罗伯特·胡克

罗伯特·胡克 FRS（Robert Hooke，1635年7月18日－1703年3月3日），英国自然哲学家、通才、发明家。在物理学研究方面，他提出了描述材料弹性的基本定律——胡克定律，且提出了万有引力的平方反比关系。在机械制造方面，他设计制造了真空泵、显微镜和望远镜，并将自己用显微镜观察所得写成《显微图谱》一书；“细胞”的英文：cell，即由他命名。中文翻译后即称为细胞。在新技术发明方面，他发明的很多设备至今仍然在使用。除去科学技术，胡克还在城市设计和建筑方面有着重要的贡献。但由于与牛顿的论争导致他去世后鲜为人知，近来对胡克的研究方逐渐兴起。胡克也因其兴趣广泛、贡献重要而被某些科学史家称为“伦敦的达芬奇”。

## 生平

### 早年生活

胡克于1635年生于英国怀特岛西端的弗雷什沃特，父亲约翰·胡克是当地英国国教派诸圣教堂的助理牧师。虎克有一个哥哥和两个姐姐，在手足间排名最小；他的身体虚弱，家人们原本都以为他不会活下来。

尽管虎克的父亲给了他一些英语、拉丁文法和神学方面的指导，但对他的教育基本受到忽略。胡克从小就表现出对机械制造和绘画的浓厚兴趣和创造力，画家约翰·霍斯金斯（John Hoskins）曾看过小胡克用他自己从煤炭，红土和白垩作出的颜料作画，认为他有绘画天赋。虎克也会为自己制作机械玩具。在目睹一座拆开的时钟后，他便用木头造了一个能够顺利运转的复制品。

1648年胡克父亲去世，在遗嘱中留给他40英镑（加上虎克祖母留下的另外10英镑）和父亲自己的藏书。年仅十三岁的虎克带着这些财物到伦敦谋生，成为肖像画家彼得·莱利的学徒。然而油画的气味让他无法适应，甚至加剧了他的头痛问题。

不久胡克离开画室进入西敏公学就读。校长理查德·巴斯比很看重他的天赋，让虎克住在他的家中，后来两人成了一辈子的朋友。胡克在西敏公学里学习了拉丁文、希腊文、几何和音乐等；据传他在一星期内便精通了欧几里德《几何原本》的前六册，并学会演奏管风琴。

### 牛津时期

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1653年，虎克进入牛津大学基督堂学院。演奏管风琴的能力加上唱诗班歌手的身份，使虎克得以免除学费并享有学院住宿；他并且透过担任学院侍从获取基本收入。尽管如此，他直到1658年才被正式列入学籍。虎克于1663年获文学硕士学位。

在牛津就学期间，虎克成为托马斯·威利斯的助理，威利斯同时也是牛津哲学社团的一员，牛津哲学社团即为皇家学会的前身。虎克由此和其他牛津的重要学者如约翰·威尔金斯、克里斯多弗·雷恩和塞斯·沃德等人相识。虎克自承在牛津的这段时日启发了他对科学一生的爱好。他在牛津的朋友们深刻影响了他后续的职业生涯，特别是雷恩。

威利斯也在这段期间内将虎克介绍给罗伯特·波义耳。1655年，波义耳应威尔金斯的邀请前往牛津建立实验室，胡克则成了波义耳的研究助手。当时波以耳正在从事气压相关的研究，并为此订做了一个仿造德国发明家奥托·冯·居里克所设计的气泵。然而原始的气泵设计实在过于笨重，虎克于是对此进行改良。两人用这台出自虎克之手的气泵进行了多次气体实验，并在1662年提出了波义耳定律。

波义耳和虎克也用气泵做了多次燃烧实验，并得出结论认为火仅是一种化学反应的现象，而非如亚里士多德所主张，是四元素之一。

两人合作期间，虎克也教导波义耳欧几里德的《几何原本》和笛卡儿的哲学。

### 皇家学会

皇家学会于1660年成立，并在1662年获得皇家特许状。1661年末，在皇家学会会长罗伯特·莫雷的提议和波义耳的推荐下，胡克就任皇家学会的实验负责人（Curator），负责维护实验仪器，验证和演示实验。亨利·罗宾森（Henry W. Robinson）曾在1935年任皇家学会图书馆员，根据他的说法，虎克每周在皇家学会进行的各种实验奠定了学会的传统：

