Через год Роберт опубликовал еще один материал, где впервые попытался определить, сколько работы нужно затратить, чтобы выделилось то или иное количество тепла, и сколько теплоты потребуется для совершения некоторого количества движения. Расчеты ученого были такими: если поднять на высоту 365 м, например, 20-килограммовый предмет, а потом бросить его вниз, то он ударится оземь с такой силой, что энергии этого удара хватит, дабы нагреть на градус 20 л воды.
За последующие четыре года Майер написал целый труд на тему обмена веществ у живых организмов, детально изложив свою теорию сохранения энергии. Согласно этой теории, любое явление природы, любой процесс вызывается определенной причиной и затем провоцирует иное явление. Таким образом, все причины можно разделить на две категории: сила и материя. Ни первая, ни вторая не могут просто разрушиться и исчезнуть — вместо этого они взаимно превращаются, меняя форму.
Силы — или энергии — Майер подразделял на несколько видов. Живая, то есть кинетическая, выделяется при движении тел. Сила падения (потенциальная) соответствует произведению высоты, с которой был сброшен предмет, и веса самого предмета. Суммарная механическая связана с превращением первой силы во вторую. Наконец, тепловая способна трансформироваться в механическую и обратно (ученый вычислил, что для получения 1 ккал тепла нужно затратить 425 кГм механической энергии). Кроме того, есть еще электрическая и химическая силы. Первая возникает от трения, а значит, является результатом трансформации механической работы. Вторая выделяется в процессе соединения химических элементов и распада веществ. В природе же все энергетические преобразования запускаются Солнцем и происходят циклически.
Теория Майера не нашла сторонников, однако он прямо заявил, что не верит в существование нематериальных субстанций вроде теплорода — невесомой жидкости — или флогистона (мифического горючего «наполнителя» всех тел). Призвав общественность к борьбе с древними суевериями, ученый подчеркнул, что природа намного мудрее человека и познать ее не так-то просто.
Одновременно с Майером исследования энергообмена проводил английский физик Джеймс Прескотт Джоуль (1818–1889). Ничего не зная об изысканиях немецкого коллеги, в 1843 г. он тоже обнаружил, что работу (энергию перемещения или трения) можно «обменять» на эквивалентное количество теплоты, и наоборот. Джоуль экспериментировал с гальваническим элементом — электрической батареей, состоящей из цинковой и медной пластин, погруженных в раствор серной кислоты. Цинковая пластина в таком устройстве накапливает отрицательный заряд, отдавая раствору положительные атомы-ионы, а при соединении с медной пластиной перебрасывает ей лишние электроны, вследствие чего генерируется электричество. Соответственно, если к гальваническому элементу подсоединить провод, по нему пойдет ток. Так вот, наблюдения показали: во время прохождения тока провод нагревается, и столько же тепла выделяют химические процессы в батарее. Из этого ученый заключил, что поток электронов транспортирует по цепи тепло из батареи, и решил ради любопытства посмотреть, как поведет себя индукционный (мгновенный) ток.