個(gè)人簡介
羅伯特·胡克,又譯羅伯特·虎克(Robert Hooke,1635年7月18日-1703年3月3日),英國博物學(xué)家,發(fā)明家。在物理學(xué)研究方面,他提出了描述材料彈性的基本定律-胡克定律,且提出了萬有引力的平方反比關(guān)系。在機(jī)械制造方面,他設(shè)計(jì)制造了真空泵,顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡,并將自己用顯微鏡觀察所得寫成《顯微術(shù)》一書,細(xì)胞一詞即由他命名。在新技術(shù)發(fā)明方面,他發(fā)明的很多設(shè)備至今仍然在使用。除去科學(xué)技術(shù),胡克還在城市設(shè)計(jì)和建筑方面有著重要的貢獻(xiàn)。但由于與艾薩克·牛頓的論爭導(dǎo)致他去世后少為人知,近來對胡克的研究逐漸興起。胡克也因其興趣廣泛,貢獻(xiàn)重要而被某些科學(xué)史家稱為“倫敦的萊奧納多(達(dá)芬奇)”
科學(xué)貢獻(xiàn)
光學(xué)貢獻(xiàn)
胡克是17世紀(jì)英國最杰出的科學(xué)家之一。他在力學(xué)、光學(xué)、天文學(xué)等多方面都有重大成就。他所設(shè)計(jì)和發(fā)明的科學(xué)儀器在當(dāng)時(shí)是無與倫比的。他本人被譽(yù)為英國的“雙眼和雙手”。
在光學(xué)方面,胡克是光的波動說的支持者。1655年,胡克提出了光的波動說,他認(rèn)為光的傳播與水波的傳播相似。1672年胡克進(jìn)一步提出了光波是橫波的概念。在光學(xué)研究中,胡克更主要的工作是進(jìn)行了大量的光學(xué)實(shí)驗(yàn),特別是致力于光學(xué)儀器的創(chuàng)制。他制作或發(fā)明了顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等多種光學(xué)儀器。
力學(xué)貢獻(xiàn)
胡克在力學(xué)方面的貢獻(xiàn)尤為卓著。他曾為研究開普勒學(xué)說作出了重大成績。在探討萬有引力的過程中,他首先發(fā)現(xiàn)了引力和距離平方成反比的規(guī)律。在研究引力可以提供約束行星沿閉合軌道運(yùn)動的向心力問題上,1662年和1666年間,胡克做了大量實(shí)驗(yàn)工作。他支持吉爾伯特的觀點(diǎn),認(rèn)為引力和磁力相類似。1664年胡克曾指出彗星靠近太陽時(shí)軌道是彎曲的。他還為尋求支持物體保持沿圓周軌道的力的關(guān)系而作了大量實(shí)驗(yàn)。1674年他根據(jù)修正的慣性原理,從行星受力平衡觀點(diǎn)出發(fā),提出了行星運(yùn)動的理論,在1679年給牛頓的信中正式提出了引力與距離平方成反比的觀點(diǎn),但由于缺乏數(shù)學(xué)手段,還沒有得出定量的表示。
胡克定律
胡克定律(彈性定律),是胡克最重要發(fā)現(xiàn)之一,也是力學(xué)的最重要基本定律之一。在現(xiàn)代,仍然是物理學(xué)的重要基本理論。胡克定律指出:“在彈性限度內(nèi),彈簧的彈力f和彈簧的長度變化量x成正比,即f = -kx。k是物質(zhì)的彈性系數(shù),它由材料的性質(zhì)所決定,負(fù)號表示彈簧所產(chǎn)生的彈力與其伸長(或壓縮)的方向相反。”為了證實(shí)這一事實(shí),胡克曾做了大量實(shí)驗(yàn),包括各種材料所構(gòu)成的各種形狀的彈性體。
天文生物
胡克在天文學(xué)、生物學(xué)等方面也有貢獻(xiàn)。他曾用自己制造的望遠(yuǎn)鏡觀測了火星的運(yùn)動。1663年英國科學(xué)家羅伯特胡克有一個(gè)非常了不起的發(fā)現(xiàn),他用自制的復(fù)合顯微鏡觀察一塊軟木薄片的結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)它們看上去像一間間長方形的小房間,就把它命名為細(xì)胞。用自己制造的顯微鏡觀察植物組織,于1665年發(fā)現(xiàn)了植物細(xì)胞(實(shí)際上看到的是細(xì)胞壁),并命名為“cell”,至今仍被使用。
發(fā)明創(chuàng)造
