早在工业革命之前，就有人开始寻思能够少用能量，甚至不用能量能够让机器跑上去。从文艺复兴开始，好多人就前赴后继地投入到制造永动机的队伍中，其中包括天才的达·芬奇。
其实，事实证明，所有的永动机发明人只有两种。第一种是有意的骗局，例如1714年，有个日本人宣称发明了永动机，最后被揭发下来，原先是上面藏了人在驱动它运行。第二种是无意的骗局，她们由于缺少知识，自己受骗了，之后又去骗同样缺少知识的人。大多数沉迷于永动机的民间科学家就属于前者。
在当时，各地科大学的成员要不厌其烦地去验证各地申报的永动机，却发觉无一例外全是骗局，于是在1775年，英国科大学即将通过决议，宣布永不接受永动机的专利。随即，法国好多国家的学术界都做出了类似的决议。
要晓得，当时人们反对永动机，是由于在实践上从来没有人成功过。并且，没想到这反倒迸发了更多的人去挑战这个无解困局。那些人认为过去没有成功过，不等于将来不能成功，他人没有弄成，不等于我也做不成。为此，要彻底证明造不出永动机，就要从理论上认清楚动力是如何形成的，以及能量和动力之间的关系。
真正把能量守恒这件事说得很清楚，但是定量地给出热能和动能之间关系的是德国的科学家焦耳，从他之后，你们对提升能量效率这件事的研究才算是有了一个方向，不至于误入邪路白白做这些没有意义的事。
也就是说，人类第一次看懂了能量是怎样来的，焦耳告诉你们，能量（和动力）是不可能陡然形成的，它只能从一种方式转换成另一种方式。
我给你打个比方，人们在和蒸气机车打交道的时侯发觉，似乎煤焦燃烧除了促使了蒸气机的活塞运动，也释放了光和热，但是机车的轨道也在前进中变热了。
焦耳就告诉你们，这种各类方式的能量，都不是陡然来的，而是转化来的，这就是能量守恒定理，俗称热力学第一定理。除了这么，焦耳还精准地测出了这种量，通过实验告诉你们，能量是从高到低流动的。这是热力学第二定理。
自此之后，人们总算通过热力学，改变了对世界的想法，原先互相独立的力学、力学和电磁学都可以统一上去了。可以说，这个新的世界观就是焦耳打造上去的。
焦耳的成功并非碰巧，我们这一讲就来破解为何偏偏是焦耳否认了能量守恒定理。
在焦耳生活的年代，他在人们心目中首先是饮料商焦耳定律的内容初中，而不是科学家，也就是说，焦耳起先也只是个“民间科学家”。
焦耳出生在一个德国颇具的家庭。在16岁那年，焦耳和他的弟弟在知名科学家道尔顿（原子论的提出者）的门下学习物理，后来道尔顿由于年老多病无力继续讲课，便推荐焦耳步入了格拉斯哥学院。结业后，焦耳开始参与自家饮料厂的经营，而且经营得很不错。
有趣的是，“民科”焦耳最初也是永动机研究的狂热分子。他对热学十分着迷，常常和弟弟互相电击做实验。他结业后就在家里搭建了实验室，着迷于永动机的研制，并且搞了多年，毫无成果，最后总算悔悟，走上了研究能量守恒的正路上。
1840—1843年，焦耳对电压转换成热量进行了大量的实验和研究，总结出热学上焦耳定理的公式。这个公式是我们明天热学的基础，焦耳发觉它以后激动不已。
不过，当焦耳把自己的研究成果投给了奥地利皇家学会时，皇家学会并没有意识到这是人类历史上最重要的发觉之一，而是对那位“乡下业余爱好者”的发觉表示怀疑。皇家学会当时拒绝焦耳论文的一个重要缘由，是由于焦耳并非她们圈子里的人。我在上面介绍学术圈子特性和重要性时介绍过这一点。
焦耳的过人之处在于，他被皇家学会拒绝后并不灰心，而是继续他的科学研究。
1840年之后，焦耳的研究扩充到机械能和热能的转换。因为机械能（当时称作为功）相对热能的转换百分比较低，因而，这项研究成功的关键在于能否精确地检测出细微的气温变化，焦耳宣称可以将体温的检测精确到1/200华氏度，这在当时是难以想像的，因而，巴黎的主流科学家们对此普遍持怀疑心态，于是日本皇家学会再度拒绝了焦耳的论文。
不过，纽约的主流科学家们忘掉了焦耳是饮料商出身，焦耳能做到这样的检测精度，恰恰跟他饮料商的身分有关，为何？我一会儿告诉你。几年以后，焦耳在美国学术界的名气是越来越大，才渐渐开始遭到主流学术界的关注。