如果没有他［虎克］每周的实验和丰硕的研究成果，学会几乎不可能生存，或至少会以完全不同的方式发展。毫不夸张地说，他在历史上是英国皇家学会的创始人。

虎克在1663年正式获选为皇家学会院士。然而虎克作为学会实验负责人的薪水却一直不稳定，直到约翰·卡特勒为了在格雷瑟姆学院设立一个机械（Mechanick）的讲师职位，于1664年起开始每年资助皇家学会50英镑。约翰·卡特勒这么做的原因是他很清楚皇家学会将会指定虎克担任此职务。虎克在1665年1月11日被任命为终身实验负责人，年薪80英镑，其中包括来自学会的30英镑和约翰·卡特勒的50英镑。

胡克也从1665年起开始担任格雷瑟姆学院的几何学教授。皇家学会秘书亨利·奥尔登伯格在1677年过世后，虎克短暂承担起学会秘书的职务，并在同年12月19日与尼希米·格鲁共同获任命为学会秘书。

### 晚年与身后

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虎克自幼便患有偏头痛、耳鸣和失眠。他也有脊椎畸形的毛病，其病征和舒尔曼病的症状相符。虎克试图以科学方法治疗这些病痛，他在自己身上尝试各种疗方，并详细在日记中纪录了使用的物质和效果。他时常服用卤砂、呕吐、泻药和鸦片类药物，这些物质也深刻影响了他的身心健康状况。

胡克终身未婚。

胡克在生命的最后一年里双目失明、卧床不起。他在1703年3月3日于伦敦离世，终年67岁。

虎克过世后，在他格雷瑟姆学院的房间中发现一个铁箱，其中藏有近八千英镑的积蓄和价值约三百英镑的贵金属。胡克去世后，葬于圣海伦主教门教堂（St.Helen's, Bishopsgate），具体墓地已无法知晓。

### 外貌、个性与私生活

#### 外貌与肖像

胡克没有留下任何肖像。

然而历史学家Felicity Henderson指出，没有明确证据显示皇家学会拥有胡克的肖像，胡克死后两年出版的传记中也没有他的肖像。因此Henderson认为皇家学会本来就没有胡克的肖像，胡克肖像的缺乏和牛顿没有任何关系。

虎克的同代人约翰·奥布里如此描述他的外表：

他［虎克］的身材中等，略显驼背，脸色苍白，脸的下半部比较小，但头部却很大，眼睛圆而凸出，而且不太灵动；他的眼睛是灰色的。他有一头柔顺的棕色卷发。他在饮食方面一直都很节制。

虎克最早的传记作者，理查·沃勒在1705年出版的《罗伯特·虎克的遗作》中描述虎克晚年的外表：

至于他的外貌，实在称不上讨喜，他的驼背很严重，尽管我从他和别人的口中听说，他的背在16岁之前都还是直的，直到常常练习使用车床后才开始变得歪斜。他的脸色一直都很苍白，身形瘦削，晚年更是瘦骨嶙峋，面容憔悴。他的眼睛灰而凸出，年轻时目光敏锐；鼻子较细，大小适中；嘴巴不算宽，上唇较薄；下巴尖，前额很大，头部大小中等。他没戴假发，深棕色的头发长而随意地垂落在脸上，未经修剪，平直而稀疏……

## 主要贡献

### 显微镜

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1664年胡克根据英国皇家学会一院士的资料设计了一台复杂的复合显微镜。他使用复式显微镜研究昆虫，观察到了昆虫的复眼。1665年，有一次他从树皮切了一片软木薄片，并放到自己发明的显微镜观察。他观察到了植物细胞（已死亡），并且觉得他们的形状类似教士们所住的单人房间，所以他使用单人房间的cell一词命名植物细胞为cellua。是为史上第一次成功观察细胞壁。

同年胡克出版了《微物图志》一书，该书包括了一些他使用显微镜或望远镜进行的观察，包括上述的软木切片。胡克所用的显微镜至今仍然保存在国家卫生与医学博物馆中。荷兰工匠雷文霍克受《微物图志》一书启发，对胡克的显微镜镜片进行了改进，对微生物进行了细致的观察，被称为微生物学之父。胡克随后被皇家学会要求确证雷文霍克的发现并予以发表。

### 天文学与望远镜

1663年苏格兰天文学家格里高利设计了格里高利望远镜，但在制造时失败了。10年后胡克利用自己高超的机械设计技术成功建设了第一个这种反射望远镜，并使用这一望远镜首次观测到火星的旋转和木星大红斑，月球上的环形山和双星系统。

