Chuyện thường xảy ra trong khoa học là các khái niệm và phát minh hiếm khi được gán cho con người thật sự khám phá ra chúng. Đa số các khái niệm và phát minh có một vài tác giả, từ định lí Pythagoras cho đến radio. Nhưng có một khái niệm đặc biệt – định luật thứ nhất của nhiệt động lực học – có hai tác giả cùng đi tới nó chỉ cách nhau một năm. Và sau đây là câu chuyện vì sao chúng ta đo năng lượng theo joule thay vì mayer.
Lịch sử khoa học có đầy những cuộc đối đầu lịch sử. Một trong những cuộc đấu nổi tiếng nhất là cuộc chiến Tesla/Edison kết thúc với sự thành công nhưng nhục nhã đối với Edison. Đồng thời, Tesla đã trở thành người anh hùng khoa học của công chúng. Một cuộc chiến khác xảy ra sớm hơn giữa hai nhà khoa học về các định luật của nhiệt động lực học và nó gần như chôn vùi số phận của một nhà khoa học.
Vào năm 1843, James Joule bố trí một thí nghiệm nhỏ làm thay đổi cách người ta nhìn nhận thế giới. Ở một bên ròng rọc ông buộc một vật nặng. Ở phía bên kia, ông buộc một bánh xe guồng nhỏ. Ông nhúng bánh xe guồng trong nước đã được xác định nhiệt độ, và thả vật nặng rơi xuống. Khi vật nặng rơi, năng lượng của nó làm quay bánh xe guồng và khuấy đảo nước. Sau khi vật nặng chạm đất, ông đo nhiệt độ của nước lần nữa. Nước ấm lên. Joule đã chứng minh một trong những mối liên hệ cơ bản nhất của toàn bộ nhiệt động lực học. Ông chứng minh rằng chuyển động cơ và nhiệt có thể chuyển hóa qua lại. Ông đã khai màn một tiến trình đưa tên tuổi của ông gán cho đơn vị nổi tiếng của năng lượng. Điều quan trọng hơn là Joule đã đi tới công thức e = mc2 của thời đại của ông. Cơ năng và nhiệt có vẻ như những cái hoàn toàn khác nhau, nhưng ông chứng minh rằng chúng là tương đương, và rằng trong nhiệt động lực học, năng lượng không biến mất. Nó đã được chuyển hóa sang dạng khác. Đây là cái trở thành định luật thứ nhất của nhiệt động lực học.
Julius Robert von Mayer – nhà khoa học kém may mắn
Và nó đã trở thành câu chuyện đau buồn của một người, mà trong một bài báo khoa học năm 1842 nói về khả năng chuyển hóa của cơ năng và nhiệt năng, đã viết ra những lời “Năng lượng không được sinh ra cũng không mất đi”. Julius Robert von Mayer không có nhiều may mắn trong đời mình, nhưng ông thật sự khai thác tốt mỗi một cơ hội có trong tay. Ông là một trong nhiều con trai của một nhà bào chế thuốc. Ông rời trường đại học với mảnh bằng y khoa. Rồi ông giương buồm trên một thuyền buôn Hà Lan với vai trò bác sĩ phẫu thuật. Có những cái mâu thuẫn với cái ông đã học ở trường trên chuyến đi đó. Một số người nói ông để ý thấy máu ở vùng nhiệt đới có màu sắc hơi khác – vì nó không có nhiều chất dinh dưỡng và oxygen cần thiết để làm ấm cơ thể so với ở xứ lạnh. Một số người nói ông đã đưa tay hứng những con sóng do gió bão thổi lên và để ý thấy chúng ấm hơn những con sóng lúc trời yên. Một số người thì nói chuyến đi đó không có gì hết và ông lần đầu tiên để ý đến sự chênh lệch nhiệt độ do chuyển động khi nhìn một người kị binh khuấy vạc bột giấy. Cho dù cảm hứng đầu tiên của ông là gì đi nữa, thì nó đã khiến ông nghĩ về cách năng lượng có thể chuyển hóa từ một môi trường này sang môi trường kia, và khi ông trở về nhà, ông đã bắt đầu làm nghiên cứu với nó.
Lúc đọc về thí nghiệm của những người khác, và tiến hành một số quan sát của riêng ông, Mayer đã đi tới lí thuyết của tính không hủy mất của năng lượng, đồng thời ước tính sơ bộ cái cần thiết để đưa một lượng nước nhất định lên một nhiệt độ nhất định. Ông đã gửi đăng những bài báo khoa học của mình về vấn đề đó – và phần lớn chúng bị người ta bỏ qua. Lúc ấy, ông là một bác sĩ, chứ không phải nhà vật lí. Ông không được đào tạo để trình bày bài báo của mình theo kiểu hàn lâm học thuật chính thống. Ông đã ngoại suy từ thí nghiệm của những người khác, thay vì thí nghiệm của riêng ông. Ông còn tương đối xa lạ với cộng đồng vật lí học. Mặc dù Mayer tiếp tục nghiên cứu và trau chuốt những quan sát của ông, nhưng ông vẫn không được chú ý tới.
Đó là nguyên do vì sao khi biết Joule đang được tôn vinh vì mọi thứ ông lại khó bào chữa cho bản thân mình. Đúng vậy, Joule đã làm những thí nghiệm của riêng ông, và những thí nghiệm đó có kết quả. Joule cũng gặp khó khăn, và ông không thể được đông đảo chấp nhận những lí thuyết của ông mãi cho đến cuối thập niên 1840. Điều đó chẳng giúp ích gì cho tâm trạng của Mayer. Khi danh tiếng của Joule vang dần, tinh thần của Mayer suy sụp hẳn. Ông suýt tự vẫn, và rồi vào ở trong viện tâm thần – hồi giữa thế kỉ 19 viện tâm thần là cái nơi đúng nghĩa như tên gọi của nó. Cho đến cuối đời mình, ông không hề thoát khỏi nỗi ám ảnh vì người ta phớt lờ những quan điểm của ông và uy tín ngày một tăng dần dành cho Joule.
May mắn thay, câu chuyện này có một cái kết nửa phần có hậu. Sau khi Mayer bình phục, ông đã lao vào nghiên cứu khoa học lần nữa, và trở thành một trong những người đầu tiên viết về sự quang hợp. Về cuối đời mình, ông còn được tôn vinh – mặc dù chủ yếu là nội bộ - cho những ý tưởng của ông về nhiệt động lực học, và được trao bằng tiến sĩ danh dự của trường đại học nơi ông làm việc. Ngày nay, ông được tôn vinh là một trong những người sáng lập của nhiệt động lực học. Dẫu vậy, tên tuổi của Joule vẫn được nhiều người biết tới hơn.
Nguồn: Science and Society
