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快刀浪子

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罗伯特·胡克：被遗忘的科学天才

周文峰

　　16和17世纪的欧洲科学被称为“新科学”，库恩将这个时期发生的科学革命“视为一系列发生在具体科学内部的、在相当程度上相互独立的较轻微革命的综合过程”。在这个综合过程的诸多较轻微革命中，都有罗伯特·胡克这个科学天才的杰出贡献。

　　但是，搜寻一下我们的记忆，我们唯一能够想起的和罗伯特·胡克有关的就是中学物理中学过的胡克定律和他首创的“细胞（cell）”一词。除此以外，我们对胡克一无所知，对他在当时科学上的地位茫然不知。如果有人说，罗伯特·胡克对当时科学的贡献足以和牛顿、波义耳、惠更斯、雷恩等人相媲美，肯定会让许多人大感意外并迷惑不解。其实，遗忘胡克及其成就的不仅是我们，即使在他的诞生地英国，他同样被遗忘了300年。现在，情况终于有了根本改变，胡克这颗闪亮的科学之星总算得到人们的瞩目。为了纪念胡克逝世300周年，英国皇家学会和牛津基督教会学院今年都专门举行了几场专题会，英国国家海洋博物馆专门举办了胡克展，一批讲述胡克的专门著作也相继出版。

　　 1635年7月8日（当时英国采用的旧历为1635年7月18日），胡克诞生于英国威特岛的谈水镇，他父亲是一个受人尊敬的教区副牧师。胡克从小身体不好，他父亲舍不得将他送去要求严厉的寄宿学校，自己在家教授胡克。胡克从小就表现出学习和动手天赋，以至于他父亲的朋友——艺术家约翰·霍斯金建议让胡克以艺术为终生职业，1648年，胡克的父亲去世，年仅13岁的胡克来到伦敦，在当时著名的画师彼得·莱利（后来成为爵士）那里学习绘画，掌握绘画技巧后来到威斯特敏斯特学校求学。学校当时的校长是理查德·巴斯比博士，他任校长之职长达55年，使该校在17世纪成为欧洲知识界最杰出的学校。巴斯比博士很快认识到胡克的天才，据说胡克只花了一星期就掌握了欧几里得《几何学原理》前六卷，在校期间还发明了飞行器、学会了拉风琴等。胡克和巴斯比博士保持了终生的友谊，胡克还为他巴斯比设计了私家住宅。

　　 1653年，胡克来到牛津基督教会学院任职，据说因为胡克拥有很好的音乐能力，还在教堂唱诗班唱歌。牛津生活对胡克来说，最大的收获来自课堂之外。他开始了自己的科学学徒生活，并结识了很多有影响的有创造性的朋友，其中包括沃德姆学院学监约翰·威尔金斯和克里斯托夫·雷恩。著名学者威尔金斯当时是牛津“自然哲学俱乐部”的领头羊，他和英国历史上最伟大的建筑大师雷恩一起鼓励胡克从事天文学、数学和力学研究。胡克还被著名解剖学家托马斯·威利斯聘为化学助手，由此获得的解剖技巧对于他日后研究呼吸有根本性的帮助。但是，与罗伯特·波义耳的相识是他在牛津最重要的经历，并于1658年成为波义耳的助手。胡克从波义耳处获得了丰富的化学知识和实验技巧，并以自己作为机械师的天才回馈波义耳，帮助他研究空气。

　　 1662年，英国皇家学会成立，胡克成为担任学会实验管理员的最佳人选。但是，他并不是与威尔金斯、雷恩、波义耳等人平起平坐的会员，他只是个雇员或“仆人”。1665年，已是皇家学会会员的胡克担任格雷山姆学院几何学教授，拥有了开展学术研究所必须的物理条件，成为英国第一批领取薪俸的科学家之一，开始了其个人独立的学术研究。

　　胡克是一个全才式的人物，他的贡献是多方面的。他以惊人的动手技巧和创造能力对当时的天文学、物理学、生物学、化学、气象学、钟表和机械、天文学、生理学等学科都做出过重要贡献，同时在艺术、音乐和建筑方面也颇有建树，因此被誉为“英国的达芬奇”和“最后一个文艺复兴人”。

　　胡克所处的时代是实验科学兴盛的时代，胡克则是这种潮流的弄潮人。胡克的动手技巧令人叹为观止，波义耳所用的几乎所有科学仪器都是胡克制造或设计的，抽气机就是一个非常经典的例子。胡克还拥有复式显微镜、平衡摆轮（机械表擒纵结构的零件之一，利用来回摆动将时间分割为同等区段的装置）、格雷高利望远镜（由詹姆斯·格雷高利于17世纪60年代提出，但由胡克于1674年首次制造成功）、汽车中的万向节等影响深远、使用广泛的发明。

