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羅伯特·胡克:被遺忘的科學(xué)天才

來(lái)源:本站 | 作者:admin | 時(shí)間:2006-07-15 08:15:36 ]

  16和17世紀(jì)的歐洲科學(xué)被稱為“新科學(xué)”,庫(kù)恩將這個(gè)時(shí)期發(fā)生的科學(xué)革命“視為一系列發(fā)生在具體科學(xué)內(nèi)部的、在相當(dāng)程度上相互獨(dú)立的較輕微革命的綜合過(guò)程”。在這個(gè)綜合過(guò)程的諸多較輕微革命中,都有羅伯特·胡克這個(gè)科學(xué)天才的杰出貢獻(xiàn)。

  但是,搜尋一下我們的記憶,我們唯一能夠想起的和羅伯特·胡克有關(guān)的就是中學(xué)物理中學(xué)過(guò)的胡克定律和他首創(chuàng)的“細(xì)胞(cell)”一詞。除此以外,我們對(duì)胡克一無(wú)所知,對(duì)他在當(dāng)時(shí)科學(xué)上的地位茫然不知。如果有人說(shuō),羅伯特·胡克對(duì)當(dāng)時(shí)科學(xué)的貢獻(xiàn)足以和牛頓、波義耳、惠更斯、雷恩等人相媲美,肯定會(huì)讓許多人大感意外并迷惑不解。其實(shí),遺忘胡克及其成就的不僅是我們,即使在他的誕生地英國(guó),他同樣被遺忘了300年。現(xiàn)在,情況終于有了根本改變,胡克這顆閃亮的科學(xué)之星總算得到人們的矚目。為了紀(jì)念胡克逝世300周年,英國(guó)皇家學(xué)會(huì)和牛津基督教會(huì)學(xué)院今年都專門(mén)舉行了幾場(chǎng)專題會(huì),英國(guó)國(guó)家海洋博物館專門(mén)舉辦了胡克展,一批講述胡克的專門(mén)著作也相繼出版。 中學(xué)生科技網(wǎng) http://m.lgmparts.com

  1635年7月8日(當(dāng)時(shí)英國(guó)采用的舊歷為1635年7月18日),胡克誕生于英國(guó)威特島的談水鎮(zhèn),他父親是一個(gè)受人尊敬的教區(qū)副牧師。胡克從小身體不好,他父親舍不得將他送去要求嚴(yán)厲的寄宿學(xué)校,自己在家教授胡克。胡克從小就表現(xiàn)出學(xué)習(xí)和動(dòng)手天賦,以至于他父親的朋友——藝術(shù)家約翰·霍斯金建議讓胡克以藝術(shù)為終生職業(yè),1648年,胡克的父親去世,年僅13歲的胡克來(lái)到倫敦,在當(dāng)時(shí)著名的畫(huà)師彼得·萊利(后來(lái)成為爵士)那里學(xué)習(xí)繪畫(huà),掌握繪畫(huà)技巧后來(lái)到威斯特敏斯特學(xué)校求學(xué)。學(xué)校當(dāng)時(shí)的校長(zhǎng)是理查德·巴斯比博士,他任校長(zhǎng)之職長(zhǎng)達(dá)55年,使該校在17世紀(jì)成為歐洲知識(shí)界最杰出的學(xué)校。巴斯比博士很快認(rèn)識(shí)到胡克的天才,據(jù)說(shuō)胡克只花了一星期就掌握了歐幾里得《幾何學(xué)原理》前六卷,在校期間還發(fā)明了飛行器、學(xué)會(huì)了拉風(fēng)琴等。胡克和巴斯比博士保持了終生的友誼,胡克還為他巴斯比設(shè)計(jì)了私家住宅。中學(xué)生科技網(wǎng) http://m.lgmparts.com 

  1653年,胡克來(lái)到牛津基督教會(huì)學(xué)院任職,據(jù)說(shuō)因?yàn)楹藫碛泻芎玫囊魳?lè)能力,還在教堂唱詩(shī)班唱歌。牛津生活對(duì)胡克來(lái)說(shuō),最大的收獲來(lái)自課堂之外。他開(kāi)始了自己的科學(xué)學(xué)徒生活,并結(jié)識(shí)了很多有影響的有創(chuàng)造性的朋友,其中包括沃德姆學(xué)院學(xué)監(jiān)約翰·威爾金斯和克里斯托夫·雷恩。著名學(xué)者威爾金斯當(dāng)時(shí)是牛津“自然哲學(xué)俱樂(lè)部”的領(lǐng)頭羊,他和英國(guó)歷史上最偉大的建筑大師雷恩一起鼓勵(lì)胡克從事天文學(xué)、數(shù)學(xué)和力學(xué)研究。胡克還被著名解剖學(xué)家托馬斯·威利斯聘為化學(xué)助手,由此獲得的解剖技巧對(duì)于他日后研究呼吸有根本性的幫助。但是,與羅伯特·波義耳的相識(shí)是他在牛津最重要的經(jīng)歷,并于1658年成為波義耳的助手。胡克從波義耳處獲得了豐富的化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技巧,并以自己作為機(jī)械師的天才回饋波義耳,幫助他研究空氣。

