QUAN TRỌNG THAY VIỆC ĐỊNH NGHĨA ĐÚNG MỘT KHÁI NIỆM
VÀ SỬ DỤNG ĐÚNG MỘT THUẬT NGỮ
Người Hy Lạp cổ đại hiểu chữ ''energeia'' (từ nguyên ''energy'' của tiếng Anh) là ''hoạt động''. Còn trong vật lý học hiện đại nó mang ý nghĩa khác, không phải chính ''hoạt động'' mà chỉ là ''khả năng'' thực hiện nó, tức là khả năng thực hiện một công. Có thể nói rằng với các dạng thức vận động khác nhau của vật chất (cơ khí, nhiệt, hóa học,…) có một thước đo chung, đó là năng lượng. Khái niệm đó được định nghĩa chặt chẽ. Thế mà chỉ mới 200 năm trước chữ ''năng lượng'' đâu có mấy ai dùng. Các nhà bác học thì không thể thỏa thuận được với nhau về nội dung của khái niệm ấy. Bồi đắp cho thành một khái niệm, đưa nó ra chào đời, cấp cho nó cái ''quyền công dân'' tốn mất nửa thế kỷ, mà công lao chủ yếu là của nhiệt học.
Vấn đề là khả năng thu nhận công cơ học từ nhiệt đã thôi thúc người ta phải xem xét nghiêm túc tất cả các khái niệm liên quan đến các quá trình nhiệt. Điều ấy đến lượt mình lại dẫn tới một định nghĩa chuẩn xác và việc sử dụng tiếp theo, rồi sau đó lại đưa thêm những khái niệm hoàn toàn mới mẻ.
Thuật ngữ năng lượng từng được sử dụng bởi cả Aristotle cả Galilei, cả nhà toán học và cơ học lừng danh Johann Bernoulli (1667 - 1748) - người đã gọi công cơ học là năng lượng. Từ này đã xuất hiện trong sách vật lý năm 1807 khi Thomas young dùng nó để gọi ''sinh lực'' học ''hoạt lực'' đặc trưng cho vật thể đang chuyển động (tên ngày nay là động năng). Nhưng phải 40 năm nữa cái khái niệm ấy mới trở nên thông dụng, với tên gọi ''động lực”.
Có lẽ một cuộc cách mạng thuật ngữ học đã có thể diễn ra sớm hơn rất nhiều, nếu như trong cơ học không nảy sinh ra một sự lẫn lộn, khi các từ ''sự bảo toàn động lực'' được các nhà khoa học khác nhau ngụ ý tới các định luật tự nhiên khác hẳn nhau. Leibniz cho rằng chính “sinh lực” tích số của khối lượng với bình phương vận tốc mv2 - do ông đặt tên vào năm 1695, mới là đại lượng được bảo toàn. Còn Descartes thì cho rằng số đo đích thực của lực chính là tích số của khối lượng với vận tốc mv, tức lượng chuyển động hay động lượng (ngày nay ai cũng biết rằng cả động lượng cả năng lượng đều được bảo toàn và rằng đó là hai định luật bảo toàn hoàn toàn khác nhau). Điều duy nhất mọi người đều nhất trí, là không thể chế tạo được động cơ vĩnh cửu. Vì, từ một phía, động lực không tự mình phát sinh từ cái không có, song từ pha khác, rất đơn giản là nó có thể biến đi, chuyển thành cái không là gì hết. Người ta nói vậy trong cơ học: ma sát ''tiêu diệt'' động lực mà không cho cái gì thế chân vào đó. Ngoài ra nhiều sự hiểu lầm làm pha trộn những lý giải khác nhau về khái niệm lực: lực do Newton đưa ra và động lực của Leibniz. Ngày nay khái niệm đầu gọi là lực, còn cái thứ hai là năng lượng (động năng).
Chừng nào vấn đề chỉ liên quan đến cơ học thì cuộc tranh cãi đó chẳng qua chỉ có tính ngữ vựng kinh viện. Chỉ khi xâm nhập vào nhiệt học và điện học, những hiện tượng không tài nào thu xếp ổn thỏa trong khuôn khổ cơ học được, thì người ta phải làm rõ lực giản đơn khác gì với động lực và các định luật nào liên quan tới mọi hiện tượng tự nhiên, và định luật nào thì chỉ quan hệ tới một phần trong chúng mà thôi.
Ngay trước khi đưa ra khái niệm năng lượng các tính chất riêng lẻ của nó đã được khám phá trên thực nghiệm, còn một số tính chất khác thì suy ra từ lập luận. Quan sát đầu tiên và chủ yếu - đó là trong hệ kín năng lượng được bảo toàn - được phát biểu ở dạng nguyên lý đặc thù: không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu. Còn cần tìm hiểu xem lời phát biểu ấy có thêm ý nghĩa gì khác trong những trường hợp cụ thể khác. Trong cơ học chẳng hạn, nó dẫn tới định luật bảo toàn ''sinh lực''. Nhưng trước Carnot không một ai nảy ý nghĩ phải xét xem ý nghĩa của nó thay đổi ra sao khi kể tới các quá trình nhiệt.
Một quan sát khác thuộc về lĩnh vực hóa học. Người ta đã nhận thấy rằng lượng nhiệt tỏa ra trong chuỗi các phản ứng hóa học không phụ thuộc vào việc phản ứng riêng biệt đã diễn ra theo con đường nào, mà phụ thuộc các trạng thái đầu và trạng thái cuối. Ban đầu người ta giải thích điều ấy là hệ quả của tính bất diệt của ''chất nhiệt''. Chỉ mãi nhiều năm sau người ta mới hiểu rằng ở đây có vai trò của một hàm trạng thái gì đó - hàm số mà giá trị của nó chỉ phụ thuộc vào thông số trạng thái của hệ (áp suất, thể tích, nhiệt độ) và không gắn gì với con đường chuyển biến đến trạng thái đó. Người ta gọi nó là nội năng của hệ.
