罗伯特·波义耳

罗伯特·波义耳（Robert Boyle，1627年1月25日-1691年12月30日），又译为“博伊尔”、“玻意耳”， 英国物理学家、化学家 、自然哲学家 、炼金术士 和发明家 ，伦敦皇家学会创始人之一 。波义耳被公认为是 流体力学 、近代化学的奠基人。

1659年，波义耳在助手 罗伯特·胡克 （Robert Hooke）的协助下，开始设计改进气泵的构造。 并在次年发表了他的第一部重要著作《关于空气的重量及其性质的新的物理力学试验》。 1661年，波义耳发布了《 怀疑的化学家 》一书。 1663年，波义耳成为皇家学会的会员， 1665年，牛津大学授予他医学博士学位。 1680年，波义耳被选为皇家学会会长。由于波义耳科学上的卓越成就，被人们称为“英国科学界的明星”。1691年12月30日，波义耳在自己的庄园逝世，享年64岁，终身未娶。

波义耳在化学和物理学研究上都有杰出贡献。一次偶然发现 紫罗兰 遇酸变红色、遇碱变蓝色， 酸碱指示剂 由此诞生， 总结出了物理学的基本定律之一：波义耳定律。波义耳还是 分析化学 的先驱，创造了很多定性检验盐类的方法。 卡尔·马克思 （Karl Marx）和弗里德里希·恩格斯(Friedrich Engels） 认为波义耳是把 化学 确定为科学的人。

人物生平

早年经历

1627年1月25日，波义耳出生在 爱尔兰 的利斯莫尔（Lismore）， 意大利 的 伽利略·伽利莱 、 德国 的 约翰尼斯·开普勒 、 法国 的 勒内·笛卡尔 都生活在此时期。波义耳在科可伯爵的16个孩子中排行15。 科克伯爵当时的名字叫理查德·波义耳（Richard Boyle），于 1588 年都铎王朝时期从英格兰来到 都柏林 ，并被任命为副清点官。 罗伯特 出生时，他已经积累大量财富和土地，并于1620年10月被封为科克伯爵。

波义耳出生时，他的父亲已经60岁，波义耳的母亲凯瑟琳·芬顿（Katherine Fenton）在他三岁时便已去世。 1635年，波义耳被送往伦敦西郊的 伊顿公学 学习。波义耳12岁时，和哥哥 法兰克王国 与家庭教师一起到瑞士的 日内瓦 呆了2年，学习了 法语 、实用博伊尔的 气泵 数学和艺术等课程。当时 瑞士 为宗教改革出现新教的根据地，波义耳虽然未参与任何一派，但他的思想却受到启蒙。

1641年，波义耳去 意大利 旅行，旅途中，波义耳手不释卷，潜心钻研 伽利略·伽利莱 （Galileo Galilei）的新学说。但他到意大利不久，伽利略便逝世了。这时他的父亲从 爱尔兰 来信说，家庭经济因内战已陷入困境。于是，他的哥哥法兰克（Frank）立即回国，他则由马考姆兹先生（Maqomz）照料在 日内瓦 继续学习了两年，于1644年才返回到战乱的 英国 ，寄居在姐姐凯瑟琳（Catherine）家。此期间，他的父亲和一个哥哥先后去， 波义耳便继承了他父亲的一笔财产，然后定居在多尔塞特，博览了 自然科学 、哲学、 神学 等方面的书籍。

中年经历

1644年，一批对科学感兴趣的人，其中包括教授、医生、神学家等，定期地在某一处聚会，讨论一些自然科学问题。他们自称为“无形学院”。 1646年，波义耳在伦敦参加无形学院的活动，他们自称他们的聚会为“无形大学”。1648年因为伦敦战局不稳，更因 资产阶级 革命派的军队攻占 牛津大学 ，革命派首领克伦威尔任命无形学院的成员维尔金斯担任牛津大学瓦当学院的院长，无形学院的部分成员也纷纷迁往牛津，活动的中心从伦敦转移到牛津。波义耳厌倦上层社会生活的空虚，想集中精力做科学实验，便迁往父亲留下的一所偏远庄园，在那里读书，进行科学实验，一住就是8年。庄园生活虽然安静，但对于波义耳的科学活动毕竟有不便之处，他特别想念那些无形学院的朋友。