  1662年,英國(guó)皇家學(xué)會(huì)成立,胡克成為擔(dān)任學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)管理員的最佳人選。但是,他并不是與威爾金斯、雷恩、波義耳等人平起平坐的會(huì)員,他只是個(gè)雇員或“仆人”。1665年,已是皇家學(xué)會(huì)會(huì)員的胡克擔(dān)任格雷山姆學(xué)院幾何學(xué)教授,擁有了開(kāi)展學(xué)術(shù)研究所必須的物理?xiàng)l件,成為英國(guó)第一批領(lǐng)取薪俸的科學(xué)家之一,開(kāi)始了其個(gè)人獨(dú)立的學(xué)術(shù)研究。

  胡克是一個(gè)全才式的人物,他的貢獻(xiàn)是多方面的。他以驚人的動(dòng)手技巧和創(chuàng)造能力對(duì)當(dāng)時(shí)的天文學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、氣象學(xué)、鐘表和機(jī)械、天文學(xué)、生理學(xué)等學(xué)科都做出過(guò)重要貢獻(xiàn),同時(shí)在藝術(shù)、音樂(lè)和建筑方面也頗有建樹(shù),因此被譽(yù)為“英國(guó)的達(dá)芬奇”和“最后一個(gè)文藝復(fù)興人”。

  胡克所處的時(shí)代是實(shí)驗(yàn)科學(xué)興盛的時(shí)代,胡克則是這種潮流的弄潮人。胡克的動(dòng)手技巧令人嘆為觀止,波義耳所用的幾乎所有科學(xué)儀器都是胡克制造或設(shè)計(jì)的,抽氣機(jī)就是一個(gè)非常經(jīng)典的例子。胡克還擁有復(fù)式顯微鏡、平衡擺輪(機(jī)械表擒縱結(jié)構(gòu)的零件之一,利用來(lái)回?cái)[動(dòng)將時(shí)間分割為同等區(qū)段的裝置)、格雷高利望遠(yuǎn)鏡(由詹姆斯·格雷高利于17世紀(jì)60年代提出,但由胡克于1674年首次制造成功)、汽車中的萬(wàn)向節(jié)等影響深遠(yuǎn)、使用廣泛的發(fā)明

  對(duì)空氣的研究,特別是對(duì)于真空和燃燒現(xiàn)象的研究,可以說(shuō)是當(dāng)時(shí)最熱門(mén)的研究前沿之一。但是,要研究空氣,必須擁有性能優(yōu)良的抽氣機(jī)。波義耳為此請(qǐng)求當(dāng)時(shí)最著名的抽氣機(jī)制造工程師拉爾夫·格雷托雷為他制造一個(gè)比馮·格里克的抽氣機(jī)更加好用的抽氣機(jī)。馮·格里克曾是馬德堡市長(zhǎng),他利用自己發(fā)明的抽氣機(jī)在著名的馬德堡半球內(nèi)制造真空環(huán)境,兩隊(duì)馬反方向拉金屬球也拉不開(kāi),這個(gè)實(shí)驗(yàn)使他名噪一時(shí)。格雷托雷失敗了。但是,波義耳的助手胡克讓他如愿以償,波義耳在正式出版的論文中親切地將胡克制造的機(jī)器稱為“我們的抽氣機(jī)”。胡克制造的抽氣機(jī)使波義耳研究真空和燃燒理論時(shí)如虎添翼。

  在幫助波義耳的同時(shí),胡克自身也對(duì)空氣研究發(fā)生了濃厚的興趣,17世紀(jì)60年代早期,胡克還形成了自己的燃燒理論。他認(rèn)為空氣擁有兩種特性不同的成分:可以與其他物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生燃燒或爆炸的含“氮”成分,剩下的就是惰性物質(zhì)。

