焦耳：從名字到單位，我想跟你說說我的科學精神

我的名字叫做詹姆斯·普雷斯科特·嬌爾 公元1818年 也是中國的嘉慶23年12月24號 我出生於英國曼徹斯特 我作為家中五個孩子的老二 我們家本來是老實芭蕉的農民 但是到我祖父這一代突然祖墳冒了青煙 不但發了點小財還辦了一家小酒坊 為發大財奠定了基礎 我的父親就繼承了家裡的產業 經營友方 他不但賺得盆滿缽滿 他更把我們的那個小酒坊改成了一個現代化的釀酒廠 各種先進設備應有盡有 也就是這些設備激發了我小時候的好奇心 因為我家就住在釀酒廠的隔壁 我從小就在這些轟隆轟隆響的機器裡面鑽著玩 尤其是那些蒸汽機讓我印象特別深刻 我成長的過程當中 我父親對我影響是最大的 一方面他給我提供了雄厚的經濟基礎 讓我成年之後不必為了溫飽而擔憂 我可以隨心所欲做自己想做的事情 另一方面也是最重要的原因 就是因為他帶頭示範了一件事情 就是怎麼做真實的自己 其實我爹他真的很聰明 但他並沒有把全部的精力都用在釀酒廠的經營上 他把大把大把的時間用在了自己真正感興趣 但是在我看來有點莫名其妙的事情 具體說說 我父親他是一個教堂音樂的狂熱愛好者 他為神整理和譜寫了兩千多首讚美詩 以至於我們那個時代有很多個大教堂的主要聖歌都是他寫的 而且全城教堂當中最好的風琴也出自他手 而且別人一彈發現 我的天吶 這個音色真美 所以我爹他就真正實現了 取好不怕巷子深 只要是在一個偏僻的小教堂 用了他的風琴都能夠引來眾多的信徒 除了這些之外 我父親還是曼徹斯特音樂學院的聯合創始人之一 在他的一生當中 你敢想有二十多年都是在擔任音樂評論人 總之我父親就是一個被釀酒耽誤了的音樂家 當然也許壓根就沒耽誤 因為我三十六歲的時候 他就把我的釀酒廠低價賣了 好吧 這都是後話了 小的時候 我這個人長得不是很好看 就是我的外形嘛 個子不高 體格不壯 童年時期陰病 我的腰板也不直 也就因為這些原因 我的性格挺內向的 甚至挺孤僻的 我的自卑感也很強 我少年時期 又除了生病 吃藥之外 我也非常調皮 我特別喜歡欺負另一個跟我一樣的病號 就是我哥哥 我童年的時候面對各種玩具 特別是那種有科技含量的玩具 我自己先玩夠之後 才會讓我哥哥碰一碰 等我大一點之後 我就又哭又鬧 要我哥哥帶著自己玩風箏 我還會模仿傳說中的弗蘭克林 試圖從天空當中取回閃電 再到了後來 我不知道從哪裡搞到一個酸鹼電池 我經常把我哥哥電得連跳呆叫 在我哥哥寫的日記當中 有一次他正在騎馬 我就把他身下的馬電筋 他竟然從馬背上摔下來 差點鬧出人命 快把他氣死 公元1830年9月15號 那個時候我12歲 我非要纏著我哥 我到城裡的火車站湊熱鬧 我觀看烏裏普到曼徹斯特列車的通車儀式 從那之後 我就經常一個人在鐵道旁邊發呆 我經常看著來來往往的列車 從我身邊嚎叫著跑過 從我14歲到16歲 我跟我哥哥在一個家庭教室門下學習 那段時間我仍然野性十足 登山探險 騎馬狂奔 極速滑雪 我還喜歡玩手槍和馬槍 專門訂製了一套槍筒 用來拓展我的愛好 除了這些之外 我還喜歡繪畫攝影 我小時候還花了50英鎊的鉅款 來收集許多畫冊和書籍 好了 這些就是我的童年 後來到了我16歲 這一年是我一生當中很重要的一年 因為這一年當中發生了三件大事 第一是我母親病逝了 第二 是我開始在我們自己家的酒廠裡面實習 我也從當中接觸到了很多新鮮的高科技 比如說釀酒 從化學角度來看 釀酒過程當中包含了許多生化反應 比如大分子物質的降解 小分子物質的變化 還有香味物質的產生等等等等 從物理和機械的角度來看 釀酒過程也大有講究 比如說溫度與氣壓之間的關係 蒸汽機驅動大型抽水機的工作原理 還有各種加熱和降溫的器械 還有千奇百怪的力學裝置 我這個人本來好奇心就重 我一進入釀酒廠 那真是如魚得水 我想像力本來就豐富 我這一實習自然就激發了我天馬行空的想像力 後來我不顧我父親的反對 我乾脆把家裡的一個房間 改成了一個專門實驗的實驗室 我一旦有什麼奇思妙想 我就馬上做實驗進行驗證 反正我自己又不用做班 也是自家的產業 我隨時都可以下班 況且家裡也不缺錢 有什麼東西就直接買 錢能解決的問題 那就不叫問題 第三件事情 也是最重要的大事就是 我父親把我和我哥哥 一起送到了當時全球最著名的化學家 道爾頓家裡 每週學習兩次化學課 你說我父親為什麼能有這種通天本領 答案也就是一個字 錢 