疯狂物理物理微历史91

物理微历史（力学部分）

九、伦敦的莱奥纳多：胡克（1）

讲述人：唐卡卡

罗伯特·胡克

罗伯特·胡克，英国物理学家、天文学家。年7月18日生于威特岛的弗雷施瓦特。

[威特岛城堡]

年入牛津基督教会学院后胡克结识了玻意耳。年胡克成为玻意耳的助手。年起直到逝世一直担任皇家学会实验管理员。年胡克获得了牛津大学文学学士学位，并且被选为皇家学会会员。年胡克任格雷山姆学院几何学、地质学教授，并从事天文观测工作。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。年他公布了著名的弹性定律。年到年任皇家学会干事。年3月3日逝世于伦敦，终年68岁。

[伦敦大火]

罗伯特·胡克是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。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。

[牛津大学]

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。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。年，胡克被推荐给玻意耳当助手，在玻意耳的实验室工作。在这一年里，胡克了解了意大利数学家格里马第提出的光的波动说，并支持该学说，他认为光的传播与水波的传播相似（年胡克进一步提出了光波是横波的概念）。同时，他协助波意耳完成了波意耳定律的工作。

[光是粒子还是波？]

年，胡克获得了文学硕士学位，并且被选为皇家学会会员。这一年，胡克参与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。

[威斯敏斯特大教堂]

胡克在力学方面贡献尤为卓著。他从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。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。

[胡克研究弹簧的受力]

有个有趣的情况：年他在实验中发现螺旋弹簧伸长量和所受拉伸力成正比。年在他的《关于太阳仪和其他仪器的描述》一文中用字谜形式发表这一结果，谜面是ceiiinosssttuv。（这是当时惯例，如果还不能确认自己的发现，则先把发现打乱字母顺序发表，确认后再恢复正常顺序。）两年后公布了谜底uttensiosicvis，意思是“力如伸长（那样变化）”即应力与伸长量成正比的胡克定律。

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”。

[胡克设计的显微镜]

年胡克根据英国皇家学会一院士的资料设计了一台复杂的复合显微镜。有一次他从树皮切了一片软木薄片，并放到自己发明的显微镜观察。他观察到了植物细胞(已死亡)，并且觉得他们的形状类似教士们所住的单人房间，所以他使用单人房间的cell一词命名植物细胞为cellua。是为史上第一次成功观察细胞。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。

[胡克观察的软木片]

同年，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。

胡克所用的显微镜至今仍然保存在华盛顿国家健康与医学博物馆中。荷兰工匠列文·虎克受《显微图集》一书启发，对胡克的显微镜镜片进行了改进，对微生物进行了细致的观察，被称为微生物学之父。胡克随后被皇家学会要求确证列文·虎克的发现并予以发表。

[显微图集]

年苏格兰天文学家格里高利设计了格里高利望远镜，但在制造时失败了。10年后胡克利用自己高超的机械设计技术成功建设了第一个这种反射望远镜，并使用这一望远镜首次观测到火星的旋转和木星大红斑，月球上的环形山和双星系统。

[格里高利望远镜，即反射式望远镜。后来，牛顿改进了这种望远镜，又称牛顿反射望远镜]

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。

未完待续···

胡克与牛顿之间有发生了什么故事，我们下回分解

往期回顾：

疯狂物理——物理微历史（1）

疯狂物理——物理微历史（2）

疯狂物理——物理微历史（3）

疯狂物理——物理微历史（4）

疯狂物理——物理微历史（5-1）

疯狂物理——物理微历史（5-2）

疯狂物理——物理微历史（6）

疯狂物理——物理微历史（7）

疯狂物理——物理微历史（8-1）

疯狂物理——物理微历史（8-2）

萌称：卡卡

物理悟言：

宇宙之大，我之渺小，

爱之畏之而知之。