1654年波义耳迁居牛津，在牛津大学创立了一个实验室，开始从事系统的物理和 化学 的研究工作。 1659年，在读到 奥托·冯·格里克 （Otto von Guericke） 的报告后，波义耳在助手 罗伯特·胡克 （Robert Hooke）的协助下，开始设计改进 气泵 的构造，制造更加精密的抽气机，用它制做一系列关于空气压力和稀薄空气中的现象的实验。之后波义耳完成 “波义耳机器 ”（machina Boyleana）或 “ 气动 发动机 ”（Pneumatical Engine），开始一系列关于空气性质的实验，并创造“事实空气”（factitious airs）一词。波义耳在气泵方面的工作于 1660 年发表，标题为“New Experiments Physico-Mechanical， Touching the Spring of the Air， and its Effects”。

1660年完成了第一部科学巨著——《关于空气的重量及其表现的新的物理力学实验》， 波义耳在此书中描述近两年来进行的全部实验，并第一次批判 亚里士多德 的四元素理论、 勒内·笛卡尔 的“ 以太 ”和炼金术士的三本原。 同年，波义耳在小组的《哲学学报》上第一次发表了“关于如果将密闭空间中的空气抽去就会形成真空”的实验发现，论文的题目就是《经由新的物理学-力学实验把握空气的弹性和效应》，著名的“波义耳定律”和“ 真空泵 原理”就是出自于这一篇论文。

1660年，因政局趋于稳定，活动中心又迁回到伦敦。随着无形学院队伍的扩大，在1660年的一次集会上，波义耳宣布正式成立一个促进物理、数学实验知识的学院。不久，经国王 查理二世 批准，这学院变成以促进 自然科学 知识为宗旨的 伦敦皇家自然知识促进学会 。在 牛津大学 ，波义耳一直为无形学院的核心人物，正式成立一个促进实验科学的学术团体也为波义耳的主张。不过当英国皇家学会在伦敦成立时，波义耳身在牛津，所以没有成为该学会的第一批正式会员，但大家都公认波义耳为英国皇家学会的发起人之一，故而被任命为首属干事之一。

1662年，英国皇家学会成立，波义耳作为皇家学会的创始人之一，1663年波义耳被选为皇家学会会员。 此时的波义耳，名声盛极一时，他到处受到尊敬，被任命为 英国东印度公司 的经理。但是，波义耳并没有被荣誉所干扰，他没有放弃主要工作，还是一直在进行研究实验。

1663年他还第一次记载在肥皂泡和玻璃球中产生的彩色薄膜条纹。并且波义耳也观察到 静电感应 现象，指出 化学发光 现象是冷光等。他在实验过程中研制成 气压计 ，并于1662年一1663年引入“barometer”（气压计）这个名称。 1665年9月8日， 牛津大学 授予波义耳医学博士学位。 1666年，波义耳出版《形式与性质的起源》，此为波义耳关于上帝是否存在的讨论的演讲稿，其总结了 原子论 哲学要点。按照波义耳的遗嘱，供后来学者讨论。

在1660—1666年的6年时间里，他写了10本书，在《皇家学会学报》上发表了20篇论文。 1668年，波义耳得知他姐夫去世的消息后，决定从 牛津市 迁往伦敦，和他的姐姐莱涅拉夫人住在一起。到伦敦后，他又在他姐姐家的后院建造一所实验室，继续进行他的研究工作。 对于社交活动，他看得很淡漠，甚至有点厌恶。但波义耳却把自己的科学活动与 伦敦皇家自然知识促进学会 密切地联系起来，因而在英国皇家学会赢得很高的声誉，为科学界公认的领袖。

晚年经历

1670年7月，波义耳因劳累患上 中风 ，在第二年已相对康复，但使他遗留下双手颤抖的后遗症。 1673年，波义耳发表《使火焰固定并可称重的新实验》，波义耳在文中描述了一系列金属的煅烧实验，以及 硫 在真空中的燃烧过过程，发现在没有空气进人的情况下，带有硫黄的纸卷只冒烟不起火，一旦空气进入纸卷马上产生蓝色的火焰，波义耳边从中意识到空气对燃烧的必备条件。 1680年，波义耳出版了《气态发光体》一书，将磷的制取方法公之于众。

1680年，波义耳制取了 白磷 ，在很长一段时间内，人们称之为“波义耳磷”。 波义耳虽终身致力于科学研究，却是个有神论者，晚年曾设置波义耳讲座，专门反对 无神论 。 1680年，波义耳被选为皇家学会会长，但他因体弱多病，再加上讨厌 宣誓 仪式及社交活动等原因，拒绝就任。

