قانون بقای انرژی چیست و توسط چه کسی نخستین بار ابداع شد؟
سال اکتشاف: 1847
این کشف چه می‌گوید؟
انرژی نه به وجود می‌آید و نه از میان می‌رود، فقط از یک شکل به شکل دیگر تغییر پیدا می‌کند، اما کل انرژی در یک سامانهٔ بسته همیشه ثابت است.
چه کسی آن را کشف کرد؟
هرمان فن هلمهولتز Hermann Von Holmholtz
انرژی هیچ‌گاه از بین نمی‌رود، فقط تغییر شکل می‌دهد، اما کل انرژی هیچ‌گاه تغییر پیدا نمی‌کند. این اصل به دانشمندان و مهندسان اجازه داد که سامانه نیرویی را طراحی کنند که به شما اجازه روشن کردن خانه‌اتان را می‌دهد و سوخت خودروی شما را تامین می‌کند؛ به آن بقای انرژی می‌گویند و یکی از مهم‌ترین کشفیات علم است. این کشف یکی از مفاهیم بنیادین در طبیعت است و نخستین قانون ترمودینامیک را تشکیل می‌دهد کلیدی است برای صرفه‌جویی در انرژی و تغییر انواع انرژی به یکدیگر. هنگامی که هرمان فن هلمهولتز تمام مطالعات و تحقیقات را روی هم گذاشت تا این اصل را کشف کند، علوم و مهندسی را برای همیشه دچار تحول کرد.
هرمان فن هلمهولتز به سال ۱۸۲۱، در پتسدام آلمان متولد شد. پدرش تاجر طلا بود. او در سن 16 سالگی با استفاده از بورس دولتی به تحصیل پزشکی پرداخت و متعهد شد در عوض، ۱۰ سال در ارتش پروس خدمت کند. او عملاً در موسسه پزشکی برلین به تحصیل پرداخت اما گاه و بی‌گاه به دانشگاه برلین می‌رفت تا در کلاس‌های شیمی و فیزیولوژی حاضر شود.
در همان حال که او به خدمت در ارتش مشغول بود، به تحقیق هم می‌پرداخت. او ثابت کرد که کار ماهیچه‌ها ناشی از فعل و انفعالات شیمیایی و فیزیکی است نه از «نیروهای ناشناخته حیاتی». بسیاری از محققان از اصطلاح «نیروهای حیاتی» برای توضیح پدیده‌های ناشناخته که قادر به توضیح آن نبودند استفاده می‌کردند. این «نیروهای حیاتی» گویی از هیچ، انرژی می‌آفریدند.
هلمهولتز می‌خواست ثابت کند که تمام حرکات ماهیچه‌ها، از طریق واکنش‌های فیزیکی (مکانیکی) و واکنش‌های شیمیایی درون ماهیچه‌ها صورت می‌گیرد. او به نظریه «نیروهای حیاتی» اعتقادی نداشت.
در طی تحقیقاتش او به نظریه بقای انرژی رسید (هیچ کاری انجام نمی‌شود. بدون آن‌که نیروی آن از جایی تأمین شود و از بین نمی‌رود بدون آن‌که نیروی به جایی برود).
او برای محاسبات دقیق تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی کاینتیک Kinetic (حرکت و کار) و تبدیل تغییرات فیزیکی ماهیچه به کار بر مطالعه ریاضیات پرداخت.
هلمهولتز توانست ثابت کند که کار از خلاء به وجود نمی‌آید و این کشف او را به اصل بقای انرژی رساند. انرژی هیچ‌گاه از بین نمی‌رود. به گرما، صوت و نور تبدیل می‌شود و می‌توان مقدار این تبدیل را محاسبه کرد.
در ۱8۴۷ او متوجه شد که نظریه عمومی بقای انرژی را اثبات کرده است، مقدار انرژی در طبیعت (یا هر سامانهٔ بسته) همیشه ثابت باقی می‌ماند. انرژی می‌تواند به اشکال مختلف (الکتریسیته، مغناطیس، انرژی شیمیایی، انرژی جنبشی، نور، گرما، صوتی، انرژی پتانسیل و شتاب) در آید اما نه از بین می‌رود و نه آفریده می‌شود.
بزرگ‌ترین چالشی که نظریه هلمهولتز با آن روبه‌رو شد از طرف ستاره‌شناس‌هایی عنوان گردید که خورشید را مطالعه می‌کردند. اگر خورشید نور و گرما تولید نمی‌کرد، پس این مقدار عظیم انرژی که از آن ساطع می‌شد از کجا می‌آمد؟ از سوزاندن ماده درونی همانند آتش که انرژی آن تولید نمی‌شد. دانشمندان به تازگی کشف کرده بودند که خورشید ظرف ۲۰ میلیون سال – با تولید نور و گرما – می‌تواند تمام ماده درونش را مصرف کند و بسوزد.
پنج سال طول کشید تا هلمهولتز متوجه شد پاسخ این سوال گرانش است. خورشید به آرامی فرو می‌ریزد و نیروی گرانش به نور و گرما تبدیل می‌شود. پاسخ او به مدت ۸0 سال پذیرفته شد تا سرانجام انرژی هسته‌ای کشف گردید.
قانون بقای انرژی به علاوه نظریه انفجار بزرگ یا مِه‌بانگ BigBang به ما می‌گوید که تمام انرژی که تا به حال وجود داشته یا در کائنات وجود دارد در لحظه انفجار بزرگ حضور داشته. تمام آتش و گرمایی که در ستارگان، در آتشفشان‌ها، در حرکت ستارگان، ستاره‌های دنباله‌دار و سیاره‌ها وجود دارد، در لحظه انفجار بزرگ آزاد شده است.
