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波 义 耳

时间:2019-06-21    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

 义 耳

  

诚实而勤奋的少年

  

1627    25 日,波义耳出生在爱尔兰的一个贵族家庭里。父亲科克

公爵有钱有势,整天忙于财务账册,对书本知识不感兴趣。母亲性格温顺,

在他  岁时就去世了。他的哥哥,是热衷于金钱、骏马和社交的公子哥儿。

谁会想到,伯爵家的这个小儿子,后来成了杰出的科学家。

幼年时代的波义耳,就表现出与众不相同的品质。有一次,姐姐凯塞琳

带波义耳到花园去玩耍,叮嘱他说:这棵李子树上的果子,答应给嫂嫂了,

我们不要吃。后来,小波义耳忍不住,还是吃了李子。

姐姐责备了:不是跟你说过,不要吃这棵树上的李子吗?

你是说过的。小波义耳低下了头。

可是我看见你在吃,你一共吃了六个。

不是,姐姐……”

什么,你是说你只是在那儿站着,可没有吃李子,是吗?

不是,姐姐。我是说我不是吃了六个,我记得是吃了二十个。小波

义耳的头更低了。

波义耳的诚实,使全家人十分惊喜。

父亲特别喜爱波义耳,专门为他请来了最好的家庭教师。8 岁的时候,

又送他和哥哥法兰西斯到伊顿公学学习。

在伊顿,波义耳热爱学习,成天读书,连老师都为他担心,怕年龄太小,

读书过累了。

波义耳沉浸在各种各样的书本中。他特别爱看的是古典的、传奇的、历

史的故事和诗歌。在这些书的影响下,他思想活跃,想象丰富,爱提问题,

有很好的记忆能力。他很快成为伊顿的优秀学生。他哥哥不是这样,经常出

去玩,爱骑马,对知识只是尝尝味道而已。

诚实和勤奋,是波义耳成为科学家的起点。

   

向权威挑战

  

青少年时期的波义耳,十分钦佩意大利著名科学家伽利略。伽利略叙述

的哥白尼体系、新力学、研究自然的新途径和科学实验,都深深印刻在他的

心中。1641 年,他到了意大利,在那里学习伽利略的著作。可惜他到意大利

不久,伽利略就逝世了。

波义耳决心像伽利略那样:不迷信权威,勇于开创科学实验的道路。

波义耳几经周折,直到 27 岁,他才安下心来,全力从事科学研究。这一

年,他在离伦敦不远的工业和科学文化城市牛津,租了几间房子,建立了自

己的实验室。一年以后,青年罗伯特,胡克来到实验室当助手。胡克比波义

耳小  岁,他后来提出了胡克定律,也成为著名的物理学家、天文学家。

波义耳和胡克一起,首先研究和改进了德国人盖立克新发明的空气泵。

改进后的空气泵,很像现在自行车上用的打气筒,不过它有一个相反的阀,

不是打进空气,而是把空气抽出来。这种手动装置,今天看来十分简单,那

时却是一个了不起的发明。


利用空气泵,波义耳研究了许多问题。他发现:物质在真空中难以燃烧,

磁铁却能通过真空起作用。

那时候,人们对声音的传播是有争论的。声音必须靠空气传播吗?如果

在真空中产生一个声音,它能在真空中传播吗?波义耳通过实验做了回答:

他用绳子把钟吊在密闭容器的中间,这时候,在容器旁边能听到钟的滴

嗒声。这说明容器里有空气,声音就能传到外面。然后,他从容器中抽出空

气。当空气一点点往外抽时,钟的滴嗒声越来越小,很快就听不到了;再把

空气逐渐放进容器时,声音又由无到有,由小到大,响了起来。这说明声音

靠空气传播,真空不能传播声音。

随后,波义耳又研究了意大利物理学家托里拆利的真空实验。

1643 年,托里拆利在一根大约一米长、一端封闭的玻璃管里装满水银,

然后用拇指堵住管口,把管子倒立在水银槽里。当他松开拇指以后,管子里

的水银开始下降,最后停留在高出槽里水银面约 76 厘米的地方,不再下降。

水银柱为什么能停在那里不落下来呢?这个问题,当时争论激烈。托里

拆利认为,这是因为大气压力对槽中水银面的作用的结果,所以这套装置,

实际上就是一个气压计。波义耳同意托里拆利的看法,并且用实验来加以证

实:

