物理史話–波義耳的故事
文﹕郭綺珊    

波義耳
學習過氣體定律的同學,想必對波義耳 (Robert Boyle) 這位科學家不會感到陌生。除了以他命名的波義耳定律外,波義耳對元素的定義,粒子哲學及其他化學問題都有廣泛的研究。由於他是進行嚴謹科學實驗的先驅,所以有「近代化學之父」之稱。

1627年,羅伯特•波義耳出生在一個愛爾蘭的新教徒家庭,父親是當時英國最顯赫的柯克公爵。柯克公爵共有十五個孩子,而羅伯特•波義耳則排行十四。柯克公爵要給予小羅伯特最好的教育,所以在羅伯特八歲時,便將他送往英國著名的寄宿學校 ─ 伊頓學校唸書。初時,小波義耳熱愛學習,成績優異,因此深得老師和同學的愛護。可是自從老校長退休後,波義耳似乎無法適應新校長的作風,學校生活過得很不愉快。因此,在1638年柯克公爵轉而聘用一名私人教師陪著只有十一歲的波義耳到歐洲各國遊學。

在歐遊的六年間,波義耳除了學習各國語言和宗教外,還開始學習數學。他十分崇拜意大利的偉大科學家伽里略。1642年伽利略在阿切特里去世,而波義耳正住在鄰近的佛羅倫斯。波義耳得知伽利略的死訊後,大為震驚,並開始詳細研究伽利略的工作。他知道人們必須使用一套全新的科學方法來理解事物。從此,波義耳便走進科學研究的世界。

1644年,波義耳回到英國承繼父親的遺產,獨居在史泰爾布利治莊園。由於他擁有大量田產,因此可以隨心所欲,專心地進行研究。期間,波義耳只透過與「無形學社」成員的討論來保持與科學界的接觸。這個學社由一群熱心的科學家組成,因為沒有固定的集會地點,所以叫做無形學社,也就是皇家學院的前身。1653年,波義耳接受無形學社領袖約翰•維金斯的邀請,遷居牛津。不過他沒有接受任何大學教職,反而自己建造了一座實驗室來進行研究。他的實驗室聘請了很多研究員,虎克也是其中一位。

波義耳利用虎克設計的氣泵,研究氣體體積和氣壓的關係,得出著名的波義耳氣體定律。此外,他又證明了真空的存在、並得出在真空中聲音不能傳播、火不能燃燒、生物不能生存等重要的結果。氣體行為的實驗研究令波義耳相信基本粒子的存在,因為粒子的運動可以解釋氣體的表現。他反對亞理士多德的四大元素 ─ 泥土、空氣、火和水的學說,提出所有物質都是由粒子組成的。在化學上,波義耳提出酸鹼作用會產生鹽的學說,還發明了分辨酸鹼的石蕊試紙。波義耳的影響不單在於其研究成果,他提倡以實驗結果來印證理論和學說的科學方法,為現代科學研究打好基礎,影響更為深遠。

波義耳有深厚的宗教信仰,他認為宗教和力學所描述的世界之間並沒有矛盾,還在許多佈道會和有關自然神學的著作中宣揚這種宗教觀。他說:「能夠創造力學世界的神─令物質符合運動定律的神,比只會創造沒有科學定律的世界的神,更值得我們崇拜。」[1, 2]

參考資料﹕
[1] The MacTutor History of Mathematics archive: Robert Boyle
(http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Boyle.html)
[2] Biography in Dictionary of Scientific Biography (New York 1970-1990)