道老爺子雖然名氣大 成就風 但他脾氣怪 晚年更缺錢 所以就不得已 他在家裡辦起了私塾以此餬口 我們兩兄弟非常幸運 我們就成了道爾頓的官文弟子 兩年之後 在公元1836年 道爾頓因中風停辦私塾 在這兩年當中 我從道爾頓那裡學習到的最寶貴的東西 叫做理論與實踐相結合的科研方法 特別是正確的實驗態度 正確的實驗態度是什麼 我覺得就是以精確的測定來代替實驗現象描述 再加上我的想像力和實操能力 在這兩年當中 我的能力突飛猛進 在道爾頓的指導下 我18歲發表了第一篇論文 製成了電池驅動的電磁機 雖然這論文水平一般 但對我來說意義重大 因為這篇論文激發了我對化學和物理的興趣 我就下定決心 我要從事科研工作 而道爾頓就擔任了我的這個貴人 在他的引薦之下 我結識了許多頂級的科學家 因為他們經常到道爾頓家喝茶聊天 也就是在他的影響之下 我在公元1835年進入曼徹斯特大學 象徵性的聽了幾節課 後來又過了兩年 那個時候我22歲 我完成了我的代表性成果 發現了焦爾定律 什麼是焦爾定律 簡單來說 就是不同形式的能量 在傳遞與轉換過程當中 將始終守恆 具體來說 熱量可以從一個物體傳到另一個物體 也可以與機械能或者其他能量互相轉換 但是在轉換的過程當中 總之保持不變 也就是因為我這個定理 徹底否定了所謂永動機的可能性 警告了無數人說 此路不通 因為焦爾定律此路不通 當然 發現了這個定理之後 不是所有人都能接受的 誰都不相信世界竟會如此簡單 所以從23歲開始 我中期一生 我用我自己的耐心 和我自己磨練出來的技巧 花費了40多年的時間 歷經了400多次的實驗 來努力證明我的這一定律 我還想進一步給出一個 熱功轉換當量的精確值 這40年的酸甜苦辣 難以言表 簡單來說 就是這樣的 公元1841年 我開始設計多種實驗 來定量測定熱功當量值 1000卡的熱量 相當於460千克米的功 那一年 460這個數值 又被我改成443.8 還比較粗糙 1844年 我又把測量結果改成 1000卡的熱量 相當於424.9千克米的功 公元1847年 我測出了更準確的 熱功當量的平均值 就是1000卡的熱量 相當於423.9千克米的功 後來我到了一個什麼程度 公元1847年8月18號 那個時候 我正在跟我的妻子度蜜月 但是突然 我腦子當中靈光一閃 我逃婚了 我逃婚出來 偷偷地前往色朗契斯瀑布 我開始測量瀑布頂端 和底端的水溫差 因為我覺得 瀑布頂端沖下來的能量 會稍微增加瀑布底端的水溫 但因為那個時候 我只是靈光一閃 沒有帶什麼儀器 我的這次測量自然無功而終 公元1850年 其他科學家都用不同的方法 獲得了能量守恆定律 和能量轉化定律 而他們的這個定律 跟我測出來的都比較接近 這個時候我的工作 纔得到了普遍的承認 公元1852年 我發現了第二個重要的副產品 就是當自由擴散的氣體 從高壓容器當中 進入低壓容器的時候 溫度幾乎都要下降 這個現象如今被你們稱為 焦耳燙目訊效應 也就是從那個時候開始 我的身體開始慢慢地走下坡路 公元1875年 我測到了更為精確的熱功當量結果 即1000卡熱量 相當於415千克米的功 也就是從那個時候 我的健康情況更加惡化 我開始與病魔進行鬥爭 而這段時間長達十餘年 在這段時間當中 公元1878年 那個時候我60歲 我發表了最後一篇學術論文 我公佈了我測的最新熱功當量值 並決定 我要把這個當量值 作為自己的募資名 終於 公元1889年10月11日 我病逝於家中 享年74歲 在我的募資名上面很簡單 只有幾個數字 上面醒目地刻著那個熱功當量值 772.55 為了紀念這位偉大的科學家 後人把能量獲功的單位命名為 焦耳 作為史上最厲害的科學實驗家之一 焦耳幾乎把自己的一切 都獻給了科學事業 他花光了自己所有的積蓄 以致本來曾是富豪的他 從60歲起 便不得不依靠政府頒發的養老金度日 焦耳不擅言談 他衣著平常卻很整潔 他給人第一印象是 不怒自威 傲慢清高 但其實他很隨和 我們可以知道 他做人真誠 特別注意扶持青年人才 大家也都很喜歡他 對他的評價也很好 尤其欣慰他那一股俠氣 在去世之前 他曾經對弟弟說 我這一生只做了兩三件小事情 沒有什麼值得炫耀 興趣是最好的老師 有的人雖然通過考試獲得了學歷 但他也只是為了學歷而已 焦耳用他的一生告訴了我們一個道理 既要大膽地相信 也要大膽地懷疑 想必這也是科學精神的一種吧