【物理史中的十二月】1691 年 12 月 31 日:波以耳(Robert Boyle)辭世

1691 年 12 月 31 日:波以耳(Robert Boyle)辭世

文|蕭如珀、楊信男(臺灣大學物理學系)(譯自 APS News,2016 年 12 月)

波以耳(Robert Boyle)

位於倫敦的皇家學會,成立於 1663 年,是最悠久最崇高的科學學會之一。皇家學會的創辦將當時定期在倫敦和牛津集會,不同的自然哲學家團體結合在一起,熱中探討培根(Francis Bacon)所倡議的「新科學」。波以耳(Robert Boyle)是發起人之一,常被稱為第一位現代化學家。然而他最著名的是闡述了絕對壓力和氣體體積之間關係的物理定律。

1627 年,波以耳出生於愛爾蘭,家中共有 14 名小孩,父親是愛爾蘭科克的伯爵,也是富有的地主。年幼時波以耳由當地的寄養家庭撫養長大直到 8 歲,可以說流利的愛爾蘭語,以及拉丁語、希臘語和法語。當母親過世後,波以耳由一位說愛爾蘭語的家教帶到伊頓公學,雖然他很顯然沒興趣練習他的母語,而比較喜歡說法語和拉丁語。1641 年他在國外時,去了一趟義大利佛羅倫斯,讓這位早熟的 14 歲青年接觸到伽利略的研究,而正當他在佛羅倫斯時伽利略病逝了。波以耳回到英格蘭,對科學和數學深感著迷。那時他父親過世,在英格蘭和愛爾蘭遺留給他龐大的資產,所以他也有財力追求他的興趣。

波以耳起先想當一名作家,曾嘗試許多不同的形式,例如道德倫理的論述,以及德行的追求。那時他也在住家建造了一個實驗室,開始做顯微鏡的觀察和化學實驗。當他短暫居住在愛爾蘭時,他發現要在那裡做化學實驗很困難。他大都花時間在牛津或倫敦,加入一群同興趣的自然哲學家,他們暱稱自己是「隱形學院」。除了邏輯推理外,他們那一群人的中心價值是觀察和實驗,「不要輕易相信別人的話」是他們的座右銘。它最終成了以增進自然知識為目的之皇家學院。

1650 年,全歐洲的科學家都因德國科學家馮格里克(Otto von Guericke)製造出全球第一個人造真空的訊息而驚奇不已。他把兩個大的銅半球組合在一起,然後用一個他自己發明的真空泵把裡面所有的空氣抽光,因此四周的氣壓一直將兩個半球緊緊結合在一起。為了要示範那個氣壓有多強,馮格里克利用兩組各有8匹馬的馬隊,每個半球各繫一隊,讓它們朝相反的方向奔跑。但就算如此仍無法把兩個半球分開。

波以耳對此報導深感興趣,所以開始和他當時的助理虎克(Robert Hooke)建造他自己的「氣動引擎」,虎克擅長操作儀器的天賦對於設計笨拙的裝置得以運轉很有助益。他們做了許多不同的實驗,測定空氣的性質,特別是「稀薄空氣」對如燃燒、磁性、聲音、氣壓計、以及不同物質等如何產生影響。那些觀察就成了他 1660 年的書《物理力學新實驗,論空氣的彈性與效應》(New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air, and its Effects)的基礎。

雖然此書出版後獲得很高的評價,但也有人批評,最值得注意的是一位耶穌會的牧師林納斯(Francis Linus)。那個時代許多科學家都不相信真空的存在,他們認為波以耳所觀察到的一定是源自於之前所不知道的力。波以耳和林納斯的爭論導致 1662 年第二版的發行,書內還包括一附錄,對林納斯的批評回應中提到我們現在所說的波以耳定律(雖然它最先是包爾【Henry Power】於 1661 年所提出的):氣體的體積和氣體的壓力成反比。

有了起始的成功之後,波以耳後半輩子繼續他的化學實驗,並將結果發表出來。他在《原理的辯護,論空氣的彈性,有關物體多孔性的實驗與考量》與《物理的實驗與觀察》兩本書中詳細說明他對真空泵的研究。波以耳還寫了幾本醫學論述的書,從事結晶體、電、顏色、流體靜力學和冷凍水擴張的實驗。

波以耳較怪異的貢獻中有一「願望清單」,裡面的 24 項可能的發明很奇特地成了現代科技的前兆。這些包括有「生命的延長」與「飛行藝術」,以及「製作又輕又異常堅硬的盔甲」和「特效藥來改變或提升想像力」。幾乎所有他提議的發明現在都實現了。

儘管波以耳幫助開啟現代科學新時代,但從他年輕時旅遊歐洲見證了一場特別震撼的大雷雨後,他就有著神秘的傾向。他是一個鍊金術士,相信可以讓金屬產生變化,為此,他甚至幫忙廢除禁止複製金和銀的法令,就怕他萬一成功了。

到 1669 年止,身體一向虛弱的波以耳健康急速走下坡,已經到了無法繼續在皇家學會工作的地步,他限制訪客只在特定的日子在他和妹妹蘭妮拉夫人(Katherine Jones, Lady Ranelagh)居住的倫敦家中接見。蘭妮拉夫人高度分享波以耳對科學的興趣,以致於他們互相編輯對方的手稿。但是他繼續私自地做了 20 年的化學實驗,「當作鍊金術遺產留給勤勉的同好後代」。1691 年 12 月 31 日,在他妹妹過世後一星期,他也因癱瘓病故。他捐出波以耳演講集,在他死後繼續對科學做出了貢獻。

Photo: Wikimedia commons
波以耳的「氣動引擎」中空氣泵和相關儀器的版畫

 

 

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