1841年迈尔回到海尔布隆后，他对航海期间的新发现的思考进行了总结，并由此写出论文《论力和量的质的测定》，这一工作是他利用行医的余暇时间作的。但他于当年6月16日把论文寄给《物理学和化学年鉴》（也译《物理学与化学杂志》）时，却被以不收思辨性文章和无严密科学论证为由拒绝发表，并且未退稿。《物理学与化学杂志》是当时最权威的刊物之一，由德国物理学家波根多夫（1796~1877）任当时的主编，他于1824年接手办这一杂志已历时17年，他早年作过药剂师，后在柏林大学任教，在电磁学领域对电流计和电池很有研究和创新。这样，权威学者和权威刊物的拒绝给迈尔当头泼下一瓢冷水。不过，36年之后，《物理学与化学杂志》就后悔不迭了：他们失去了优先发表能的转化和守恒定律的机会。于是作了一个亡羊补牢式的补救措施：由J·K·F·第尔纳从编辑部中将迈尔36年前的论文取出来发表。有趣的巧合是，这一年波根多夫辞世。
不过，《物理学与化学杂志》的拒绝刊载这瓢冷水，并没有浇灭迈尔心中的烈火。在朋友的规劝下，他用物理实验来证明自己的思想，以下两个小实验就是他做过的。一个是让一块凉的金属从高处落在一个盛水的器皿里，结果水的温度升高了；现在我们知道，这是重力势能转化为热能的结果。另一个是将水用力摇动，水的温度也会升高；这是动能转化为热能的结果。但这些实验都没有定量的结果。为了得到定量的结果，他在1842年由空气的热容商及恒压热容，最早算出“热功当量”，为1卡＝3.58焦。热功当量这一概念最先也是由他提出来的。他列出了25种能量相互转化的形式，例如机械能可转化为热能、电能、磁能、化学能。
他把这些成果写成《论无机界的力》一文，发表在德国化学家李比希（1803~1873）主办的《化学和药物杂志》1842年5月号上。但可惜的是，当时人们仍未注意。1845年，他又把能的转化和守恒思想应用于非生物界、生物界和宇宙，先后发表了《生物界的运动和物质代谢的关系》和《对天体力学的贡献》等论文，进一步阐述他的科学发现。然而，他的发现却未能带来好运。
首先，人们开始并不承认能的转化和守恒定律。一次，他在海德尔堡遇见了约利，约利嘲讽他说，如果你的理论正确，那把水烧热就不要燃料了，只需把水晃动就行了。约利仓促发难，迈尔一声不吭地走了。几周以后，迈尔到约利那里，对他说：就是那样，就是那样！但像约利的这类讥笑却未终止。
第二，英国物理学家焦耳（1818~1889）错误地向迈尔发起了能的转化和守恒定律这一科学发现的优先权之争。与迈尔大致同时，焦耳也在进行类似的研究，不过他的侧重点是准确测量热功当量，对这个定律的最终确立也起了很大的作用。然而，在1848年，当迈尔等人的工作不断地证明这一定律的正确性，并开始有一些人承认的时候，焦耳却受名利欲望的驱使，向迈尔发现这一定律的优先权发起进攻。他在文章中说，迈尔对热功当量的计算没有完成，迈尔只不过是预见到热和功之间存在一定数量比例关系，但却没有证明这一关系，而首先证明这一关系的是他——焦耳。随着焦耳发起的这场争论的扩大，本来是各自独立发现这一定律的事实被混淆了这使迈尔陷入非常难于辩解的痛苦境地。
理论不被认同反遭讥笑，开始有人认同时却又有人来争发现权并被错误指责，这双重压力已经够受的了。然而，迈尔的悲剧还在继续，此时他的两个孩子先后因故身亡，这无疑是雪上加霜。在这内外交困之时，迈尔于1849年5月29日从二层楼的窗口跳楼自杀（未遂），使这场悲剧达到高潮。接着，迈尔精神紊乱，于1851年关进精神病院治疗近两年，受到疾病的残酷折磨，吃尽了苦头。他虽于1853年出院恢复了自由，但从此精神就未完全正常过，以致在疾病和“人世艰难”双重折磨下，痛苦地度过了20多年的悲惨余生，于1878年3月20日死在海尔布隆。
1858年，一些人肯定了迈尔的发现，其中英国物理学家丁铎尔（1820~1893）给予了公正的历史评价，并于1862年在英国皇家学会上介绍了迈尔的工作，还翻译了迈尔的几篇论文。但英国工程师汤姆逊（1822~1873）等却没能正确评价迈尔的工作，并且指责丁铎尔高估了迈尔而低估了焦耳。由此可见，迈尔的发现在经历了20年后，一些人仍不能正确评价，科学发明发现的曲折之路由此可见一斑。
当然，随着19世纪50年代末，迈尔的发现得到一些人的承认后，他的处境也曾略有改善。