1689年后波义耳的病情继续恶化，他退出一切社会活动，公开对不能接待的来访者进行道歉，结束与皇家学会的关系。闲居中，他打算整理思想和文章传给后人。 1691年12月23日，他的姐姐凯瑟琳去世，七天后波义耳在自己的庄园里逝世，享年64岁。死后被安葬在圣马丁教堂的墓地。 波义耳在遗言中说明将他的遗产一部分赠给他的哥哥 冈德·弗兰克 ，一部分用于资助科学研究，一部分用于传播 基督教 。在遗嘱中，他还不忘“祝愿皇家学会会员们在试图发现 雅威 作品真正本质的宏伟事业中取得成功，并祈求他们以及其他所有探索 自然科学 真理的人们，能够真诚地将取得的成就用于赞颂上帝和用于人类的安逸”。

研究成果

化学领域

正确地指出研究化学的目的

关于研究化学的目的问题，波义耳提出与以前的炼金术士、医药学家有本质不同的见解。他认为研究化学的目的不是醉心于炼金术和医药，而是在于认识物质的本性。为此就需要进行专门的实验，收集所观察到的事实，使化学从炼金术和医药学中解放出来，发展成为一门专为探索自然界本质的科学。他说：“化学，到目前为止，还被认为只在制造药品和工业品方面具有价值。但我们所说的化学，绝不为医学或药学的婢女，也不会甘当工艺和冶金的奴仆。 化学 本身作为自然科学中的一个独立部分，为探索宇宙奥秘的一个方面。化学，必须为真理而追求真理的化学。”波义耳不遗余力地宣传自己的此观点，促使人们逐渐认识到化学应该成为一门具有自然特性的、需要积极发展的科学。有明确的研究目的、范畴和方向后，使化学研究彻底地从炼金术、医药学、化工生产中解放出来，大大地推动化学科学的发展。波义耳自己也全身心地投入到化学研究的实验中，并获得很多重要的成果。

第一个科学元素定义

波义耳在通过许多事实的论证后，给元素下出一个比较科学的定义：“我指的元素应当为某些不同于任何其他物质所构成的原始的和简单的物质或完全纯净的物质，为具有一定确定的、实在的、可觉察到的实物，它们应为同一般 化学 方法不能再分解为更简单的某些实物。”此为世界上第一个科学的元素定义。因为波义耳给 化学元素 提出科学的定义，为人类研究物质的组成指明方向。

发展了古代的微粒说

波义耳于1666年在其《形式和质料的起源》一书中提出“微粒理论”。他认为，构成自然界的材料为细小致密、用物理方法不可分割的粒子；粒子结合成更大的粒子团，粒子团往往作为基本单位参加各种化学反应；粒子团的大小和形状决定物质的 物理性质 。他还给微粒说添加了所谓“物体中的变异原理”，认为如同各个字母一样，可以有各种不同的方式组合起来，每个组合体代表一个化学物质。自此，波义耳便把自然界的物质都看作为由微粒组成的，微粒之间的机械运动则导致物体的宏观运动以及物理性质的变化。与其他 化学 家相比，波义耳更多为以机械论的观点来解释化学现象，以严密的逻辑和必要的实验来检验自己的思想。波义耳根据气体的可压缩性和物质的溶解和挥发性，发展物质的微粒学说，并提出火的微粒说，认为金属煅烧后重量加重是由于金属和火微粒的结合。

物理领域

波义耳定律

波义耳定律是反映气体体积和 压强 之间的定量关系的一个定律， 波义耳根据实验，在1660年提出：一定质量的气体，在一定温度下，气体的体积与其所受的压强成反比。在一个容器里装有能够自由上下移动的 活塞 及一定质量的气体，活塞的质量及活塞与容器壁的摩擦不考虑。当活塞上加一块砝码时，容器里的气体是12单位体积；加两块砝码时，容器里的气体是6单位体积；加四块砝码时，容器里的气体是3单位体积。虽然这三次的压强与体积都不相同，但压强与体积的乘积却是一样的，即1×12=2×6=4×3=12（ 常数 ）。

若以V代表容器的体积，以P代表活塞上的 压强 ，则有表明体积与压强成反比，写成等式，为PV=K，是波义耳定律的数学表示式，式中K是常数。对同一种气体，当它的质量和温度一定时，从P1、V1变到P2、V2，因气体体积与压强的乘积是常数，因此有P1V1=P2V2，当P2=2P时，则V2=1/2V1。表明一定量的气体，在温度不变时，若压强成倍增加，其体积就成倍减小。这个关系如图1-2所示。图中AB是一条曲线，在此曲线上任意两点的温度都是 相等 的（等于T），因此叫 等温线 。从图中可以看出，在温度为T时，气体的体积随 压强 的增加而减小，随压强的减小而增加。如果改变温度时，P与V的乘积（PV）也要改变。这样，在不同的温度下作实验时，就可以得到一束曲线，如图1-3所示。图中曲线1、2、3表示在温度为T1、T2、T3时，所作出的曲线，都叫等温线。

