原創(chuàng)牛頓的死敵羅伯特虎克今天是虎克誕辰381年的紀念日

1、原創(chuàng)】羅伯特 虎克(今天是虎克誕辰 381年的紀念日)7 月 18 日是羅伯特 .虎克誕辰 381 年紀念日，你對虎克知道多少？虎克和牛頓又有怎樣的恩怨？下面就來回顧一下兩位科學天才的故事。曠世奇才，科學巨匠羅伯特虎克( Hooke Robert 1635-1703 )是 17 世紀英國最杰出 的科學家之一。他 是一個全才式的人物，他以驚人的動手 技巧和創(chuàng)造能力對當時的天文學、物理學、生物學、化學、 氣象學、鐘表和機械、天文學、生理學等學科都做出過重要貢獻，因此被譽為“英國的達芬奇” 、英國皇家學會的“雙 了多個“第一” ：他是第一個意識到光是由光波組成的物理 學家，是早期探索萬有引力的科學家

2、之一，并發(fā)現(xiàn)了讓其留 名的彈性定律；他也是第一個通過觀測木星上的紅斑移動發(fā) 現(xiàn)木星星體自轉(zhuǎn)的人； 而現(xiàn)在已經(jīng)為人們耳熟能詳?shù)?“細胞”眼和雙手”。在理論方面，虎克在光學和力學領(lǐng)域創(chuàng)下詞，就是由虎克最先使用的，他也是第一個通過顯微鏡來 研究植物細胞的人。在科學研究界有句老話：理論加技術(shù)，誰也擋不住。有著豐富學識的虎克，動手能力也極強。他親手發(fā)明和制造的 儀器，如復式顯微鏡、格雷高利望遠鏡、發(fā)條擺輪、輪形氣 壓表等，在當時都是性能最為優(yōu)良的。在他“出道”早期，給著名科學家波義耳當助手的時候，波義耳所用的幾乎所有 科學儀器都是虎克制造或設計的。其中最有名的一個故事是圍繞著抽氣機展開的。那時，波義耳熱

3、衷于對空氣的研究，特別是對于真空和燃燒現(xiàn)象的 研究，但這方面的研究必須擁有性能優(yōu)良的抽氣機作為硬件 保證。為此，波義耳請當時最著名的抽氣機制造工程師拉爾 夫格雷托雷為他制造一個設備，要求是比馮格里克的抽 氣機更好用。馮格里克曾是馬德堡市長，他利用自己發(fā)明 的抽氣機在馬德堡半球內(nèi)制造真空環(huán)境，兩隊馬反方向拉金 屬球也拉不開，這就是馬德堡半球?qū)嶒灴茖W史上著名的 段子。馮格里克因此名噪一時，可遺憾的是格雷托雷失敗 了。但是，虎克最終幫波義耳如愿以償，他用靈巧的雙手造出了當時最好的抽氣機。為感謝虎克做出的貢獻，波義耳在 正式出版的論文中親切地將虎克制造的設備稱為“我們的抽 氣機”。令人稱奇的是，除了在

4、自然學科上取得成果外，虎克在人文藝術(shù)領(lǐng)域也留下了大名。科學家出身的虎克也是一位建 筑大師，雖然人們以前就知道 1666 年倫敦大火后他擔任測 量員及倫敦市政檢查官，參加了倫敦重建工作，但通過虎克 的日記和朋友間的通信，才發(fā)現(xiàn)許多原先以為是雷恩設計的 建筑，很可能是出自虎克之手，其中就包括著名的格林尼治 皇家天文臺以及為紀念 1666 年倫敦大火而建造的紀念碑?；⒖嗽诿佬g(shù)方面同樣有不俗造詣，他 13 歲的時候就師從當 時著名的畫師彼得萊利爵士學習繪畫，后來這一特長也在 其科研中發(fā)揮了作用在奠定虎克學術(shù)地位的顯微制 圖一書中，虎克繪畫的天分得到充分展現(xiàn)，在沒有照相機 的當時，書中配上的圖畫都是虎克

