物理史話之物質是由微粒構成的玻意耳

有這樣一個人,他一生致力於科學研究,在物理、化學方面都做出了突出的貢獻。他曾提出氣體的體積和壓力之間的關係,發展了基本微粒的概念,長期擔任英國皇家學會的會長,並在卸任後依然關心著學會的活動。甚至化學史家都把他的一本書出版的年代作為近代化學的開始年代,就是這樣一個人,應該是個徹頭徹尾的唯物論者了吧,可是他卻是一個有神論者,虔誠地信仰上帝。他就是英國物理學家玻意耳。

物理史話之物質是由微粒構成的玻意耳

羅伯特·玻意耳

羅伯特·玻意耳於1627年出生在愛爾蘭的利茲莫城。他幼年就聰慧過人,有超人的記憶力和非凡的語言才能。1635年在倫敦西郊的伊頓公學學習,1639年至1644年在瑞士、法國、意大利學習,1644年繼承了父親的一筆財產,定居在多爾塞特,博覽了自然科學、哲學、神學等方面書籍。當時他還經常參加由他姐姐邀請的一些著名科學家的聚會,去聽他們就一些科學問題的討論,但他主張"實驗決定一切"。1654年玻意耳在牛津大學創立了一個實驗室,開始從事系統的物理和化學的研究工作。他是倫敦皇家學會創始人之一,1663年被選為英國皇家學會會員,1680年被選為皇家學會會長。在英國,玻意耳是最先開展氣體力學研究的學者之一,因研究氣體性質而聞名。

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伊頓公學

在物理學方面,玻意耳從事分子物理、光和電現象、流體力學、聲學、熱學、力學多方面的研究,成果累累。玻意耳最突出的貢獻是1661年發現了玻意耳定律。1659年,他在助手胡克的協助下,改進了蓋利克發明的真空泵,利用它進行了一系列氣體性質的開拓性實驗。例如,他曾將真空泵放在屋頂,水管放在地面的大水罐內,實驗發現當水銀氣壓計指示在29英寸處時,水不可能被提升到33英尺以上。1660年他將實驗結果彙編成冊,出版了他的第一部著作《涉及空氣彈性及其效果的新物理--力學實驗》。他用實驗論證了空氣是有重量和彈性(當時玻意耳稱之為彈力)的;論證了空氣對於燃燒、呼吸和傳聲是必不可少的;論證了壓強對水的沸點的影響,提出了當使周圍的空氣稀薄時熱水就能沸騰起來的觀點;論證了細管中液體的上升(即毛細現象)是和大氣壓力無關的,這與當時的觀點截然相反;論證了真空中虹吸失效;研究了空氣的比重、折射率等。這本書引起了耶穌教徒的詰難,認為其中有詐。玻意耳在助手湯利的協助下做了實驗,通過實驗不但證實了"空氣的彈性有能力做出遠遠超過我們需要歸之於它的事實",而且發現了氣體的體積與壓強的反比關係,在歷史上建立起力學運動以外的第一個定量的自然定律,即著名的玻意耳定律,現被稱為玻意耳--馬略特定律。1662年他發表了論文--《關於空氣的彈性和重量學說的答辯》,文中不但闡述了玻意耳定律,而且還描述了另一個實驗:一定體積的封閉空氣被加熱時其壓強增大。

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玻意耳定律

玻意耳在物理學的其他方面也有許多貢獻。他最先對固體的彈性進行了研究,在對鐘擺長度變化所開展的固體膨脹研究中,他發現了水在結冰時會膨脹。他主張熱是分子的運動。他擁護原子論假說,認為一切物體都是由較小的、完全相同的粒子組成的。他於1663年首先提出色光是白光的變種,表述了白光的複雜性的思想,指出物體的顏色並不是物體本身的內在屬性,而是由光線在被照射面上發生的變異引起的。1663年他還第一次記載了在肥皂泡和玻璃球中產生的彩色薄膜條紋。他觀察到靜電感應現象,指出化學發光現象是冷光等。他在實驗過程中研製成氣壓計,並於1662~1663年引入"barometer"(氣壓計)這個名稱。玻意耳特別重視和強調實驗的重要意義。他自己從事實驗的面非常廣,在熱學、聲學、電學、光學、流體靜力學、化學、醫學、生物學、生理學多方面從事過許多實驗,對以後實驗物理學的發展有積極影響。

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氣壓計

玻意耳雖終身致力於科學研究,卻是個有神論者,晚年曾設置玻意耳講座,專門反對無神論。由於玻意耳在科學上的卓越成就,被人們稱為"英國科學界的明星"。1691年12月30日這顆明星殞落,終年64 歲。


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