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罗伯特·胡克

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罗伯特·胡克
13 Portrait of Robert Hooke.JPG
藝術家對羅伯特·胡克的印象畫。迄今尚未有經過驗證的胡克像。
出生 1635年7月28日儒略曆7月18日)
英国怀特岛郡佛雷希瓦特
逝世 1703年3月14日儒略曆3月3日)(67歲)
英国伦敦
研究領域 物理学化学
机构 牛津大学
母校 牛津基督教堂学院
学术顾问 罗伯特·波义耳
知名于 胡克定律
显微镜学
提出“细胞”一词
受影响于 理查德·巴斯比

罗伯特·胡克Robert Hooke,又譯虎克,1635 年7 月 28 日-1703 年3 月 3 日),英国博物学家发明家。在物理学研究方面,他提出了描述材料弹性的基本定律——胡克定律,且提出了万有引力的平方反比关系。在机械制造方面,他设计制造了真空泵显微镜望远镜,并将自己用显微镜观察所得写成《显微术》一书;“细胞”的英文:cell,即由他命名。中文翻譯後即稱為細胞。在新技术发明方面,他发明的很多设备至今仍然在使用。除去科学技术,胡克还在城市设计建筑方面有着重要的贡献。但由于与牛顿的论争导致他去世后鲜为人知,近来对胡克的研究逐渐兴起。胡克也因其兴趣广泛、贡献重要而被某些科学史家称为“伦敦的莱奥纳多(达芬奇)”。

早期研究[编辑]

波义耳-胡克墙,两人最早的实验室所在

1655年物理学家,化学家罗伯特·波义耳应主持牛津大学改革的威尔金斯的邀请,前往牛津建立实验室。胡克得以与波义耳相识,并成了罗伯特波义耳的研究助手。1658-1661年波义耳和胡克对德国发明家奥托·格里克发明的气泵进行改进,并进行了气体的压强和体积的研究,提出了波义耳定律。同时胡克接受了波义耳在《怀疑派的化学家》一书中对四元素说的反驳,并注意到了燃烧的放热现象,他将其与某些物质的溶解放热相类比,认为燃烧是可燃物中含有的“硫素”溶解于空气的过程,但并未发表。

1662年,在皇家学会会长罗伯特·默雷(Robert Moray)和波义耳的提议下,胡克任皇家学会的试验负责人,负责维护试验仪器,验证和演示实验。由于皇家学会初创,没有资金来源。胡克拿不到薪水,只能仍靠在唱诗班的工作度日。为了解决窘境,胡克设计了一些实验,在国王面前演示,争取到了王室对皇家学会的一些资助。1664年开始胡克开始担任格雷汉姆学院的几何学教授。

显微镜与望远镜[编辑]

胡克观察到的跳蚤,出自《显微术》

1665年胡克根據英國皇家學會一院士的資料設計了一台複雜的複合顯微鏡。有一次他從樹皮切了一片軟木薄片,並放到自己發明的顯微鏡觀察。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。是為史上第一次成功觀察細胞

同年胡克出版了《顯微術》一书,该书包括了一些他使用显微镜或望远镜进行的观察,包括上述的軟木切片。 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《显微术》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。

1663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,月球上的环形山双星系统

技术革新与胡克定律[编辑]

万向接头,又称胡克接头

胡克对当时的机械进行了很多改造,并发明了很多新装置。他发明了锚型擒纵机,也发明了摆轮游丝,通过这一装置,可以按周期控制发条宽紧,至今仍是钟表制作中的关键部件。他也因为这一装置的优先权问题和荷兰物理学家惠更斯产生了长期的争论,直到2006年在英国汉普顿郡一家人的橱柜中发现了胡克的关于皇家学会会议的记录,提供了对胡克有利的证据。他第一个制造出了万向接头,有时候被叫做胡克接头,可以允许刚性杆向任意方向运动,现在仍广泛应用于车辆的传动装置中。虽然意大利数学家卡尔达诺一世纪前就提出了万能接头的想法,但是没有制造出。还有风向仪,水平仪等装置的发明权也常常归功于他。