胡克的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和創(chuàng)造是極為豐富的。他曾協(xié)助玻意耳發(fā)現(xiàn)了玻意耳定律。他曾發(fā)明過空氣唧筒、發(fā)條控制的擺輪、輪形氣壓表等多種儀器。他還同惠更斯各自獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了螺旋彈簧的振動周期的等時(shí)性等。此外胡克還研究過肥皂泡的光彩、云母的顏色等許多光學(xué)現(xiàn)象。胡克在光學(xué)和力學(xué)方面是僅次于牛頓的偉大科學(xué)家。
著作
奠定胡克科學(xué)天才聲望的要數(shù)《顯微制圖》一書。該書于1665年1月出版,每本定價(jià)為昂貴的30先令,引起轟動。胡克出生之前很久顯微鏡就被發(fā)明和制造出來,但是,顯微鏡發(fā)明后半個(gè)多世紀(jì)過去了,卻沒有像望遠(yuǎn)鏡那樣給人們帶來科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)。直到胡克出版了他的《顯微制圖》一書,科學(xué)界才發(fā)現(xiàn)顯微鏡給人們帶來的微觀世界和望遠(yuǎn)鏡帶來的宏觀世界一樣豐富多彩。在《顯微制圖》一書中,胡克繪畫的天分得到充分展現(xiàn),書中包括58幅圖畫,在沒有照相機(jī)的當(dāng)時(shí),這些圖畫都是胡克用手描繪的顯微鏡下看到的情景?上У氖,胡克自己的畫像卻一張也沒有留存下來,據(jù)說唯一的一張胡克畫像毀于牛頓的支持者之手。《顯微制圖》一書為實(shí)驗(yàn)科學(xué)提供了前所未有的既明晰又美麗的記錄和說明,開創(chuàng)了科學(xué)界借用圖畫這種最有力的交流工具進(jìn)行闡述和交流的先河,為日后的科學(xué)家們所效仿。1684年時(shí)任英國皇家學(xué)會會長的塞繆爾·佩皮斯就是看到胡克的這本書,對科學(xué)發(fā)生了濃厚的興趣,于是立即購買儀器于1665年2月加入皇家學(xué)會。他稱贊該書為他一生中所讀過的最具天才的書。
晚年
盡管胡克并不貧窮,但是他的日子過得實(shí)在不怎么樣,晚年生活更是災(zāi)難性的。其中主要的原因是在發(fā)現(xiàn)“平方反比關(guān)系”優(yōu)先權(quán)的爭奪中得罪了牛頓。奇怪的是,胡克就像是個(gè)倒霉蛋,集聚在他身上的爭議特別多。在發(fā)現(xiàn)螺旋彈簧振動周期的等時(shí)性方面,是胡克在先還是惠更斯在先也存在爭論。即使在胡克和其終生好友雷恩之間,仍然有許多未解之謎。通過胡克的日記和朋友間的通信,人們發(fā)現(xiàn)許多原先以為是雷恩設(shè)計(jì)的建筑很可能是胡克設(shè)計(jì)的,其中包括著名的格林尼治皇家天文臺、為紀(jì)念1666年倫敦大火而建造的紀(jì)念碑等。有人指出,雷恩的名氣太大了,一提到當(dāng)時(shí)的建筑設(shè)計(jì),人們就想到了雷恩,誰還記得胡克呢?甚至是胡克的為人和脾氣也是一個(gè)有爭論的話題。胡克常被描繪成一個(gè)憂郁的修道士般的老處男(胡克終身未婚),但是,他的日記顯示出他是一個(gè)善于交際的、擁有很多朋友的人,哪一個(gè)才是真正的胡克呢?所有這些胡克之謎,都有待學(xué)者們進(jìn)一步的研究。
死后紛爭
胡克死后一無所有
1703年3月3日,胡克在落寞中去世了,在他死后不久,牛頓就當(dāng)上了英國皇家學(xué)會的主席。隨后,英國皇家學(xué)會中的胡克實(shí)驗(yàn)室和胡克圖書館就被解散,胡克的所有研究成果、研究資料和實(shí)驗(yàn)器材或被分散或被銷毀,沒多久,這些屬于胡克的東西就全都消失了。
"萬有引力"不姓牛
當(dāng)"牛頓神學(xué)手稿預(yù)言世界末日是2060年"的新聞在英國鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)之際,英國媒體25日再爆秘聞,那就是"萬有引力理論"并不是牛頓先發(fā)現(xiàn)的,而是一位名叫羅伯特·胡克的英國歷史上第一位職業(yè)科學(xué)家。
牛頓"消滅"胡克成果
英國歷史學(xué)家指出,胡克之所以默默無聞,不為世人所知,完全是因?yàn)樗难芯砍晒划?dāng)時(shí)身為英國皇家學(xué)會主席的牛頓給強(qiáng)行"消滅"了的結(jié)果。
