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数学家传记

罗伯特·波义耳Robert Boyle

出生
1627年1月25日 爱尔兰沃特福德郡利斯莫尔
逝世
1691年12月30日 英格兰伦敦

罗伯特·波义耳是一位出生于爱尔兰的科学家,他是皇家学会的创始会员。他在化学方面的工作旨在将其建立为一门基于物质机械论的数学科学。

完整传记

罗伯特·波义耳 出生于一个新教家庭。他的父亲是 Richard Boyle,科克伯爵,他于 1588 年 22 岁时离开英格兰前往爱尔兰。1600 年被伊丽莎白一世任命为芒斯特议会的书记员,两年后他买下了沃尔特·雷利爵士在科克郡、沃特福德郡和蒂珀雷里郡的庄园。波义耳 的母亲凯瑟琳·芬顿是 Richard Boyle 的第二任妻子,他的第一任妻子在他们的第一个孩子出生后一年内去世。波义耳 是他父母十五个孩子(十五个中有十二个活过童年)中的第七个儿子(第十四个孩子)。波义耳 出生时,Richard Boyle 已 60 多岁,Catherine Boyle 40 多岁。关于他的父亲,波义耳 后来写道 [12]:-

他,凭借上帝对他兴旺勤奋的祝福,从极其微小的起点,建立了如此丰厚而显赫的财富,以至于他的兴旺招来了许多仰慕者,却鲜有匹敌者。

的确,波义耳 很幸运,有大不列颠最富有的人做父亲,尽管不得不说,科克伯爵是以某种可疑的手段获得他的财富的。他曾一度因贪污指控在英格兰被监禁,后来因拥有某些庄园的有缺陷的所有权而被重罚。

科克伯爵和他的妻子认为,年幼的孩子在开始接受教育之前,最好的养育方式可以远离父母提供。波义耳被送到乡下抚养,而他的父亲继续追求越来越高的政治成功。科克伯爵在都柏林的联排别墅里住了四年。他于1629年被任命为高等法院法官,1631年被任命为财政大臣。然而,在都柏林的这段时间里,波义耳的母亲去世了,此后一段时间,波义耳从与他的乡下奶妈的寄养处回来,重新加入他的家庭。

波义耳 于1635年与他的一个兄弟一起被送到英国伊顿公学学习。此时,这所学校正变得时髦,成为重要人物送儿子去的地方。校长是 弗瑞兹·约翰 哈里森,两个年轻的 波义耳 兄弟住在校长家里 [10]:-

除了当时流行的严格古典课程外,男孩们还有法语、舞蹈和音乐的私人教师,为此他们支付额外费用。

波义耳在[12]中向Harrison致敬,他写道Harrison给了他:-

……强烈的求知欲……

在伊顿公学的这个阶段,波义耳的教育显然进展顺利。他受到校长和同学的欢迎。然而,也许Harrison给了他太多特别关注,因为当Harrison退休后,波义耳似乎无法适应新校长给学校带来的教育纪律。意识到他的两个儿子在新校长下学业进展不佳,科克伯爵于1638年11月将儿子们从伊顿公学带走。此后,波义耳由他父亲的一位牧师私下辅导。

12岁时,波义耳被父亲和其中一个兄弟送到欧洲旅行。他们从迪耶普前往巴黎,然后到里昂,最后到达日内瓦。在日内瓦,波义耳与一位私人教师学习法语、拉丁语、修辞学和宗教。他还在下午花时间打网球和击剑。也许最重要的是,他开始学习数学,并很快[12]:-

……他对算术、几何中最有用的部分,以及其从属内容——球体学说、地球学说和筑城术——变得非常熟悉。

1641年,波义耳学习意大利语,为前往那里做准备。那年9月,波义耳和他的导师在威尼斯,然后到1642年初,他们到了佛罗伦萨。伽利略在佛罗伦萨附近的阿尔切特里别墅去世,当时波义耳正住在这座城市。他深受此事影响,仔细研读了伽利略的著作。如果有哪一件事塑造了波义耳的人生并引导他走向科学,那就是这件事。当然,他的新教背景,以及对耶稣会士根深蒂固的恐惧,促成了他对伽利略及其受罗马天主教会对待的同情。波义耳成为伽利略哲学的坚定支持者,并从此时起坚信通过数学和力学研究世界的新方法。