他把托里拆利实验中的水银槽放到密闭的容器中,把容器中的空气不断

地抽出,管中的水银柱就不断下降。等到再把空气一点一点送进去,管中的

水银柱又逐渐升高起来。这说明水银柱不掉下来,是因为外面有空气的压力。

在事实面前,也有人不同意这种看法。比利时物理教授李纳斯,就对波

义耳的说法提出了异议。他认为:托里拆利实验中的水银柱所以不掉下去,

并不是因为有大气压力,而因为管子上面的真空部分有一种拉力,好像一根

看不见的绳索,把水银柱拉了上来,最多能拉到约 76 厘米的地方。

李纳斯为什么有这样奇怪的想法呢?原来,他也设计了一个实验:在一

根两端开口的玻璃管里灌满了水银,用两个拇指分别按住上下两端;然后,

把下端放入水银槽里,拿开按住下端的拇指,这时候,水银柱就往下降,一

直降到约 76 厘米的地方才停住;这时候,按在上端的手指,就会感到有一个

很大的拉力。他以为手指感到的拉力,就是真空部分产生的拉力。既然真空

对手指有拉力,那么,它对水银也会有拉力,这就把水银柱拉到大约 76 厘米

的地方了。

其实,李纳斯手指感到的拉力,不是真空对手指的拉力,恰好是大气压

力。因为手指按住了水银管的上端,手指底下是真空,没有压力,手指上面

是大气,有压力,所以手指自然会感到被管子吸拉住了。

对李纳斯的这种错误看法,波义耳觉得,最好的回答还是实验,而不是

在科学杂志上发表长篇大论的文章。

波义耳正是在收集答复李纳斯批评的实验论据时,发现了气体的压强和

体积之间的比例关系。这就是波义耳定律。

波义耳用一根  形管做实验。管子短的一端是封闭的,长的一端是开口

的。他往  形管里灌水银,水银顺着玻璃管流下去,但是不能升到短的一头

的顶端。因为里面的空气,给堵在那一头了。

开初,长管和短管中的水银面,在同一水平上,波义耳知道,这时候,

水银柱两端的压强相等。长管开口的一端,水银面上所受的压强就是大气压,

它大约是 76 厘米水银柱高。波义耳仔细测量了短管中被封住的那段空气的体


积。因为玻璃管的粗细是均匀的,所以可以用短管中的空气的长度来表示体

积。他记下的数据是 48 小格。

然后,波义耳不断往长管里加水银,封闭在短管中的空气体积就越来越

小。波义耳惊喜地发现:当长管中的水银柱液面,比短管中的水银柱液面高

出大约 76 厘米,也就是压强比原来加大一倍的时候,短管中的空气恰好从

48 小格缩小到 24 小格,正好缩小到原来体积的一半。

波义耳继续往长管中灌水银,发现压强为大气压  倍的时候,短管中的

体积就缩小到 16 格,是原来的 1/3。

这样,波义耳就把他的实验结果,归纳为一个公式:在温度不变的条件

下,一定质量的气体的压强,跟它的体积成反比。这就是著名的波义耳定律。

波义耳通过周密、精细的实验,发现真理,证实真理,批驳了李纳斯的

错误观点。他的实验方法,使当时科学界耳目一新。

波义耳始终如一,保持求实精神。他总是老老实实地写出实验中的成功

和失败,开诚布公,直言不讳,报告每一件事。即使在小事上,他也注意到

不要违反事实。当他的第一部著作《手动机械的新实验》发表后,人们都称

他研究真空所用的泵为波义耳泵。等这本著作再版的时候,他实事求是地说

明:这个泵主要是胡克搞成的。

波义耳的《手动机械的新实验》出版后,不仅科学家谈论真空和空气的

弹性,就连英国国王,也要求波义耳给他作一次私下的表演。朝廷要授予他

贵族称号,教会要给他安排一个显赫高位,但是他对这些都不感兴趣,——

婉言谢绝了。他唯一的爱好是科学实验。

1661 年,波义耳发表了他最著名的著作《怀疑派化学家》。

在波义耳那个时候,还没有真正的化学科学,只有一种行业叫做炼金术,

从事炼金术的人叫做炼金术士。炼金术士企图变铅铜为金银,变普通金属为

贵金属。这种想法是不可能实现的。但是,从 11 世纪到 17 世纪,炼金术士

还是为人们增添了很多化学技术知识。他们从天然矿石中提取金属,发现药

材,制造玻璃,蒸馏酒精,配制药品。他们掌握了不少实验技术,认识了贵

金属和其他一些物质的性质,研究出了配制和使用盐酸、硫酸和硝酸的方法。

炼金术以古希腊四元素论为依据,它的指导思想是错误的。四元素论认

为:世界上所有的物质,都是由土水气火四元素组成。炼金术士根据四元素

论,以为只要改变物质中的这四种元素比例,就能使普通金属变成贵金属。

这使他们走上了迷途。

波义耳看到了炼金术士的荒谬之处。他通过多次实验,知道铁是铁,金

是金,不可能用火一烧,铁就变成了金。他认为:把一个理论建立在概念上

是十分危险的。

波义耳用买验批驳了炼金术士的错误,第一个提出了科学的元素概念,

使化学的发展走上了正确的道路。他的第一本化学著作取名为《怀疑派化学

家》,就是表示他对传统的四元素论的怀疑。

在这一本书中,波义耳大胆提出了什么是元素,什么不是元素的看法。

他说:元素是确定的、实在的、单一的纯净物质,用一般的化学方法,是不

能把元素分解成更简单的物质的。假使某种物质能分解成更简单的物质,或

者能转化为其他物质,那么,这种物质就不是元素。波义耳抛弃了各种错误

见解,给元素下了一个明确的定义。

由于历史的限制,波义耳没有解决怎样得到元素和元素有哪些种这两个


问题。但是,他从实验中已经得出结论:元素肯定不是只有三种、四种,而

是有许多种。

波义耳提出了正确的元素概念,他被公认为近代化学的奠基人。

在波义耳的基础上,法国科学家拉瓦锡,给元素下了更明确的定义:元

素是一种不能再分解的单一物质。

   