从迈尔的悲剧及形成的原因来看，既和他本人支持不住的主观原因有关，而这多少看出他对科学的荆棘之路认识不足、对人生的曲折之路准备不够；又与外界环境因素的客观原因有关，而这不但有“权威”对待“小人物”或新生事物的失误，还有人类的认识水平不足的局限。假设迈尔的论文发表后，“权威”们持热情、扶持的态度，对这一尚未完全认识的定律进行探索、讨论而不是反对或讥笑；再假设迈尔即使在“权威”们反对、一些人讥笑的逆境中也能像许多科学家那样能挺得住，并不断以新的、更加确凿的证据和逻辑推理来证明自己观点的正确性，那他必定不会被逼疯、自杀，酿成后半生的悲剧。
其后，人们在宏观领域中建立了能的转化与守恒的热力学第一定律，爱因斯坦则将质量守恒和能量守恒两定律统一在质能公式之中，康普顿效应则证明在微观世界中能量守恒定律依然成立，人们还逐步认识到能量守恒是由时间的平移不变性决定的，因而是物理学和科学中的普遍规律和基石之一。
玻尔兹曼魂归西天
提起玻尔兹曼（1844~1906），人们大多知道他是一个出生在奥地利维也纳的物理学家和数学家。他在这两个领域都有卓越的成就，其最大的成就是在1872年提出的焓定理。
但是，玻尔兹曼却是一个悲剧人物，他在1906年9月5日去里亚斯特旅行的途中，突然在其附近的杜伊恩自杀身亡。他自杀的原因，至今尚无明确的定论，但有一点可以肯定，他长期以来对当时科学思想界的那种愤世嫉俗的情绪是其中一个重要因素。
那么，玻尔兹曼为什么会有这种情绪呢？这还得从头说起。
早在公元前几百年，古希腊科学家留基伯、德谟克利特、伊壁鸠鲁各自提出不尽相同的原子论，认为物质都是由肉眼看不见的、永恒运动着的原子组成。中国墨子也提出类似的观点，只不过他把原子称为“端”。
但是，由于谁也没有看到过原子，所以这一思辨观点中的原子是否确实存在，一直争论不休。而且，由于持原子存在观的学者们当时都有强烈的反宗教倾向，所以原子存在论被古代和中世纪的统治阶级及其御用的哲学家视为“异端邪说”，因此长期以来受到奚落和敌视。
但是，这种状况在近代科学，特别是化学的产生和发展以来，得到逐步改变。因为原子论逐渐被一些科学证据所证明。英国化学家道尔顿（1766~1844）于1803年提出了化学原子论，其论文于同年10月18日在曼彻斯特的“文哲学会”上宣读。由于他的这一原子论使当时的一些化学基本定律得到了统一的解释，所以很快为化学界接受和重视，也得到恩格斯的高度评价：“化学中的新时代是随着原子论开始的（所以近代化学之父不是拉瓦锡，而是道尔顿）。”
但是，也有少数学者提出异议。由于当时人们无法准确地揭示原子、分子的奥秘，认识上显得十分混乱。有的先支持后反对，例如法国杜马（1800~1884）。在反对者中，有的断然全盘否定；有的则试图抽去灵魂留下躯壳以缓和双方矛盾，例如英国戴维（1778~1829）就认为原子一词仅有“当量”的意义，是化学反应的一个单位，而不是物质的实体。这样，直到19世纪中叶，科学家们对原子论仍众说纷纭，特别是对原子是否确实存在的证明束手无策。鉴于当时人们对1811年意大利物理学家阿佛伽德罗（1776~1856）提出的分子假说的怀疑，和各个科学家在原子量的测定、化学符号的应用、化学式的表示等方面的混乱情况，1860年9月在德国卡尔斯努厄召开了一次国际化学大会。散会时意大利化学家康查罗尼（1826~1910）散发了一个论证分子学说的小册子《化学哲学大纲》，以令人信服的论证使原子-分子论得到公认。
但是原子是否存在的问题仍悬而未决，争论也并未停止。荷兰化学家范霍夫（1852~1911）认为原子、分子的存在值得怀疑。德国李比希（1803~1873）等坚信原子的存在，但在1867年却又遭到同胞开库勒（1829~1896）的公开反对。在法国，由于实证哲学的影响，反对原子存在的人更多。例如该哲学创建者孔德（1798~1857）在1832年就在《实证哲学教程》中称“基元粒子聚集的实际形式是、而且永远是我们所不可知的”。有机化学家和热化学的奠基者、法国贝特雷（1827~1907），就是用这种观点在同原子论的拥护者、同胞维尔茨（1817~1884）的论战中提出“谁曾见到过一个气体分子或原子”的著名反诘的。