到1642年5月,波义耳和他的导师在马赛等待波义耳的父亲寄钱来,以便他能完成回家的旅程。钱没有到,只收到他父亲的一封信,解释说芒斯特的叛乱完全占据了他的时间和金钱。他确实寄了250英镑支付波义耳的返程费用,但这笔钱从未到达他手中。波义耳回到日内瓦,他似乎主要靠导师的收入生活,而他的父亲继续在利斯莫尔城堡与爱尔兰人作战。国王查理一世与与科克伯爵作战的天主教叛军谈判达成停火,以便他能将部队带回英格兰,帮助他进行已经爆发的内战。科克伯爵始终无法释怀查理将爱尔兰人视为平等,不久后于1643年9月去世。波义耳在父亲去世时仍住在日内瓦。1644年夏天,他卖掉一些珠宝,并用所得的钱资助他返回英格兰的旅费。

回到英格兰后,波义耳有一段时间与他的姐姐凯瑟琳住在一起。她比他大十三岁,是一位有一定地位的女士,嫁给了拉内拉子爵。英格兰处于混乱状态,1642年开始的内战正在国王查理和议会之间进行。查理已迁往牛津,而议会则与苏格兰人订立了条约。作为苏格兰军事支持的回报,他们被许诺建立长老会教会。1644年的几场战役使国王和议会都多少有些混乱。波义耳在英格兰有财产,即斯特尔布里奇庄园,是他父亲留给他的,但国内的局势使事情变得困难。他在一封信中写道(例如见[3]):-

[我]在1644年中期安全进入英格兰,在那里我们发现事情如此混乱,尽管斯特尔布里奇庄园因我父亲去世而传给了我,但我花了将近四个月才到达那里。

事实上,尽管波义耳在四个月后查看了他的新家,但过了更久他才能够搬进去。这发生在1646年3月,此前他与姐姐度过了更多时间,并再次前往法国偿还他欠仍住在那里的导师的债务。尽管波义耳不打算在斯特尔布里奇久留,但他在那里待了大约六年。他可能比他在1646年10月写给法国旧导师的一封信中所承认的更加用功(例如见[3]):-

至于我的学习,我有机会进行,但只是断断续续,视我的闲暇和事务允许而定。我费力涂写了几篇关于各种主题的小文章,有韵文也有散文。……我致力于的其他人文研究,是按照我们新哲学院的原则进行的自然哲学、力学和农学……

这个“新的哲学学院”在信的后文中也被波义耳称为“无形学院”。它正是不久后将成为“Royal Society of London”的那个学会,并且在波义耳于Stalbridge过着多少有些孤独的生活时,为他提供了与科学世界的唯一联系。他盼望着去伦敦,在那里学院的成员们[3]:-

……不时地赏光与我为伴。

正是在无形学院中的讨论,促使波义耳阅读了威廉·欧垂Clavis Mathematica以及马兰·梅森皮埃尔·伽桑狄的著作。波义耳自访问意大利时起就赞同尼古拉·哥白尼的观念,如今他更坚定地持有这些观点,并深信物质的原子论。在无形学院中,这些观点被认为是新自然哲学的观点。

这一时期对波义耳 来说是困难的,因为他努力避免在内战中被强迫选边站。他的忠诚有些分裂,他的父亲是坚定的保皇党人,他的姐姐凯瑟琳是坚定的议会派。基本上他对双方都缺乏同情,但内战的最终结果对他有利。查理一世被击败并处决,但在1650年,查理二世在苏格兰登陆并试图重新掌权。克伦威尔领导议会军队,在1650年击败了苏格兰人,1651年再次击败他们,1652年爱尔兰人也被克伦威尔击败。波义耳 在1652年前往爱尔兰照看那里的地产。当克伦威尔将爱尔兰土地分配给英国殖民者时,他最终成了一个非常富有的人。从那时起,他能够完全致力于科学,而无需赚钱。然而,应该指出的是,波义耳 在花钱方面非常慷慨,他周围的许多人都从这种慷慨中受益。

波义耳 在1653年访问伦敦时会见了约翰 约翰·维尔金斯,即无形学会的领导人。此时约翰·维尔金斯 刚被任命为牛津瓦德汉学院的院长,他计划从那里管理无形学会。他强烈鼓励波义耳 加入他们在牛津,并邀请他住在学院里。波义耳 决定去牛津,但不愿接受约翰·维尔金斯 提供的住宿,而是选择安排自己的房间,以便进行科学实验。在牛津,他加入了一群有远见的科学家,包括约翰 约翰·维尔金斯、约翰 约翰·沃利斯(他是萨维尔几何学教授)、Seth Ward(他是萨维尔天文学教授),以及克里斯托弗·克里斯托弗·雷恩,后者将在1661年接替沃德成为萨维尔天文学教授。从1654年起,波义耳 住在牛津,尽管他从未担任任何大学职位。

