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皇家学会的双眼和双手——胡克

　　罗伯特．胡克（Hooke Robert 1635-1703）是17世纪英国最杰出的科学家之一。他在力学、光学、天文学等诸多方面都有重大成就。他所设计和发明的科学仪器在当时是无与伦比的。他本人被誉为是英国皇家学会的“双眼和双手”。

　　胡克生平

　　胡克1635年7月18日出生于英格兰南部威特岛的弗雷施瓦特。父亲是当地的教区牧师。胡克从小体弱多病，性格怪僻，不能按时上学。但他心灵手巧，喜欢动手做机械方面的玩具。例如，木制的钟表，能在水中开动的航模等。十岁时，胡克对机械学发生了强烈的兴趣，并为日后在实验物理学方面的发展打下了良好的基础。1648年，胡克的父亲逝世后，家道中落。十三岁的胡克被送到伦敦一个油画匠家里当学徒，后来作过教堂唱诗班的领唱，还当过富豪的待从。

　　在威斯特敏斯特学校校长的热心帮助下，胡克修完了中学课程。几乎在一个星期里，他贪婪地读完了欧几里德的《几何原本》前六卷，并马上把数学知识应用到机械设计中去。胡克做了十二种机械结构和三十种飞行方法的设计。1653年，胡克进入牛津大学里奥尔学院学习。在这里，他结识了一些颇有才华的科学界人士。这些人后来大都成为英国皇家学会的骨干。此时的胡克热心于参加医生和学者活动小组，并且显露出独特的实验才能。1655年，胡克被推荐给玻意耳当助手，在玻意耳的实验室工作。

　　1663年，胡克获得了文学硕士学位，并且被选为皇家学会会员。1665年，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。1666年伦敦大火后，他担任测量员以及伦敦市政检查官，参加了伦敦重建工作。

　　1676年，胡克发表了著名的弹性定律。1677年至1683年就任英国皇家学会秘书并负责出版会刊。早在1663年，胡克就起草了皇家学会章程草案，规定学会的宗旨是“靠实验来改进有关自然界诸事物的知识，以及一切有关的艺术、制造、实用机械、发动机和新发明（不牵涉神学、形而上学、道德、政治、语法修辞或逻辑）”。胡克作为该学会的实验工作与日常事务操办人，在长达20多年的学会活动中，接触并深入到当时自然科学活跃的前沿领域，且均做出了自己的贡献。1703年3月3日，胡克逝世于伦敦，终年68岁。

　　力学方面的探索与发现

　　胡克在力学方面贡献尤为卓著。他从1661年开始积极参加了皇家学会研究重力本质的专门委员会的活动。为了确定物体重力与地心距离的关系，他用一架精密天平放在威斯特敏斯特教堂的塔尖上，称量一块铁和一段很长的绳子的重量，然后将这块铁挂在绳子的末端再称，看是否因为铁块十分接近地面而改变重量，结果并无测出明显的改变。后来他又在旧圣保罗教堂重作了这一实验。1674年，胡克发表了《从观察角度证明地球周年运动的尝试》的论文，文中根据修正的惯性原理，从行星受力平衡观点出发，提出了行星运动的三条假设：

　　1．一切天体都具有倾向其中心的吸引作用或重力，它不仅吸引其本身各部分，并且还吸引其作用范围内的其它天体；

　　2．每一物体都保持平直、简单的运动而且继续沿直线前进，直到受到其它作用力影响，因而改变为圆、椭圆或其他曲线运动为止；

　　3．受到吸引力作用的物体，越靠近吸引中心，其吸引力也越大。

　　胡克在1679年给牛顿的信中正式提出了引力与距离平方成反比的观点，但他并没有将自己的引力思想如牛顿所作的那样用数学式子表示出来，并用太阳、地球、月亮、行星和地球上物体的运动实例来加以验证。因此，把发现万有引力定律的殊荣让给了牛顿，但胡克的某些想法对牛顿完成万有引力的研究是起着积极的启示作用的。

　　弹性定律是胡克最重要的发现之一，也是力学最重要基本定律之一。在现代，仍然是物理学的重要基本理论。胡克的弹性定律指出：在弹性限度内，弹簧的弹力f和弹簧的长度x成正比，即f= -kx。k是物质的弹性系数，它由材料的性质所决定，负号表示弹簧所产生的弹力与其伸长（或压缩）的方向相反。为了证实这一定律，胡克还做了大量实验，制作了各种材料构成的各种形状的弹性体。他还进一步把弹性应用于实际问题。在宣布弹性定律的同时还进行了简谐运动的最早分析，证明了弹簧振动是等时的。由此，他把弹簧应用于钟表制造，取得了巨大成功。