到了19世纪下半叶，通过焦耳（1818~1889）、麦克斯韦（1831~1879）、克劳修斯（1822~1888）等，特别是玻尔兹曼的努力，分子运动论取得了重大进展，给原子-分子论以有力的支持。不久，人们根据这些成就和其他证据，还估算出普通物质的分子和原子线度在10-10～10-9米之间。
可是，就在分子运动论取得重大成就之际，反对原子-分子论的气势却有增无减，主要反对者有德国化学家奥斯特瓦尔德（1853~1932），奥地利物理学和哲学家马赫（1838~1916），德国物理学家赫尔姆（1851~1923），法国物理学和哲学家迪昂（1861~1916），法国数学家、物理学家和天文学家庞加莱（1854~1912），德国物理学家普朗克（1858~1947）、他后来改变了反对的立场，德国唯心主义哲学家柯亨（1842~1918）。例如奥斯特瓦尔德就认为原子和分子理论是“有害的假说”，必须摒弃；他于1895年提出的“唯能论”把能量作为世界的最终实在，把能量守恒原理推广到包括精神领域在内的一切领域，这样，当然就使“原子假说成为不必要的了”。又如，柯亨于1896年为同胞朗格（1828~1875）的《唯物论史》第五版写的序言中，就洋洋得意地宣称“原子论应让位给动力论”，“唯心论”“也许不久就会战胜”“唯物论”。
玻尔兹曼首先同这种思潮进行了针锋相对的斗争。早在1890年，他就声明：“理论的任务在于构造外在世界的图像，这种图像只存在于我们的头脑之中，用以指导我们的一切思想和一切实验。……理论研究愈抽象，也就会愈强有力。”他不仅从哲学和方法论上反驳上述反对原子-分子论的思潮，而且还列举了气体分子运动论的最新证据。但是，随着19、20世纪交替时期整个物理学“危机”的出现和深化，反对者的声势与日俱增，玻尔兹曼则几乎孤立无援，情绪十分低落。例如，他在1898年编写的《气体理论讲义》第二卷序言中就伤感而愤慨地写道，“我意识到，单凭个人孤军奋战，不足以抗击时代的潮流”，“如果气体理论由于一时对它的敌视态度而暂被遗忘，科学将出现大灾难”。1900年～1902年间，他在莱比锡大学任教，而他的主要论敌奥斯特瓦尔德则早已在那里工作十多年了。当时他非常抑郁、厌世，曾想自杀。1902年回到他曾于1873年～1876年任教的维也纳大学，继承由马赫退休空出来的理论物理和科学哲学教席后，情绪也没有多大好转，终于自杀身亡。而此时正好是原子实在性得到证实的曙光来临的前夕。
1827年，英国植物学家布朗（1773~1858）在用显微镜观察悬浮在水中的花粉颗粒时，偶然发现后来人们所称的“布朗运动”。当时对这种运动的研究重视不够，许多物理学家不相信这种运动会同液体的分子组成有关。例如麦克斯韦就认为这是由外界环境引起的某种反常骚动。直到19世纪60年代，才有人把这种运动同气体分子运动论联系起来，认为这是由于不停运动着的水分子碰撞悬浮微粒的必然结果。1888年，法国物理学家古伊（1854~1926）通过一系列排除外界因素干扰的实验，肯定了布朗运动实际上显示了液体内部的分子运动。他还于1895年发表论文，为分子假说和气体分子运动论进行辩护。但遗憾的是，他的工作当时并未引起玻尔兹曼及其他对分子运动论有重大建树的科学家的注意。因此，对当时原子实在性的争论并未产生实际影响，其原因在于当时的研究都只是定性的。
对布朗运动的定量研究的突破来自爱因斯坦。1905年，他写了有关这一课题的两篇论文，其一为《分子大小的新测定法》，作为他的博士论文，他认为这是一个对热分子运动论关系重大的问题，希望实验物理学家予以检验。其后，波兰物理学家斯莫卢霍夫斯基（1872~1917）、法国物理学家朗之万（1872~1976）进行了验证，1906年～1908年间瑞典化学家斯韦德伯（1884~1971）和德国物理学家泽迪希（M·Seddig）也进行了验证工作。不过，最精密的、可靠的结果却是由法国物理学家佩兰（1870~1942）于1908年得到的。在朗之万的建议下，他开展了一系列研究布朗运动理论的实验，用1903年瑞士齐格蒙弟（1865~1929）等人发明的、比普通光学显微镜分辨率高20倍的超显微镜观测，结果完全证实了爱因斯坦等人的理论预测。他于1908年发表了4篇论文，次年又发表一篇题为《布朗运动和分子的实在性》的论文，阐述他的成果。至此，从古到今存在的，此前20年持续激烈争论的原子和分子实在性的问题，终于以自然科学唯物论战胜唯心论而结束。