### 机械与胡克定律

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胡克对当时的机械进行了很多改造，并发明了很多新装置。他发明了锚形擒纵机，也发明了摆轮游丝，通过这一装置，可以按周期控制发条宽紧，至今仍是钟表制作中的关键部件。他也因为这一装置的优先权问题和荷兰物理学家惠更斯产生了长期的争论，直到2006年在英国汉普顿郡一家人的保险柜

中发现了胡克的关于皇家学会会议的记录，提供了对胡克有利的证据。他第一个制造出了万向接头，有时候被叫做胡克接头，可以允许刚性杆向任意方向运动，现在仍广泛应用于车辆的传动装置中。虽然意大利数学家卡尔达诺一世纪前就提出了万能接头的想法，但是没有制造出。还有风向仪，水平仪等装置的发明权也常常归功于他。

#### 虎克定律

1676年胡克对金属器件，特别是弹簧的弹性进行研究后，发表了一条拉丁语字谜，ceiiinosssttuv。（这是当时惯例，如果还不能确认自己的发现，则先把发现打乱字母顺序发表，确认后再恢复正常顺序。）两年后公布了谜底ut tensio sic vis，意思是“力如伸长（那样变化）”即应力与伸长量成正比的胡克定律。

### 建筑

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1666年9月伦敦大火，大部分伦敦建筑被毁。查理二世命令克里斯多佛·雷恩爵士负责城市建筑重建，雷恩提名胡克负责受灾情况的调查和统计。在随后的重建过程中，胡克负责了近一半的调查，测量和调解地产纠纷的工作，并协助设计了伦敦大火纪念碑，格林威治天文台等建筑。胡克曾在皇家学会提出一个重建方案:主张将伦敦的道路改建成类似香榭里舍大街的宽敞的林荫道风格，但由于地产所有人对划界问题争论不休，使得这一方案未能实行，于是重建后的伦敦仍保持了中世纪的道路风格。但后来新兴的利物浦和很多美国城市都使用了胡克提倡的风格。

## 与同时代人物的关系

### 牛顿

胡克和牛顿的关系问题一直充满了争论。一般认为，两人彼此存在较大的敌意。

#### 光学争议

两人的争端起源于光学。1671年末，牛顿将自己的反射型望远镜设计寄至皇家学会，并获选为皇家学会院士。牛顿在隔年初向皇家学会提交一份光学论文阐述自己的光线与色彩理论。他认为白光经过棱镜产生色散，会分成红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫共七种颜色的原始色光。牛顿并且暗示光的本质为实体物质。

牛顿的论文受到学会成员的普遍赞赏。与此同时，学会要求塞斯·沃德、波以耳和虎克提供对此文的评论报告。前两位并未特别作出评论，虎克则在短短一周后便提交了报告。在学会会议上朗读虎克措辞尖锐的报告后，学会成员决议将虎克的文章延后印刷，“以免如此突然地印刷一篇对他［牛顿］的论文之反驳，会使牛顿先生将其视为冒犯，毕竟这篇论文几天前才在学会获得如此广泛的赞赏。”

虎克当时已是著名的学者，他的光学理念却与牛顿多所冲突。首先，虎克主张光线由波传播，此与牛顿主张之光线为实体物质不合。第二，虎克早在1665年的《微物图志》中便主张所有光线皆可由两种颜色的色光组成，亦与牛顿的色散理论冲突。第三，虎克认为颜色不过是光线在折射过程中受到扰动而产生的现象，牛顿则明确指出颜色是光线的固有属性。

牛顿阅读虎克的评论后，在给皇家学会秘书亨利·奥尔登伯格的信件中称他很“高兴如此尖刻的反对者没有提出可以削弱［牛顿的论文］其中任何一部分的言论”，并声称自己很快就会提供针对虎克评论的答复。然而除了虎克以外，其他学者如罗伯特·莫雷、伊格纳斯-加斯顿·帕迪斯等也纷纷对牛顿的理论提出疑问，使得牛顿拖延数个月才对虎克做出回应。

在针对虎克的回应中，牛顿解释了如何统整虎克的波动理论和自己提出的色彩理论：牛顿强调，他仅要表达光线随着颜色不同而有无限种变化和折射率，并没有断定光线本质是波还是物质。尽管如此，他批评虎克的波动理论“不仅不够充分，在某些面向上也难以理解。”