　　光学及其他方面的贡献

　　胡克还对光学问题进行过研究，也取得了杰出的成绩。胡克是光的波动学说的忠实支持者，他认为光的传播与水波的传播相似，并进一步提出了光波是横波的概念。他还研究过光的干涉现象。他观察和研究了肥皂水形成的薄膜和云母片的颜色，发现它们的颜色跟薄膜的厚度和云母的厚度有关，他说“当光落在一个透明薄膜上时，薄膜的前后两表面都要发生反射，从而共同产生薄膜颜色的效应”。

　　1665年，胡克发表了《显微图集》一书，这是在他全部成就中最重要的一部著作，也是欧洲17世纪最主要的科学文献之一。他开始应用显微镜于生物研究，他将蜜蜂的刺、苍蝇的脚、鸟的羽毛、鱼鳞片以及跳蚤、蜘蛛、草麻等，用显微镜详细地予以考察比较。他观察到软木塞等物品的结缔组织，并使用“细孔”和“细胞”来说明，“细胞”（“cell”）一词从此被生物界直接采用。胡克的这一发现，引起了人们对细胞学的研究。现在知道，一切生物都是由无数的细胞所组成的。胡克对细胞学的发展作出了极大的贡献。

　　胡克通过皇家学会还进行了许多有关化学燃烧理论、呼吸、地质、地震、海洋等方面的研究。他认为燃烧和人的呼吸相似。缺乏空气，灯会熄灭；用风箱将新鲜空气有规则地注入开有小孔的狗的肺部，还能使小狗的心脏维持跳动一个多小时，说明呼吸的作用是给动物供给新鲜空气。胡克在《地震讲义》和《关于地面经常发现贝壳和共它海栖动物残骸的原因》等论著中，强烈反对圣经中的神创论。他提出了地貌变化的思想，并且认为由于地貌变化引起了生物的变化，化石则是古动物的残骸，是地球演变史中的“纪念碑”，人们可以根据这些化石，认识地球的历史。胡克在进化论出现以前提出这些观点是可贵的。

　　卓越的仪器制造家

　　胡克在仪器的制造和改进方面的特长，早在其作为玻意耳的助手时就显露出来。他协助玻意耳三次改进了真空泵。第三次改进后的抽气机已具有现代真空泵的雏形，其动力是靠司泵人用脚踏滑轮两边活塞上的蹬板来提供的。利用这一设备，玻意耳和胡克完成了气体的玻意耳定律实验。胡克改进的仪器有复式显微镜和用指针读数的轮式气压计等。他还建议用液体的凝固点及膨胀或收缩程度来作为温标刻度的根据。胡克曾经设计过一架大型的“气候钟”，用以测量和记录风力、风向、温度、压强、和湿度、降雨量等。在望远镜上他增加了目镜的叉丝、调节螺旋和光阑等。他在实验方面的创造性才能，对皇家学会初期开展的实验为基础的研究做出了巨大的贡献，被称为"皇家学会的台柱"。由于胡克和玻意耳对皇家学会起着积极的作用，因而人们称颂他们：“如果说玻意耳是皇家学会幕后的灵魂，那么胡克提供学会的就是双眼和双手了。”

　　科学研究上的缺憾

　　胡克热爱科学事业，并为此奉献了一生。他研究的面十分广泛，如建筑、化石、气象等，他都有所涉猎和贡献。但作为科学家的素养，胡克还缺少熟练雄厚的数学与逻辑推理功力作为进行研究和思维的武器，这样便不容易从理论和实践的结合上透彻地分析与解决问题。这也是胡克与牛顿、惠更斯相比的逊色之处。

罗伯特·虎克

罗伯特·虎克（R．Hooke，1635～1702）英国物理学家。在天文学、物理学和光学等各个领域均取得成就，是物理学中虎克定律的发现者。虎克用自制显微镜观察蚤、虱和霉菌等生物，并把观察、研究成果记录下来写成《显微谱志》一书，于1665年出版。书中还绘有他看到的软木薄片图，有许多蜂窝状的小室，他把这些小室称为“cell”（细胞）当时他认为，这些细胞与动物血管有类似的作用，在生活时有液体在其中流动以运输养料。事实上，他当时观察到的只是木栓死细胞的细胞壁。但是，虎克在《显微图志》中对细胞的描绘，是人类对生物细胞的首次发现和观察记录。