haben konnte. Zu diesem Zeitpunkt stellte Mayer kühn die Hypothese auf, dass die Gezeitenverzögerung der Erdrotation durch die Beschleunigung aufgrund von Abkühlung und Kontraktion ausgeglichen wird. Mayer wies darauf hin, dass diese Annahme beide Hypothesen rettete und beide mit der beobachteten Konstanz des Tages in Einklang brachte. Die vorhergesagte Verzögerung von .0625 Sekunden in 2.500 Jahren, zeigte Mayer, würden eine kompensatorische Kontraktion des Erdradius um 4,5 Meter ermöglichen.
Der Einfluss von Mayers Spekulationen ist schwer einzuschätzen; Die Abhandlung von 1848 wurde nicht allgemein gelesen, während die Memoiren nach Paris berichtet, aber nicht gedruckt worden waren. 1858 veröffentlichte Ferrel eine ähnliche Hypothese, offenbar unabhängig von Mayer, und stellte fest, dass die Gezeitenverzögerung und die Kontraktion der Erde kompensatorische Veränderungen der Erdrotation hervorrufen könnten. 1865 berief sich Delaunay auf die Gezeitenreibung, um eine neu entdeckte Ungleichheit in der Bewegung des Mondes zu erklären, und stellte fest, dass die Hypothese der Gezeitenreibung bereits in mehreren gedruckten Werken formuliert worden war.
Die Dynamik des Himmels markierte das Ende von Mayers Schaffenskarriere, denn seine zahlreichen späteren Artikel waren vor allem populär oder retrospektiv. Zu diesem Zeitpunkt hatte Mayer in wichtigen wissenschaftlichen Kreisen fast keine Anerkennung erhalten, und zu dieser Enttäuschung kam die Frustration hinzu, andere Männer unabhängig voneinander ähnliche Ideen wie seine eigenen vorantreiben zu sehen. Liebig hatte 1842 viele von Mayers Ansichten vorweggenommen, und 1845 berechnete Karl Holtzmann ein mechanisches Äquivalent von Wärme ohne Bezugnahme auf Mayer. In 1847 Helmholtz eine vollständige mathematische Behandlung der Krafterhaltung in seiner Abhandlung Über die Erhaltung der Kraft. Mayers Hauptkonkurrent war Joule, und 1848 wurde Mayer mit ihm in einen Prioritätsstreit verwickelt, der hauptsächlich durch die Pariser Akademie geführt wurde. Obwohl der Streit nicht schlüssig blieb, entwickelte er später bittere nationalistische Untertöne, als andere Wissenschaftler den Streit aufnahmen.
Nach 1858 verbesserte sich Mayers Vermögen. Helmholtz las offenbar Mayers frühe Papiere um 1852, und danach argumentierte er Mayers Priorität in seinen eigenen vielgelesenen Werken. Auch Clausius betrachtete Mayer ehrerbietig als Begründer des Erhaltungsprinzips und begann 1862 mit ihm zu korrespondieren. Durch Clausius wurde Mayer mit Tyndall in Kontakt gebracht, der schnell Mayers englischer Meister im Prioritätsstreit mit Joule, Thomson und Tait wurde. In den 1860er Jahren wurden viele von Mayers frühen Artikeln ins Englische übersetzt, und 1871 erhielt Mayer die Copley-Medaille der Royal Society. 1870 wurde er zum korrespondierenden Mitglied der Pariser Akademie der Wissenschaften gewählt und erhielt den Prix Poncelet.
Obwohl die wissenschaftliche Welt Mayer vor seinem Tod 1878 verherrlichte, übte er in Wirklichkeit wenig Einfluss auf die europäische Wissenschaft aus. In jedem Feld, in dem er arbeitete, wurden seine Hauptideen später unabhängig von anderen formuliert und waren in der Wissenschaft gut etabliert, bevor seine eigenen Beiträge anerkannt wurden. In einer Zeit, in der sich die deutsche Wissenschaft rasch professionalisierte, blieb Mayer ein gründlicher Dilettant. Er führte fast keine Experimente, und obwohl er eine genaue, numerische Wendung des Geistes, er weder vollständig verstanden mathematische Analyse noch jemals beschäftigt es in seinen Papieren. Sein wissenschaftlicher Stil, sein Status als Außenseiter der wissenschaftlichen Gemeinschaft und seine mangelnde institutionelle Zugehörigkeit waren alles Faktoren, die Mayers Zugang zu einflussreichen Zeitschriften und Verlagen einschränkten und die Akzeptanz seiner Ideen behinderten. Mayer war ein konzeptueller Denker, dessen Genie in der Kühnheit seiner Hypothesen und in seiner Fähigkeit lag, die Arbeit anderer zu synthetisieren. Mayer besaß eigentlich nur eine schöpferische Idee – seine Einsicht in die Natur der Kraft —, aber er verfolgte diese Einsicht hartnäckig und erlebte, wie sie in der Physik als Prinzip der Energieerhaltung etabliert wurde.
BIBLIOGRAPHIE
Mayers wichtigste wissenschaftliche Arbeiten wurden in Jacob J. Weyrauch, Hrsg., Die Mechanik der Wärme, 3. Aufl. (Stuttgart, 1893). Mayers Briefe, Kurzarbeiten und andere Dokumente im Zusammenhang mit seiner Karriere wurden als Jacob J. Weyrauch, Hrsg., Kleine Schriften und Briefe von Robert Mayer (Stuttgart, 1893). In beiden Werken liefert Weyrauch nicht nur umfangreiche nn. und Kommentar, sondern auch eine gründliche biog. von Mayer. Weitere Dokumente zum beruflichen und familiären Werdegang Mayers sind in der Festschrift bd., Helmut Schmolz und Hubert Weckbach, Hrsg., J. Robert Mayer, Sein Leben und Werk in Dokumenten (Weissenhorn, 1964).
Bestehende Biographien von Mayer neigen zu whiggishness; einer der besseren ist S. Friedländer, Julius Robert Mayer (Leipzig, 1905). Zu Mayers Platz bei der Formulierung des Prinzips der Energieeinsparung und zum europäischen Kontext seiner Arbeit siehe Thomas S. Kuhn, „Energy Conservation as an Example of Simultaneous Discovery“, in Marshall Clagett, Hrsg., Kritische Probleme in der Wissenschaftsgeschichte (Madison, Wis., 1959), 321–356. Mayers Konzepte von Kraft und Kausalität werden von B diskutiert. Hölle in „Robert Mayer“, in Kantstudien, 19 (1914), 222-248. Obwohl er Mayer nicht erwähnt, diskutiert Frederic L. Holmes in seinem Intro das Milieu der deutschen Physiologie in den 1840er Jahren. zu Liebig’s Animal Chemistry, facs. ed. (New York, 1964). Über Mayers Rolle in astrophysikalischen Spekulationen siehe Agnes M. Clerke, A Popular History of Astronomy During the Nineteenth Century, 3rd ed. (London, 1893), insb. 332–334, 376–388.
R. Steven Turner