勇敢的探索者

  

波义耳每天早上很早就到实验室或者图书馆去了,在那里做实验,看书,

写字,给皇家学会写报告。晚上,他在蜡烛光下读书,直到深夜。眼睛变坏

以后,就请助手念给他听。这个文弱的高个子学者,总是不顾有病的身体,

不停地学习和工作。

波义耳兴趣广泛,有孩子式的好奇心和不倦的探索精神。

他描述过,把铜盐放在火上,火焰就成为绿色;氨和硝酸或者盐酸相遇,

就会形成白色的烟雾。

他注意到,用加银盐溶液的方法,可以测试出氯化物。如果有氯化物存

在,加入银盐溶液,就会产生白色的氯化银沉淀。

他还注意到,一张浸泡过石蕊浸液的蓝色纸条,碰到酸就会变成红色,

碰到碱又会变成蓝色。他指出,一些植物的液汁,可以用作确定酸性、碱性

或者中性的指示剂。

波义耳为化学定性分析,作出了重要的贡献。

大约在 1669 年,一个名叫勃兰特的德国炼金术士发现了磷。化学家肯格

尔听到这个消息,很想知道制造这种能发光的稀奇物质的方法,就到汉堡向

这个炼金术士请教。但是,他遭到了拒绝。

后来,化学家克拉夫脱也去找这个炼金术士,想了解制磷的方法,同样

遭到拒绝。他们只能自己去探索制取磷的奥妙。

1680 年,克拉夫脱带着磷的样品访问英国时,向波义耳透露人体中就有

磷。波义耳仔细考虑了克拉夫脱的暗示以后,认定人体中能产生磷的部分,

是骨头、尿和头发。于是,他着手研究这个问题。

波义耳花了一年多时间,经过反复摸索、试验,终于从人尿中提取出来

了磷。在《关于冰冷的夜光的新实验和新观察》一文中,他谈到了不少有关

磷的性能,引起了科学界的注意,被公认为独立发现磷的人。

波义耳把自己的发现,原原本本,老老实实,全部公诸于世。他十分厌

恶知识保密,认为这种愚蠢幼稚的坏习气,是妨碍科学成长的巨大障碍。他

一辈子同它进行斗争。他提倡,各种成果和情报共同使用,分歧观点公开讨

论,并且要使用简单明白的语言。

科学的进步,不能只靠一个人努力,必须允许在别人的研究基础上前进

才行。波义耳言行一致。他有什么新发现,就尽快公开发表,供大家阅读和

使用。

1670 年,也就是波义耳搬到伦敦他姐姐家两年后,瘫痪病第一次迫使这

位科学家,在床上躺了 11 个月。

波义耳是一个意志坚强的人。在病床上,他用各种药剂和药膏按摩麻痹

的腿和脚,服用自制的各种新药。他还自己设计了恢复手臂和腿的功能的体

操,坚持锻炼。


就在身体条件这样不好的情况下,波义耳仍然不肯让自己的脑子闲起

来。每天,他都和助手一起工作;由助手念书给他听,记下他口授的文章,

包括新实验的设想。正因为如此,在得病后的一年里,波义耳还写出了不少

有价值的论文和书籍。

波义耳温和、诚实、无私,给所有认识他的人都留下了深刻的印象。在

争论的时候,问题不管多大,程度不管多激烈,他绝不嘲笑或者谩骂,总是

真诚相待,彬彬有礼。他的头脑清醒而冷静,没有虚荣心和嫉妒心,从来也

不关心名望和高位。1680 年,波义耳 53 岁的时候,曾被提名为皇家学会会

长。这是一种极受尊敬的职务,但是他谢绝了。

1691 年,波义耳和姐姐凯塞琳都病的很厉害。凯塞琳于 1691  12  23

日去世。波义耳  岁丧母,一辈子没有结过婚,姐姐凯塞琳是一生中对他支

持最大的人,也是他最亲近的人。他的去世对波义耳的打击太大了。一个星

期后波义耳也离开了人世。

波义耳的一生,的确像他自己说的那样:我愿人们这样想我,除了自

然界以外,我几乎没有看过任何别的书。我永远尊重这位最有益的作者,他

不是努力去显示自己的学问,而是努力去增添他的读者的知识!

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