第一位現代化學家：波義耳

蕭如珀、楊信男/譯

譯自APS News, 2016年12月

原標題：《1691 年12 月31日：波義耳辭世》

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的不同自然哲學家團體結合在一起，他們熱中於探討培根(F. Bacon)所倡議的「新科學」。波義耳(R. Boyle)是發起人之一，常被稱為第一位現代化學家。然而他最著名的工作是闡述了絕對壓力和氣體體積之間關係的物理定律。

波義耳

1627 年，波義耳出生於愛爾蘭，家中共有14 個小孩，父親是愛爾蘭科克的伯爵，也是富有的地主。年幼時波義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，波義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薩，這次出行讓這位早熟的14 歲青年接觸到伽利略的研究，而正當他在佛羅倫薩時伽利略病逝了。波義耳回到英格蘭，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。

波義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。那時他也在住所建造了一個實驗室，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。他大多花時間在牛津或倫敦，加入一群有共同興趣的自然哲學家，他們稱自己是「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的皇家學院。

1650 年，全歐洲的科學家都因德國科學家格里凱(O. 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，格里凱利用兩組各有8 匹馬的馬隊，每個半球各系一隊，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。

波義耳對此報導深感興趣，所以開始和他當時的助理胡克(R. Hooke)建造他自己的「氣動引擎」，胡克擅長操作儀器的天賦對於設計笨拙的裝置並使之運轉很有幫助。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。

Photo:Wikimedia commons

波義耳的「氣動引擎」中空氣泵和相關儀器的版畫

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(F.Linus)。那個時代許多科學家都不相信真空的存在，他們認為波義耳所觀察到的一定是源自於之前所不知道的力。波義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，對林納斯的批評響應中提到我們現在所說的波義耳定律(雖然它最先是包爾(H. Power)於1661 年所提出的)：氣體的體積和氣體的壓力成反比。

有了最初的成功之後，波義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慮》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。波義耳還寫了幾本醫學論述的書，進行結晶體、電、顏色、流體靜力學和冷凍水擴張的實驗。

波義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。

儘管波義耳幫助開啟了現代科學的新時代，但從他年輕時旅遊歐洲見證了一場特別震撼的大雷雨後，就有了神秘的傾向。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，身體一向虛弱的波義耳健康急速走下坡，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(K. Jones, Lady Ranelagh)居住的倫敦家中接見。蘭妮拉夫人高度分享了波義耳對科學的興趣，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。他捐出波義耳演講集，在他死後繼續對科學作出了貢獻。

(本文轉載自台灣大學科學教育發展中心「CASE 讀報科學」，網址http://case.htu.edu.tw/blog/?cat=3145)

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