牛顿为什么喜欢胡克(简明科学史7)
1635年7月18日,罗伯特·胡克在英格兰南部威特岛的一个小镇上出生,他的父亲是一位牧师。胡克从小体弱多病,却非常喜爱机械,动手能力很强。
不幸的是,在胡克13岁时,他的父亲就去世了。一开始他被送到了伦敦一个画师那里学习绘画,接着作了教堂唱诗班的领唱,后来还当过富人的侍从,之后他来到威斯特敏斯特学校求学。
在威斯特敏斯特校长的热心帮助下,胡克修完了中学课程,之后进入牛津大学里奥尔学院作为工读生就读。在这里,他开始了自己的科学生涯。
17世纪50年代,波义耳在牛津成立了第一个以开放为理念的非正式社团,他很欣赏胡克的实验才能,聘他为社团工作。后来社团中大部分人迁往伦敦合并发展,在1662年成立了作为顶级科学社团之一的英国皇家学会的前身。
英国皇家学会
英国皇家学会成立后,胡克被任命为学会的实验主持人,负责每场会议上的实验演示。他逐渐成为了使用和研制各种科学设备的行家。
胡克在皇家学会每周例会上的任务就是准备两三个稳妥的实验,以调动研究员们的兴趣,激发他们的灵感。他设计了很多仪器,有测量声速的,也有观测狗和狗之间输血反应的。
胡克在实验方面的创造性才能,对皇家学会初期开展的以实验为基础的研究作出了巨大的贡献,人们对他的评价是:
“如果说波义耳是皇家学会幕后的灵魂,那么胡克就是皇家学会的双眼和双手了。”
1665年,30岁的胡克担任格列夏姆学院几何学、地质学教授,并从事天文观测工作。
1667年至1683年,胡克就任英国皇家学会秘书并负责出版会刊。他小时候的绘画功底让他把显微镜的作用发挥到最佳。
显微镜:描绘崭新世界
在胡克出生之前显微镜就被发明和制造出来了,但是却没有给人们带来科学上的重大发现。直到1665年(伦敦瘟疫年,这一年牛顿也作出了重大的科学贡献)胡克出版了《显微图谱》,引起了轰动。
《显微图谱》中画的胡克的显微镜
《显微图谱》题材非常广泛,其中包括水晶、化石、真菌和各种昆虫,书中的很多插图让人们目瞪口呆:巨大的跳蚤、苍蝇、虱子、真菌、软木截片等。
跳蚤插图
苍蝇插图
真菌插图
虱子插图
软木截片插图
胡克用显微镜描绘了一个人们肉眼看不到的崭新世界,揭示了植物、动物和其他一些事物不为人知的结构。
给蒸汽机的出现铺平道路同时,胡克和波义耳都热衷于一种机械:气泵。
他们经过无数次把液体加热转化成气体的实验后,确信所有气体进入气泵后的表现一模一样,得出了著名的“波义耳定律”:
“在密闭容器中的定量气体,在恒温下,气体的压强和体积成反比关系。”
不久后,波义耳定律促成了蒸汽机的发展。
和牛顿互撕,牛顿口中的“巨人”实为讽刺?不巧的是,就在胡克人生最得意的时刻,牛顿出现了,带着他创制的第一架反射式望远镜。
在光学方面,胡克支持光的波动学说,而牛顿则认为光是粒子,两人之间的争论非常激烈。胡克认为牛顿有部分观点有抄袭他的嫌疑,并写信质问牛顿,牛顿则在回信中写出了那句人尽皆知的名言:
“(关于光学)笛卡尔往前迈出很好的一步。您在很多方面又使其锦上添花……如果我能看得更远的话,那也是因为我站在您这样巨人的肩膀上。”
而事实上,胡克是一个矮子,还有点驼背。
在力学方面,胡克的贡献也非常大,他提出的胡克定律(弹性定律)是基本力学定律之一。从1661年开始,他就积极参与皇家学会研究重力本质的活动。1664年,胡克曾指出彗星靠近太阳时轨道是弯曲的。1674年,他发表了一篇论文,文中从行星受力平衡观点出发,提出了行星运动的三条假设。
1679年,胡克在给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的观点,但是由于当时的数学水平有限,他给不出证明过程。
而牛顿却潜心研究出了微积分这个划时代的数学工具,运用微积分轻而易举得解决了以往无法解决的许多问题,比如行星轨道。他还用太阳、地球、月亮、行星和地球上物体的运动实例来加以验证。
所以“万有引力”绝绝对对、确确实实是牛顿发现的,胡克仅仅是砸中牛顿头的那颗“苹果”。
被遗忘的胡克胡克的一生几乎涉猎了所有的科学领域:他发明了一种带摆轮的表;他研究化石的起源;他钻研光学;他对运动和力学的研究也不少。
有传说称,胡克去世后,成为英国皇家学会会长的牛顿遣散了胡克的实验室,并销毁了有关胡克的一切物品,所以大家对牛顿耳熟能详,而对胡克却知之甚少。
但笔者认为,胡克不出名不仅仅是因为牛顿,更主要的是他的浅尝即止,他涉猎颇多,但几乎所有的贡献都不是独创性的。
对于这种科学家,爱因斯坦曾经感叹:
“我尊敬这种人。但我不能容忍这样的科学家,他拿出一块木板来,寻找最薄的地方,然后在容易钻透的地方钻许多孔。”
所以,虽然胡克对于科学各个领域都有很大的贡献,但他的称谓只能是伟大的博物学家。
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