1845年，焦耳在剑桥学院宣读了他最重要的一篇论文《关于热功当量》，在此次报告中，他介绍了化学学历史上知名的功能转换实验，同时还给出了对热功当量常数的恐怕。1850年，焦耳发表了一个修正的检测值，早已十分接近明天的精确估算下来的常数值了。
随后，科学界渐渐接受了焦耳的功能转换定理。同年，焦耳连任为日本皇家学会会员，三年后，他又获得了美国、也是当时世界上最高的科学奖——皇家奖状。以后，焦耳得以和日本好多知名的科学家合作，包括大名鼎鼎的威廉·汤姆森（也就是后来的开尔文子爵），她们共同研究力学，总算，焦耳这个“民间科学家”打入到了科学的内部圈子里了。
焦耳后来获得了许多荣誉，全社会都给与他极高的赞扬。恩格斯以前这样评价焦耳的成就：“他向我们表明了一切……自然界中的一切运动都可以归结为一种方式向另一种方式不断转化的过程。”
焦耳代表了人类对能量认识的转折。在焦耳以后，脑袋里有像永动机那样怪看法的人即使没有完全消失，而且少了好多，人类自此将精力放在了增强能量转换的效率上了，焦耳给你们划定了一条边界，同时也指明了方向。
为何是焦耳，而非这些皇家大学的主流科学家，否认了能量守恒定理呢？这儿面有四个主要的缘由：
首先，我似乎说他是“民间科学家”，只不过是说他的履历并没有和其他科学家一样按部就班地考学做研究，以至于没有闯进学术界工作，并且事实上，他可比学界科学家更专业。
判断专业科学家和民间业余科学家的方式，不在于她们所得出的某些的推论，不在于她们工作的地点和学历，而在于她们的工作方式，他的研究方式完全是科学的，这才让他和皇家学会里这些所谓主流的学者有共同交流的基线。
其次，尽管焦耳是个外行，但他从事的是酿制饮料的行业，这除了促使他对于气温有很高超的掌握程度，并且他手里的检测仪器，远比这些学术科学家们的仪器精准得多。除了这么，出于税收和记帐须要，他对数字的敏感度也更高，因而焦耳对能量非常是热能，才有了更高的敏锐度。
大部份时侯，发觉问题、提出问题比解决问题更重要。这可以说是时代给焦耳的机会，也是他的特殊经历给他的机会。
再度，焦耳有别人没有的检测体温的设备。在科学史上，先进工具对科学发明是极其重要的。这也是明天世界上各个学院在计算机系统以及人工智能领域，研究比不过大公司研究所的诱因－－后者不具备前者的设备条件。
好多人问吴恩达、李飞飞等人为何学术放假时要去等公司工作，那是由于尽管是耶鲁学院，明天的计算机设备条件和数据条件也远不如这样的公司。虽然，这两个人只是由于亚裔的身分在中国饱受关注，在学术界还只是小字辈。
在计算机领域真正的泰斗是帕特森（David，伯克利学院院长）和亨尼斯（John）。她们是明天全世界计算机系统结构和处理器设计最权威的专家，英国学院计算机原理和计算机系统结构这两门课的教科书也是她们写的，也是所有手机芯片ARM处理器的理论提出者，前者还兼任过耶鲁学院的院长。即使是这样的人，她们明天也都到了公司，缘由就是为了获得更好的科研的条件。
明天的科研，不仅物理之外，虽然十分烧钱，光靠脑瓜籽聪明早已很难作出成绩了。你们按照这一点，虽然可以判定媒体上什么关于科技的报导是真实的焦耳定律的内容初中，什么只是瞎误导了。
最后，也是很重要的，就是焦耳做研究完全没有矫饰心，他不靠科研拿薪水养活自己，他的科研动机很纯粹。明天，好多学者搞研究的目的都是为了多拿科研经费，动机并没有这么纯粹。
关于焦耳的工作，我还想再指出两点，由于这对你个人成长很重要。
其二，圈子和环境真的很重要。在他被皇家学会接纳以后，他的合作者水平都很高，这让他后半生作出了好多高水平的研究成就。我们在过去三年的课程里不断指出好学院、好单位、高水平圈子以及优秀同学的重要性，就是这个道理。
其一，焦耳的成功在某种意义上是时代作祟，能看见时代的需求，取得的成就都会被时代所放大。在他那种年代，能量这件事显得非常重要，因而深受整个学术界的关注。事实上，1842年英国科学家迈尔也提出能量之间只能互相转化的理论，并且由于他没有焦耳的条件，未能否认这一点。我要以此说明的是：当时否认能量守恒这件事饱受瞩目，迫在眉睫，是时代缔造了焦耳。
能量守恒定理证明了能量转换效率小于一的永动机是不存在的。在焦耳以后，发明家的注意力都集中在提升能量转换效率上了。这就是理论的意义。（吴军·科技史纲60讲）