5、親手描繪的在顯微鏡下看17 世紀到的情景。 1660 年羅伯特 虎克的著名顯微繪圖60年代，英國人羅伯特虎克制成復式顯微鏡他用這種顯微鏡觀察并繪制出他的 57 張顯微圖片。青少年時期，虎克曾跟一位畫家學習，這些經(jīng)歷讓他能夠?qū)⑽?觀世界非常詳細地畫出來?？纯粗奶樗嬃撕芏喾浅＞?、栩栩如生的圖片，例如這張?zhí)閳D片，引發(fā)神學爭論，人們開始思考這些微小生物是不是曾 經(jīng)過精心設計。激烈的爭論促使年輕的查爾斯達爾文開始 進行生物學研究，證明這類想法是否屬實。1665 年他第一次觀察到了 “細胞” 虎克在顯微鏡下研究軟木細胞時看到的情景 他的著作顯微術(shù) (Micrographia )出版于 1665

6、 年內(nèi)有不少最精確而美麗的素描，描繪了從來沒有得到過的顯微鏡觀察結(jié)果，共 57 幅大部分是虎克本人所作， 也可能有一部分出自著名建筑師克里斯托弗雷恩之手- 這些圖中有不少奇跡， 例如蒼蠅的眼睛、 蜜蜂刺器官的形狀、跳蚤和虱子的解剖圖、羽毛的結(jié)構(gòu)以及霉菌的形成。蒼蠅的眼睛照相機還沒在顯微術(shù)中得到應用時，虎克的人工手繪，有沒有電鏡的效果？顯微術(shù) ( Micrographia )也譯為顯微圖集 ， 虎克在生物學上的另一大貢獻是他對物種滅絕的闡述。在他生活的那個時代，動植物化石和礦石普遍被認為是在魔力作用下形成的“大自然的戲法”，也有些學者堅信，化石是圣經(jīng)中所述大洪水時期的遺留物。然而，在對海濱發(fā)現(xiàn)的

7、化石進行仔細觀察后，虎克在1667年發(fā)表文章中指出， “在此前的時代中，曾經(jīng)存在過許多我 們現(xiàn)在已經(jīng)無法找到的其他物種” 。直到幾十年后，物種滅絕的概念才開始被人們所接受?；⒖撕团ｎD在歷史上是一對冤家牛頓一生有兩個不共戴天的死敵，一個是德國人萊布尼茲，另一個正是我們的虎克先生?；⒖?520 頁泛黃的手稿于 2006 年 3 月 28 日的拍賣中被皇家學會以 94 萬英鎊的天價競得，并于 5月 17日正式回歸，成為近半個世紀以來科學史上也許最為重要的發(fā)現(xiàn)。它記載了皇家學會創(chuàng)立之初的會議記錄，以及一些重 開，我們得以重新審視一些科學史上的重大問題。要人物之間的通信。冥冥中，近代科學創(chuàng)建的歷史被重新

8、翻頓的偉大似乎已毋庸置疑，有人認為，如果當時有諾貝爾獎，那么牛頓至少能得三次：萬有引力定律、光學和化學的貢獻，另外由于他在微積分上的造詣，還能得一次 菲爾茲獎（數(shù)學最高獎）。而提起羅伯特虎克，人們會聯(lián) 想到胡克定律（彈性定律） 。其實，虎克作為英國皇家學會 會員，在物理學、化學、生物學、鐘表和機械、建筑和測繪 等領(lǐng)域都做出過重要貢獻， 被譽為“英國的達-芬奇”和“現(xiàn) 代儀器發(fā)明之父” 。實際上，兩個人都在力學，光學，儀器 等方面有著偉大的貢獻。兩人互相啟發(fā)，但是也無需諱言，他們之間存在著不少的激烈爭論，以致互相仇視?；⒖嗽诔臣芊矫?，已經(jīng)是整個學術(shù)界的佼佼者，牛頓成長之后，在吵架方面也不遑多讓，

