王老师讲物理学史：波义耳-马略特定律

波义耳

罗伯特·波义耳（Robert Boyle，1627—1691），英国化学家、物理学家。他是1660年英国皇家学会成立时的创始人和最早的理事之一，1680年曾任该会会长。

被称为“英国科学界的明星”的罗伯特·波义耳于1627年1月25日出生在爱尔兰的利斯莫尔城，他是斯图亚特王朝新贵族科克伯爵的后裔。波义耳家中豪富，广有田园和牧场，马匹成群，还有一个规模宏大的果园。波义耳在幼年时就表现出非凡的记忆力和语言才能，并且对自然科学产生了浓厚的兴趣。而他的父亲也经常对儿子的学习热情加以鼓励，并聘请了一些优秀的教师来给他上课。1635年波义耳进入伦敦西郊著名的贵族学校伊顿公学学习。三年后，他又和哥哥法兰克一起在家庭教师陪同下来到当时欧洲的教育中心之一的日内瓦过了两年。在这里他学习了法语、实用数学和艺术等课程，更重要的是，瑞士是宗教改革运动中出现的新教的根据地，反映资产阶级思想的新教教义熏陶了他。此后波义耳在实际行动中虽然未参与任何一派，但是他在思想上一直是倾向于革命的。1641年，波义耳兄弟又在家庭教师陪同下，游历欧洲，年底到达意大利。旅途中即使骑在马背上，波义耳仍然是手不释卷。就在意大利，他阅读了伽利略的名著《关于两大世界体系的对话》。这本书给他留下了深刻的印象，20年后他的名著《怀疑派化学家》就是模仿这本书的格式写的。他对伽利略本人更是推崇备至。

1644年，波义耳17岁时，英国发生了一场战争。在战争中，老波义耳不幸中箭身亡。也许正是因为这件事的刺激，使波义耳成了一个专心学问、不问政治的人。

1654年波义耳移居牛津，建立了一个实验室，开始致力于科学实验研究。此后他长期从事科研活动，发表了大量论文和著作。

波义耳具有多方面的才能，对于化学、物理学、生理学等方面都有卓越贡献，他是用实验方法研究自然科学的先驱。

波义耳精于实验，敏于观察，他发明了用来检验酸碱性的石蕊试纸，人们把这种试纸称为“波义耳石蕊试纸”，这种试纸在化学界一直传用至今。

波义耳还是照相技术的先驱，他在实验中发现，从硝酸银中沉淀出来的白色物质，如果暴露在空气中，就会变成黑色。这一发现，为后来人们把硝酸银、氯化银、溴化银用于照相术上做了先导性工作。

在波义耳的实验室助手中，有一位后来也成为了著名的科学家，他就是胡克。当胡克成为波义耳的助手以后，他们把研究方向主要放在了气体和微粒理论上。当时，笛卡儿认为物体是由微粒和以太组成的，他概括了机械论观点，摒弃了原子学说，并相信真空不可能存在。但波义耳认为机械论哲学就是物质由运动的微粒组成的理论。他认为托里拆利实验中管子里水银上方就是真空。为了证实自己的想法，他决定检验抽出空气后的仪器中还有什么。但当时所使用的空气泵不够好使，于是胡克着手设计了一种新的空气泵。借助于这种空气泵，这两位科学家才把空气几乎全部抽了出来。但是，想要证明容器中存在以太的一切努力都毫无结果。波义耳又对空气泵加以改进，他们再次进行实验，结果还是和以前一样。于是波义耳得出结论：仪器里不存在以太，而是真空。这一结论很快受到了笛卡儿派的攻击，但波义耳性格温和，不愿与他们展开论战，只想找出新的资料、写出新书来证明真理。

17世纪50年代末，经济危机波及整个英国，波义耳的工作被中断，他回到了祖传的庄园。在那里他可以安静地工作，完成了他的第一部科学巨著——《关于空气的重量及其表现的新的物理力学实验》。这本书在1660年问世，在书中，波义耳描述了自己近两年来的全部实验，第一次批判了亚里士多德的四元素理论、笛卡儿的“以太”和炼金术士的三本原。这部著作受到了亚里士多德的追随者和笛卡儿派的猛烈攻击。但波义耳是以事实为根据的，大多数科学家非常高兴地接受了他的概念。

不久后，波义耳又着手写他的下一部专著——《怀疑派化学家》，在书中他发展了自己关于化学元素的想法，完全驳倒了炼金术关于硫、汞、盐三本原的学说，彻底摧毁了已存在两千年的四元素学说。这部专著对化学从药剂师和炼金术士那里解脱出来成为一门独立的科学有着重要意义。

在这期间波义耳并没有中断实验，当国内政治稳定以后，他又回到牛津从事研究工作。这时他开始研究气体压强同体积的关系。波义耳第一次总结出了气体压强与体积的关系。1662年，他用一根容积是12立方英寸的U形玻璃管（短的一端的口封闭），将水银从开口中灌进去，让原来管内的空气被压缩。波义耳观察到：当压强是两个大气压时，空气的体积是6立方英寸；当压强是三个大气压时，空气的体积是4立方英寸。于是得出了“一定质量的气体，在温度不变时，它的体积与压强成反比”的结论，这就是著名的波义耳-马略特定律。此后波义耳又进一步提出了这一定律可以用微粒说加以解释。后来牛顿和伯努利对波义耳的定律的证明都采用了微粒说。除此以外，波义耳还发现了声音传播需要媒质；对于水结冰时的膨胀力、物质的比重进行了测量；研究了光媒质的折射现象和折射率以及晶体的性质；还研究了电现象、流体静力学、热力学等。他还做过大量把力转化为热的实验。

在生理学方面，波义耳研究了空气对于生物的作用，发现了肺内血液颜色和摄取空气有关。他还发现动物离开空气会很快死亡，以及动物和燃烧的蜡烛都需要空气，并消耗其中一部分空气。

马略特

马略特（Edme Mariotte，1620—1684），法国物理学家，法国实验物理学的创始人之一。马略特青年时代热心学习科学技术和神学，他的知识面很广，涉及力学、光学、植物学、气象学、方法论等。1666年法国巴黎科学院成立，马略特是第一批起领导作用的成员之一。

他在1667年写了一本有关植物学方面的著作。1668年发现了眼睛盲点。1670年迁居巴黎。1673年发表了关于物体碰撞性质的著作。

马略特对物理学的主要贡献在于发现波义耳-马略特定律。1676年在《关于空气性质的实验》的论文中，他宣布发现了气体的体积和压强关系的规律。他满怀自信地写道：“有充分的证据表明，人们可以把空气的压缩正比于它所承受的重量作为一个确定的自然法则或定律。”实际上，英国物理学家波义耳已于1662就建立了这个定律，英国科学界称为波义耳定律。马略特的发现晚了14年，但是他是完全独立地发现的，而且比波义耳更深刻地认识到这个定律的重要性。法国科学界将此定律叫做马略特定律。后人把他俩的发现合称波义耳-马略特定律。

马略特还作出了不少其他研究成果。他进行了气压的实验，指出可以利用气压表来测定山的高度。他研究过春潮时期的水源问题，通过对塞纳河流域水量的粗略估计，推出春季潮水来源于雨水和冰雪融化的结论。他还对日冕、虹、光晕等自然现象做了研究。马略特在研究弹性物体碰撞规律的时候，设计了一个构思巧妙的用绳悬挂两个弹性小球的装置，后来被牛顿借用。