与此同时，克里斯蒂安·惠更斯也透过通信向牛顿提出质疑，后者由此体认到当时欧洲最负盛名的几位学者都不愿全盘接受他的理论。种种来自学界的压力使得牛顿一度向皇家学会秘书请求退出学会。最后他并未退出学会，但是获准无须出席每周在伦敦举办的皇家学会例行会议。

自此之后的将近一年半，牛顿都未再与皇家学会秘书联络。直到他于1674年造访伦敦并出席皇家学会例行会议时，他才得知虎克已经接纳他的色彩理论，认同光线根据波动脉冲（pulse）的大小而有不同色彩。

此后牛顿开始更积极地和学会通信。彼时其他学者对他的光学理论发起又一波攻击，牛顿因此向皇家学会提交了自己几年前写就的光学论述，虎克却在学会会议上宣称牛顿的成果“都包含在他［虎克］的《微物图志》中，牛顿先生只不过是在某些特定主题上研究得更深入了点”。牛顿在三周后对此作出反驳，虎克随后致信牛顿并释出善意。

虎克在信中暗示此前两人间种种不愉快都是因为有心人（例如皇家学会秘书奥尔登伯格）从中搅和，并提出私下通信的请求。牛顿同样礼貌地回了信，在信中承认笛卡儿和虎克对他的影响，但依然坚持自己的研究成果绝大部分皆出自他本人。这封信中出现了时常受引用的名言：“如果我看得远一些，那是因为我站在了巨人的肩膀上。”句中“巨人”指的就是笛卡儿和虎克。

至此，两人的光学争论告一段落。尽管虎克与牛顿在光学上的争端较小，两人后续关于力学的争论最终促使牛顿将已完成的著作《光学（书籍）》延迟到胡克过世后才出版。《光学（书籍）》出版后，奠定了光微粒说的统治地位，直到一百多年以后的菲涅耳等人才重新改良光波动说，并使光波动说成为学界的主流理论。

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#### 力学争议

1674至1679年间两人曾通信讨论物体的圆周运动问题，胡克给牛顿写信，说明了他从1660年以后就有的平方反比定律（见万有引力定律）的思想，但是他无法从中推导出开普勒的行星运动定律。1684年1月胡克在和爱德蒙·哈雷及雷恩的谈话中声称他已经完成推导，但是哈雷和雷恩并不相信，哈雷随后告诉了牛顿。牛顿则表示在他已经完成的《自然哲学的数学原理》中有推导，哈雷随后促成此书出版，这件事使得胡克十分怀疑牛顿剽窃了他的成果，并从此不愿意公开自己的任何发现。牛顿也因此删去了手稿中所有引用胡克工作的声明。

### 惠更斯

胡克大约在1658年左右，他对计时器产生了兴趣，当时伽利略已经发明了摆钟，但是这样附有摆锤的钟携带起来并不方便，因此，胡克想用弹簧来代替摆锤，利用弹簧的振动来计时，他的构想得到几位有威望的科学家的支持，也申请到专利，却不知为何没有进行下去。1674年，惠更斯用螺旋弹簧制成了一个钟，胡克一听到这个消息，又急又气，担心自己的发明权被惠更斯抢去了，马上找了专门作时钟的师傅汤平合作制成了一台弹簧钟，上面刻上‘劳勃·胡克发明于1658年，托马斯汤平制作于1675年’，并且马上公开展示。之后，胡克对弹簧的性质作了周密的研究，进行了很多实验，得到一条重要的结论，1676年，他用字谜的方式把这个结果公布在他的一本书中，这个字谜就是：ceiiinosssttuv。二年后，胡克正式发表了《论弹性的势》这本书，在书中论述了弹性和力的关系，并公布了字谜解答：弹性与力成正比(ut tensio sic vis)。

## 基本资料

- 日语原文：罗伯特·胡克、Robert Hooke
- 出生日期：格里历1635年
- 出生地：英国怀特岛郡弗雷什沃特
- 逝世日期：格里历1703年（67岁）
- 逝世地：英国伦敦
- 研究领域：物理学和生物学
- 机构：牛津大学、FRS
- 母校：牛津基督教堂学院
- academic_advisors：约翰·威尔金斯、罗伯特·波义耳
- 知名于：胡克定律、显微镜学、提出“细胞”一词
- 受影响自：理查德·巴斯比