9、幾乎吵遍了全歐洲的一流學者?；⒖伺c頓首次結(jié)怨，是在牛頓將自己設計的第一版反射望遠鏡擺 在皇家學會的案頭之時。反射望遠鏡是當時最先進的望遠鏡 設計，它直接侵入了虎克在學會的兩大擅長領(lǐng)域：光學與儀 器設計。當這個小巧精致的，性能超過了歷代折射式望遠鏡 的模型出現(xiàn)，虎克感到地位受到挑戰(zhàn)，反駁宣稱先于牛頓七年便做出了一個僅有 3 厘米的反射望遠鏡，性能比其他長達15 米的望遠鏡還強。牛頓其實是虎克的晚輩。早在 1662 年，虎克已成為英國新成立不久的皇家學會的實驗主管，負責演示皇家學會的實驗，并在次年成為學會會員。而此時牛頓還是劍橋的本科生。 1669 年，牛頓當上劍橋的教授，開始講授他的光學研究。

10、1672 年年初，頓被選為皇家學會會員，做為見面禮，他給學會寄去一篇證明白光是不同顏色光的混合的論文，提出光是由粒子組成的，遭到了認為光是一種波的虎克的猛烈抨擊。牛頓無法忍受，威脅要退出學會。在學會的書記勸說并提出免去牛頓應繳納的會費的條件下，了下來。1675 年，頓發(fā)表的另一篇光學論文招來了虎克更猛烈的抨擊。虎克認為牛頓論文中的大部分內(nèi)容是從他在1665 年發(fā)表的顯微圖譜一書中的有關(guān)論述中搬來的，只 是做了某些發(fā)揮。兩人進行了一番貌似彬彬有禮其實暗藏譏諷的通信。爭論的結(jié)果是，牛頓疏遠了皇家學會，而且決定等虎克死后再發(fā)表有關(guān)光學的論著，在虎克死后的第二年，頓出版的著作中，完全不提虎克對薄板顏色

11、研究的貢獻?；⒖藢ζ綊佄矬w自由落體的橢圓軌道預測，事實上已經(jīng)探及 了萬有引力定律、平方反比定律的邊緣， 1684 年，倫敦市內(nèi) 的一家咖啡館里， 哈雷、建筑大師雷恩爵士和虎克的賭約 （即 關(guān)于兩個月之內(nèi)求證出行星與太陽之間的作用力是否遵循 平方反比定律，如若遵循，行星的軌道應該是什么形狀） 又引發(fā)二人激烈的爭吵。兩個月后，虎克和哈雷都沒能給出 合理的證明。哈雷自覺無法獨立解，他前往劍橋敲開了牛頓牛頓說：的家門。哈雷本以為牛頓要經(jīng)過漫長的計算才能得出結(jié)果，可牛頓隨口就報出了答案： 橢圓形。 哈雷問為什么，我算過?！痹诠椎膹娏乙笙?，頓答應給哈雷提供篇論文，詳細闡述。三個月后牛頓的信函從劍橋翩然

12、而至，里面是牛頓用 9 頁紙的篇幅寫就繞轉(zhuǎn)物體的研究 ，這薄薄的 9 頁紙的價值遠遠超過等重的黃金，此后在這9 頁綱要 的基礎(chǔ)上，牛頓將其擴充為三巨冊版本的論自然哲學的數(shù) 學原理，正式發(fā)表萬有引力定律，以一人之力，將伽利略用于地面的力學體系和開普勒用于天空的力學體系加以統(tǒng)，從純數(shù)學的角度， 來告訴世界究竟為什么。他告訴人們，原來周遭世界竟然與星體之間遵循著同樣的定律。如今這部 作品已經(jīng)成為科學史上最重要的科學著作，沒有之一，它甚 至知名到已經(jīng)無需提及書的全名，僅說出原理二字，便 眾皆知曉。論自然哲學的數(shù)學原理 封面 自然哲學的數(shù)學原理發(fā)表后，直拗的虎克還是要求牛頓承認，是他優(yōu)先發(fā)現(xiàn)平方 提及一