真空泵

因为助手 罗伯特·胡克 给他添置的实验仪器和不断进行的实验使波义耳认识到了，空气是一种可称量的、可压缩的物质；人们把空气从一个密闭的小室中抽去，可以形成真空。因为“ 雅威 厌恶真空”，所以， 自然状态 下的物质将设法占据任何真空。这就是我们今天知道的 真空泵 原理，只不过它是用神学语言表达出来的罢了。在1660年，他在小组的《哲学学报》上第一次发表了他的实验发现，论文的题目就是《经由新的物理学-力学实验把握空气的弹性和效应》，著名的“波义耳定律”和“ 真空泵 原理”就是出自于这一篇论文。

石蕊试纸

波义耳和助手一起采集各种不同颜色的植物的花、叶，分别捣碎，放在酸、碱中试验，从而发现了大部分花草受酸或碱作用都能改变颜色，并观察到许多奇异的变色现象。其中，从 石蕊 地衣 中提取的紫色素对酸、碱的反应最有意思，因为这种色素和酸反应能变成红色，和碱作用能变成蓝色。为了方便，波义耳用石蕊的紫色液体浸泡吸水纸，然后晾干备用。事实证明，这种晾干的用石蕊浸泡的吸水纸，试验酸碱十分方便。后来，人们就把这种试纸称为“波义耳石蕊试纸”，简称“石蕊试纸”。 因为波义耳的偶然发现紫罗兰遇酸变红色、遇碱变蓝色， 酸碱指示剂 由此诞生。通常将能够利用本身的颜色改变来指示溶液pIH变化的一类物质称为酸碱指示剂（acid indicator），为了能够正确地确定酸碱滴定的终点，就需要选择一个在化学计量点附近变色的指示剂。

磷元素

波义耳根据“磷的重要成分，乃是人身上的某种东西”的观点，从动物尿中提取了磷。波义耳经进一步研究指出：磷只在空气存在时才发光，磷在空气中燃烧形成白烟，这种白烟很快和水发生作用，形成溶液呈酸性，这就是磷酸。把磷与 强碱 一起加热会得到某种气体（ 磷化氢 ），这种气体与空气接触就会燃烧并形成白烟，这是关于 磷元素 性质最早的介绍。

其他发现

人工呼吸维持动物体征

1667年，波义耳向 伦敦皇家自然知识促进学会 证明，通过人工呼吸的方式，能维持动物的生命体征。

黑墨发明

也是在试验酸碱这一类实验中，波义耳发现 盐麸木 水浸液和 铁盐 在一起会生成一种不生沉淀久不变色的黑色溶液，于是他发明了制取黑墨水的方法，这种墨水几乎用了一个世纪。波义耳在实验中发现，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”。波义耳的这一发现，为后人把硝酸银、 氯化银 、 溴化银 用于照相技术做了先导工作。

主要著作与论文

著作

论文

社会职务

人物评价

法国 科学家 布鲁诺·拉图尔 （Bruno Latour）曾评价波义耳：“波义耳的设备具有一个最大的优点，即在一系列构思巧妙的封闭空间和容器的帮助下，它们能够使观察者看到玻璃试管内部的情况，并允许人们引导甚至控制实验的发展。”

德国 哲学家马克思（Karl Marx）、恩格斯(Friedrich Engels）曾评价波义耳：“波义耳把 化学 确立为科学”。

人物关系

人物信仰

在 瑞士 的 日内瓦 生活、学习的两年期间，波义耳接受 约翰·加尔文 新教，成为 虔诚 的宗教徒，将科学研究视为宗教事业。去世后，还在遗嘱的附录中规定，将遗产的一部分作为传播 基督教 的“波义耳讲座”基金。波义耳虽然富有，但始终践行加尔文倡导的俭朴生活，不求奢华、不图虚荣，为了从事科学研究，不惜花费巨资建造实验室、购置实验设备和实验材料，以及组建科研团队。

后世纪念

波义耳科学卓越奖章

为纪念科学家波义耳，1899年设立的波义耳科学卓越奖章由皇家 都柏林 学会和《爱尔兰时报》联合颁发。

化学的父亲

为了纪念这位科学家，人们在他的墓碑上铭刻着“化学的父亲”，以缅怀他的功绩。

罗伯特·波义耳学校

罗伯特·博伊尔夏季学校于2012年启动，由 沃特福德理工学院 在利斯莫尔城堡的支持下组织，每年举行一次，以纪念罗伯特·波义耳。