  奠定胡克科學(xué)天才聲望的要數(shù)《顯微制圖》一書(shū)。該書(shū)于1665年1月出版,每本定價(jià)為昂貴的30先令,引起轟動(dòng)。胡克出生之前很久顯微鏡就被發(fā)明和制造出來(lái),但是,顯微鏡發(fā)明后半個(gè)多世紀(jì)過(guò)去了,卻沒(méi)有像望遠(yuǎn)鏡那樣給人們帶來(lái)科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)。直到胡克出版了他的《顯微制圖》一書(shū),科學(xué)界才發(fā)現(xiàn)顯微鏡給人們帶來(lái)的微觀世界和望遠(yuǎn)鏡帶來(lái)的宏觀世界一樣豐富多彩。在《顯微制圖》一書(shū)中,胡克繪畫(huà)的天分得到充分展現(xiàn),書(shū)中包括58幅圖畫(huà),在沒(méi)有照相機(jī)的當(dāng)時(shí),這些圖畫(huà)都是胡克用手描繪的顯微鏡下看到的情景。可惜的是,胡克自己的畫(huà)像卻一張也沒(méi)有留存下來(lái),據(jù)說(shuō)唯一的一張胡克畫(huà)像毀于牛頓的支持者之手。《顯微制圖》一書(shū)為實(shí)驗(yàn)科學(xué)提供了前所未有的既明晰又美麗的記錄和說(shuō)明,開(kāi)創(chuàng)了科學(xué)界借用圖畫(huà)這種最有力的交流工具進(jìn)行闡述和交流的先河,為日后的科學(xué)家們所效仿。1684年時(shí)任英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)的塞繆爾·佩皮斯就是看到胡克的這本書(shū),對(duì)科學(xué)發(fā)生了濃厚的興趣,于是立即購(gòu)買儀器于1665年2月加入皇家學(xué)會(huì)。他稱贊該書(shū)為他一生中所讀過(guò)的最具天才的書(shū)。

  在所有科學(xué)分支當(dāng)中,胡克對(duì)天文學(xué)和力學(xué)的貢獻(xiàn)是最為重要和廣泛的。中學(xué)課本里介紹的胡克定律(彈性定律)是基本力學(xué)定律之一,他還很早就發(fā)現(xiàn)了萬(wàn)有引力定律中非常重要的平方反比關(guān)系。在天文觀測(cè)方面,胡克也毫不遜色。他是與卡西尼、惠更斯一起最早仔細(xì)觀測(cè)木星表面的天文學(xué)家,1664年5月,他在最大的木星上看到一個(gè)小圓斑,并斷定那是木星本身帶有的一個(gè)永久性標(biāo)志,而不是木星衛(wèi)星投下的陰影。胡克對(duì)月球、彗星、太陽(yáng)等天體都有獨(dú)到的研究,臨死前一年還在研究如何更加精確地測(cè)定太陽(yáng)的直徑。作為一種業(yè)余愛(ài)好,胡克很早就熱中于研究飛行,他從小開(kāi)始制作飛行器,在威斯特敏斯特學(xué)校上學(xué)時(shí),他就發(fā)明了三十多種飛行方式。可以想象,當(dāng)時(shí)的校長(zhǎng)巴斯比博士對(duì)此肯定會(huì)目瞪口呆的。他從昆蟲(chóng)的飛行中獲得啟示,致力于發(fā)明人造“肌肉”實(shí)現(xiàn)飛翔的夢(mèng)想。他在日記中記載,他已經(jīng)找到合適的材料,并成功地制作出人造“肌肉”。但是,誰(shuí)也沒(méi)有見(jiàn)過(guò)實(shí)物,不知他所說(shuō)是真是假?

  盡管胡克并不貧窮,但是他的日子過(guò)得實(shí)在不怎么樣,晚年生活更是災(zāi)難性的。其中主要的原因是在發(fā)現(xiàn)“平方反比關(guān)系”優(yōu)先權(quán)的爭(zhēng)奪中得罪了牛頓。奇怪的是,胡克就像是個(gè)倒霉蛋,集聚在他身上的爭(zhēng)議特別多。在發(fā)現(xiàn)螺旋彈簧振動(dòng)周期的等時(shí)性方面,是胡克在先還是惠更斯在先也存在爭(zhēng)論。即使在胡克和其終生好友雷恩之間,仍然有許多未解之謎。通過(guò)胡克的日記和朋友間的通信,人們發(fā)現(xiàn)許多原先以為是雷恩設(shè)計(jì)的建筑很可能是胡克設(shè)計(jì)的,其中包括著名的格林尼治皇家天文臺(tái)、為紀(jì)念1666年倫敦大火而建造的紀(jì)念碑等。有人指出,雷恩的名氣太大了,一提到當(dāng)時(shí)的建筑設(shè)計(jì),人們就想到了雷恩,誰(shuí)還記得胡克呢?甚至是胡克的為人和脾氣也是一個(gè)有爭(zhēng)論的話題。胡克常被描繪成一個(gè)憂郁的修道士般的老處男(胡克終身未婚),但是,他的日記顯示出他是一個(gè)善于交際的、擁有很多朋友的人,哪一個(gè)才是真正的胡克呢?所有這些胡克之謎,都有待學(xué)者們進(jìn)一步的研究。

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