13、下。由于沒有得到牛頓的有效回應，虎克在 1693 年 的皇家學會會議上再次正式提出他發(fā)現(xiàn)萬有引力的優(yōu)先權(quán)。反比定律的， 起碼要在書的前言里將他對牛頓啟發(fā)的功績”面對虎克如此接二連三“不識相”的行為， 他一直認為萬有引力完全是個人的發(fā)現(xiàn)，所以一氣之下把自然哲學的數(shù)學原理里大部分涉及對虎克的引用都通通 刪掉，剩下少數(shù)實在無法避免的，用詞也從“非常尊敬的虎 克先生”變成不顧基本禮儀的 “虎克” 兩字。 得益于自 然哲學的數(shù)學原理出版，在牛頓強大話語霸權(quán)的壓力下， 可憐的虎克至死也沒有得到應有的承認。在他死后不久，由于在科學上的成就卓著，聲名顯赫的牛頓登上了英國皇家學 會主席寶座，這也導致了虎克在后來

14、的科學史上更沒有可能 得到應有的地位和承認。因為隨后，或許是出于大權(quán)在握的 原因，英國皇家學會中的虎克實驗室和虎克圖書館都先后被 解散，虎克的所有研究成果、研究資料和實驗器材也被分散 或者被銷毀。沒多久，這些屬于虎克的成果就全都消失在歷 史深處了?；⒖怂篮笊踔吝B一幅畫像也沒有留下來，據(jù)說是 因為他長得“太丑了” ，但也有學者言之鑿鑿地聲稱，正是 精通權(quán)術(shù)的牛頓利用職權(quán)有意毀棄了他的“敵人”虎克的遺 物，作為對他最后的報復。在虎克逝世的第二年，牛頓重啟 光學的波動說與微粒說之爭，于當年出版巨著光學 ，這 本著作匯聚了牛頓在劍橋三十年研究的心力，他更從波動說 中汲取養(yǎng)分，全面完善補足了粒子學說。緊

15、接著他將波動說 無法解釋的問題一一提出，并對惠更斯當年的光論加以駁斥。當時惠更斯已在九年前病逝于荷蘭海牙。波動說連失虎克與惠更斯兩大支柱，頓以一己之力，扭轉(zhuǎn)了光學兩大理論交鋒局勢，此后的一個世紀，微粒說一直牢牢占據(jù)著光學研究的主流。被牛頓視為敵人對于虎克來說，幾乎是致命打擊。撰寫過不平靜的天才：羅伯特虎克和他的地球觀的俄勒岡州立大學教授艾倫唐德雷克（Ellen TanDrake）考據(jù)得出，在牛頓擔任英國皇家科學院院長期間，他 直接或間接地將上千種虎克設計的實驗裝置、模型以及化石標本加以銷毀。甚至在虎克故世后，這位到晚年只能以注釋奧維德 變形記 自娛的老人也沒能逃脫迫害 :他惟一的一張畫像便毀于牛頓的支持者之手。2003 年有一位歷史學家聲稱找到了虎克的畫像，但隨后被證明是別人的畫像。在份保留至今的文件中有虎克的封印，封印上有一個頭像，它是不是虎克的頭像？沒法確定。1703 年 3 月 3 日，雙目失明的虎克逝世于倫敦格雷欣學院（Gresham College）。在此后的 300 年中，他被描述為一個多疑多病、沉默孤僻、 愛爭功、難共事的人，因為先天生理上的缺陷而導致心理的變態(tài)。“虎克不是一個會做人的人，但難道這足以成為抹殺掉他作為天才的理由嗎？”這樣的問題，也許到300 年后，依然振聾發(fā)聵。在虎克、頓的時代，科學剛剛草創(chuàng)，學術(shù)規(guī)范還未完善，難免經(jīng)常出現(xiàn)優(yōu)先權(quán)