1676年胡克对金属器件,特别是弹簧的弹性进行研究后,发表了一条拉丁语字谜,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ut tensio sic vis,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

建筑师胡克[编辑]

Willen教区教堂,唯一一座完全由胡克设计且保存完好的建筑,被认为是早期英国巴洛克风格的典范

1666年9月伦敦大火,大部分伦敦建筑被毁。查理二世命令克里斯多佛·雷恩爵士负责城市建筑重建,雷恩提名胡克负责受灾情况的调查和统计。在随后的重建过程中,胡克负责了近一半的调查,测量和调解地产纠纷的工作,并协助设计了伦敦大火纪念碑格林尼治天文台等建筑。胡克曾在皇家学会提出一个重建方案,主张将伦敦的道路改建成类似香榭里舍大街的宽敞的林荫道风格,但由于地产所有人对划界问题争论不休,使得这一方案未能实行,于是重建后的伦敦仍保持了中世纪的道路风格。但后来新兴的利物浦和很多美国城市都使用了胡克提倡的风格。

胡克与牛顿[编辑]

胡克和牛顿的关系问题一直充满了争论。一般认为,两人彼此存在较大的敌意。争论起源于光学,1672年牛顿皇家学会阐述自己的观点,认为白光经过棱镜产生色散,分成七色光,他将其解释为不同颜色微粒的混合与分开,遭到主张光波动说的胡克的尖锐批评。牛顿大怒,称胡克完全没有理解自己这一劃时代发现的意义,并威胁要离开皇家学会。这使得主张光微粒说牛顿一直将已完成的著作《光学》延迟到胡克過世后才出版。光学出版后,奠定了光微粒说的统治地位,直到一百多年以后的菲涅耳才重新发现胡克的光波动說

1674年-1679年间两人曾通信讨论物体的圆周运动问题,胡克给牛顿写信,说明了他从1660年以后就有的平方反比定律(见万有引力定律)的思想,但是他无法从中推导出开普勒的行星运动定律。通信中出现了常被引用的名言:“如果我看得远一些,那是因为我站在了巨人的肩膀上”一些研究者认为这句话是在讽刺胡克矮小,但考虑上下文并无此意。1684年1月胡克在和爱德蒙·哈雷及雷恩的谈话中声称他已经完成推导,但是哈雷和雷恩并不相信,哈雷随后告诉了牛顿牛顿则表示在他已经完成的《自然哲学的数学原理》中有推导,哈雷随后促成此书出版,这件事使得胡克十分怀疑牛顿剽窃了他的成果,并从此不愿意公开自己的任何发现。牛顿也因此删去了手稿中所有引用胡克工作的声明。

牛顿对胡克的敌意在胡克去世后仍未消减。在牛顿影响下,皇家学会取下了胡克的肖像。这可能是胡克没有留下任何肖像的原因。牛顿还试图烧毁大量胡克的手稿和文章,但被阻止。2003年历史学家Lisa Jardine宣称发现了他的肖像, 随后被证明这一画像实际上是尼德兰化学家海尔蒙特。胡克所用的印章上的人头像也被人认为是胡克的像。1728年的钱伯斯百科全书的首页插画也被认为是胡克的半身像。

晚年和身后[编辑]

1677年皇家学会秘书亨利·奥登博格去世,胡克继任秘书,在沉重的实验安排之外还要负责管理文档和记录会议等任务。胡克觉得自己无法完成这么沉重的工作,希望皇家学会可以配备助手,但是被拒绝。繁忙的工作,时常的拖欠薪水,以及和牛顿,惠更斯的争论,使得胡克晚年近乎愤世嫉俗。

Bishopsgate教堂中的胡克纪念窗,1993年爆炸中被毁

胡克终身未婚,他的侄女作为女主人接待宾客,1687年她的去世使胡克受到很大打击。1700年起胡克双目失明,两腿浮肿,出现类似糖尿病的症状。1703年3月3日在伦敦去世,終年68歲,死后在他房间中发现达1万英镑的积蓄,相当于当时一个成功的银行家的财产。胡克去世后,葬于圣海伦主教门教堂(St.Helen's,Bishopsgate),19世纪迁葬于伦敦北部,具体墓地已无法知晓。