　　对空气的研究，特别是对于真空和燃烧现象的研究，可以说是当时最热门的研究前沿之一。但是，要研究空气，必须拥有性能优良的抽气机。波义耳为此请求当时最著名的抽气机制造工程师拉尔夫·格雷托雷为他制造一个比冯·格里克的抽气机更加好用的抽气机。冯·格里克曾是马德堡市长，他利用自己发明的抽气机在著名的马德堡半球内制造真空环境，两队马反方向拉金属球也拉不开，这个实验使他名噪一时。格雷托雷失败了。但是，波义耳的助手胡克让他如愿以偿，波义耳在正式出版的论文中亲切地将胡克制造的机器称为“我们的抽气机”。胡克制造的抽气机使波义耳研究真空和燃烧理论时如虎添翼。

　　在帮助波义耳的同时，胡克自身也对空气研究发生了浓厚的兴趣，17世纪60年代早期，胡克还形成了自己的燃烧理论。他认为空气拥有两种特性不同的成分：可以与其他物质反应产生燃烧或爆炸的含“氮”成分，剩下的就是惰性物质。

　　奠定胡克科学天才声望的要数《显微制图》一书。该书于1665年1月出版，每本定价为昂贵的30先令，引起轰动。胡克出生之前很久显微镜就被发明和制造出来，但是，显微镜发明后半个多世纪过去了，却没有像望远镜那样给人们带来科学上的重大发现。直到胡克出版了他的《显微制图》一书，科学界才发现显微镜给人们带来的微观世界和望远镜带来的宏观世界一样丰富多彩。在《显微制图》一书中，胡克绘画的天分得到充分展现，书中包括58幅图画，在没有照相机的当时，这些图画都是胡克用手描绘的显微镜下看到的情景。可惜的是，胡克自己的画像却一张也没有留存下来，据说唯一的一张胡克画像毁于牛顿的支持者之手。《显微制图》一书为实验科学提供了前所未有的既明晰又美丽的记录和说明，开创了科学界借用图画这种最有力的交流工具进行阐述和交流的先河，为日后的科学家们所效仿。1684年时任英国皇家学会会长的塞缪尔·佩皮斯就是看到胡克的这本书，对科学发生了浓厚的兴趣，于是立即购买仪器于1665年2月加入皇家学会。他称赞该书为他一生中所读过的最具天才的书。

　　在所有科学分支当中，胡克对天文学和力学的贡献是最为重要和广泛的。中学课本里介绍的胡克定律（弹性定律）是基本力学定律之一，他还很早就发现了万有引力定律中非常重要的平方反比关系。在天文观测方面，胡克也毫不逊色。他是与卡西尼、惠更斯一起最早仔细观测木星表面的天文学家，1664年5月，他在最大的木星上看到一个小圆斑，并断定那是木星本身带有的一个永久性标志，而不是木星卫星投下的阴影。胡克对月球、彗星、太阳等天体都有独到的研究，临死前一年还在研究如何更加精确地测定太阳的直径。作为一种业余爱好，胡克很早就热中于研究飞行，他从小开始制作飞行器，在威斯特敏斯特学校上学时，他就发明了三十多种飞行方式。可以想象，当时的校长巴斯比博士对此肯定会目瞪口呆的。他从昆虫的飞行中获得启示，致力于发明人造“肌肉”实现飞翔的梦想。他在日记中记载，他已经找到合适的材料，并成功地制作出人造“肌肉”。但是，谁也没有见过实物，不知他所说是真是假？

　　尽管胡克并不贫穷，但是他的日子过得实在不怎么样，晚年生活更是灾难性的。其中主要的原因是在发现“平方反比关系”优先权的争夺中得罪了牛顿。奇怪的是，胡克就像是个倒霉蛋，集聚在他身上的争议特别多。在发现螺旋弹簧振动周期的等时性方面，是胡克在先还是惠更斯在先也存在争论。即使在胡克和其终生好友雷恩之间，仍然有许多未解之谜。通过胡克的日记和朋友间的通信，人们发现许多原先以为是雷恩设计的建筑很可能是胡克设计的，其中包括著名的格林尼治皇家天文台、为纪念1666年伦敦大火而建造的纪念碑等。有人指出，雷恩的名气太大了，一提到当时的建筑设计，人们就想到了雷恩，谁还记得胡克呢？甚至是胡克的为人和脾气也是一个有争论的话题。胡克常被描绘成一个忧郁的修道士般的老处男（胡克终身未婚），但是，他的日记显示出他是一个善于交际的、拥有很多朋友的人，哪一个才是真正的胡克呢？所有这些胡克之谜，都有待学者们进一步的研究。

冷风如刀，以大地为砧板，视众生为鱼肉。
万里飞雪，将苍穹作洪炉，熔万物为白银。

发表时间：2006-07-31, 20:31:46