他在物理学和化学方面做出了重要贡献,最为人所知的是波义耳定律(有时称为马里奥特定律),描述了理想气体。波义耳定律出现在1662年为他1660年的著作New Experiments Physio-Mechanicall, Touching the Spring of the Air and its Effects所写的附录中。1660年的文本是他与罗伯特·胡克一起用空气泵进行了三年实验的结果,他雇佣罗伯特·胡克作为助手。该装置是由罗伯特·胡克设计的,使用它波义耳发现了一系列重要事实。他表明,除其他事项外,声音不会在真空中传播,他证明了火焰需要空气,生命也是如此,并且他研究了空气的弹性特性。

1662年的附录不仅包含波义耳关于气体体积与压力关系的定律,还包含了对波义耳正文中关于真空工作的辩护。许多科学家,尤其是托马斯·霍布斯,曾主张真空不可能存在,并声称波义耳用真空泵得到的结果必定是某种尚未发现的力的结果。波义耳在1666年的另一本书名为Hydrostatic paradoxes。它[1]:-

……既是对布莱兹·帕斯卡流体静力学工作的深刻批判,充满了对布莱兹·帕斯卡实验方法的敏锐观察,也是对流体压力一系列重要而巧妙实验的呈现。

The Sceptical Chemist(1661)中,波义耳反对亚里士多德关于土、气、火、水四元素的观点。他主张物质由微粒构成,而这些微粒本身又由基本粒子的不同构型以不同方式组合而成。尽管这部著作中的许多观念取自勒内·笛卡儿,但他在某一点上与他根本分歧。波义耳关于基本粒子在流体中自由运动、在固体中较不自由的观点,遵循了勒内·笛卡儿。然而,勒内·笛卡儿不相信真空,而是相信一种无处不在的以太。波义耳进行了许多实验,使他相信真空,并且在未发现以太的实验证据后,否定了以太的观念。他确实在总体信念上遵循勒内·笛卡儿,即世界基本上是一个由少数简单数学定律支配的复杂系统。

在考虑光学,特别是颜色时,波义耳并不那么成功。他在1664年出版了Experiments and considerations touching colours,但很愿意承认罗伯特·胡克1665年的工作更优越,并且他完全承认艾萨克·牛顿1672年发表的想法应该取代他自己的。

波义耳是皇家学会的创始会士。他通过这个学会发表了他关于空气物理性质的结果。他在化学方面的工作旨在将其建立为一门基于物质机械论的数学科学。正是因为这个原因,我们决定将波义耳纳入这个数学家档案中,因为尽管他自己没有发展任何数学思想,但他是最早主张所有科学都应作为数学的应用来发展的人之一。尽管在他之前其他人已将数学应用于物理学,但波义耳是最早将数学应用扩展到化学的人之一,他试图将其发展为一门科学,其复杂外观仅仅是简单数学定律应用于简单基本粒子的结果。

1668年,波义耳离开牛津,前往伦敦与他的姐姐拉内拉夫人同住。在那里,他成了伊萨克·巴罗的邻居,但似乎与另一位邻居、医生托马斯·西德纳姆有更多共同的科学兴趣。1669年,他姐姐的丈夫去世。然而,有些人却热衷于为波义耳找一位妻子。约翰·沃利斯找到了一位他认为特别适合做波义耳妻子的人,并写信给他说:-

如果我能成为使两位如此优秀的人在彼此身上获得幸福的幸运工具……我不知道我还能以什么其他方式更令自己满意。

波义耳似乎成功地避开了这类为他安排婚姻的企图。1670年6月,他中风导致瘫痪,但慢慢恢复了健康。他继续工作,并在伦敦的家中招待客人。来访者如此频繁,以至于他不得不限制访问,以便有时间继续他的科学研究,他在许多优秀助手的帮助下进行这些研究。

1680年,他拒绝了担任皇家学会主席的邀请。他解释说,他的理由是宗教方面的,因为他无法宣誓必要的誓言。波义耳的宗教一面在这本传记中我们尚未提及,然而它是他生活中的一股重要力量。也许不必更早提及他强烈的基督教信仰的原因是,对波义耳来说,宗教与机械论世界[1]之间没有冲突:-

……对他来说,一个能够创造机械宇宙——能够创造运动中的物质,遵循某些定律,我们所知的宇宙能够以有序的方式从中产生——的上帝,远比一个创造没有科学定律的宇宙的上帝更值得钦佩和崇拜。

参考文献

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