牛津大學(xué) 瓦德海蒙學(xué)院歷史學(xué)家亞蘭·切普曼教授稱,早在1660年,胡克就提出了太陽系各行星間存在萬有引力的假設(shè),并認(rèn)為這些具有萬有引力的行星大多是球形星體,他還做了一系列的實(shí)驗(yàn)來證明地球重力的存在。
切普曼教授稱,當(dāng)時(shí)胡克被忽略的情況,連牛頓最好的朋友、天文學(xué)家埃德蒙·哈雷都看不下去了,以至于勸說牛頓公開承認(rèn)胡克在萬有引力方面的研究成果,但牛頓卻一口拒絕了。他認(rèn)為胡克本人并不想追求功名,因此他當(dāng)然不好"強(qiáng)人所難"。
人們要為胡克"平反"
據(jù)切普曼教授稱,英國的歷史學(xué)家和科學(xué)家們將在3月3日胡克逝世300周年紀(jì)念日那天,在英國牛津大學(xué)等地舉行紀(jì)念會,給被歷史不公平忘卻的、英國最偉大的科學(xué)家之一胡克正式"平反",重新評價(jià)和恢復(fù)他在科學(xué)史上的地位。據(jù)他稱,屆時(shí)有關(guān)胡克生平的兩本傳記《英國的達(dá)芬奇》《復(fù)興英國的實(shí)驗(yàn)藝術(shù)》也將同時(shí)出版。
其它相關(guān)
顯微鏡與望遠(yuǎn)鏡
1665年胡克根據(jù)英國皇家學(xué)會一院士的資料設(shè)計(jì)了一臺復(fù)雜的復(fù)合顯微鏡。有一次他從樹皮切了一片軟木薄片,并放到自己發(fā)明的顯微鏡觀察。他觀察到了植物細(xì)胞(已死亡),并且覺得他們的形狀類似教士們所住的單人房間,所以他使用單人房間的cell一詞命名植物細(xì)胞為cellua。是為史上第一次成功觀察細(xì)胞。
同年胡克出版了《顯微術(shù)》一書,該書包括了一些他使用顯微鏡或望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行的觀察,包括上述的軟木切片。 胡克所用的顯微鏡至今仍然保存在華盛頓國家健康與醫(yī)學(xué)博物館中。荷蘭工匠列文胡克受《顯微術(shù)》一書啟發(fā),對胡克的顯微鏡鏡片進(jìn)行了改進(jìn),對微生物進(jìn)行了細(xì)致的觀察,被稱為微生物學(xué)之父。胡克隨后被皇家學(xué)會要求確證列文胡克的發(fā)現(xiàn)并予以發(fā)表。
1663年蘇格蘭天文學(xué)家格里高利設(shè)計(jì)了格里高利望遠(yuǎn)鏡,但在制造時(shí)失敗了。10年后胡克利用自己高超的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)成功建設(shè)了第一個(gè)這種反射望遠(yuǎn)鏡,并使用這一望遠(yuǎn)鏡首次觀測到火星的旋轉(zhuǎn)和木星大紅斑,月球上的環(huán)形山和雙星系統(tǒng)。
技術(shù)革新與胡克定律
胡克對當(dāng)時(shí)的機(jī)械進(jìn)行了很多改造,并發(fā)明了很多新裝置。他發(fā)明了錨型擒縱機(jī),也發(fā)明了擺輪游絲,通過這一裝置,可以按周期控制發(fā)條寬緊,至今仍是鐘表制作中的關(guān)鍵部件。他也因?yàn)檫@一裝置的優(yōu)先權(quán)問題和荷蘭物理學(xué)家惠更斯產(chǎn)生了長期的爭論,直到2006年在英國漢普頓郡一家人的櫥柜中發(fā)現(xiàn)了胡克的關(guān)于皇家學(xué)會會議的記錄,提供了對胡克有利的證據(jù)。他第一個(gè)制造出了萬向接頭,有時(shí)候被叫做胡克接頭,可以允許剛性桿向任意方向運(yùn)動,現(xiàn)在仍廣泛應(yīng)用于車輛的傳動裝置中。雖然意大利數(shù)學(xué)家卡爾達(dá)諾一世紀(jì)前就提出了萬能接頭的想法,但是沒有制造出。還有風(fēng)向儀,水平儀等裝置的發(fā)明權(quán)也常常歸功于他。
1676年胡克對金屬器件,特別是彈簧的彈性進(jìn)行研究后,發(fā)表了一條拉丁語字謎,ceiiinosssttuv。(這是當(dāng)時(shí)慣例,如果還不能確認(rèn)自己的發(fā)現(xiàn),則先把發(fā)現(xiàn)打亂字母順序發(fā)表,確認(rèn)后再恢復(fù)正常順序。)兩年后公布了謎底u(yù)t tensio sic vis,意思是“力如伸長(那樣變化)”即應(yīng)力與伸長量成正比的胡克定律。