发布时间 : 星期四 文章自然辩证法课程教学案例 - 图文更新完毕开始阅读
引著作，p．290；Works，ed．1772，V01．I，p．86)。利乔卢斯已经估算出它为1：10，000；伽利略计算出它为1：400。
玻义耳在他的实验17中已经注意到，管子中的水银柱随着抽气机的一次次抽气在下降，直到它与外部的水银接近齐高。因此，他希望“从管中水银在第一次抽气时的下降中就得到这种好处；即我由此应当能够对空气(根据它的各种状态即密度和稀疏程度)压力和水银重力之间的力比得出一个比迄今为止都更加精确的揣测”(上引著作，p．115；Works，ed．1772，V01．I，p．35)。接受器和玻璃管的容量都可以确定，但是有“一些困难，就是要求比我已有的更为高深的数学技巧”(上引著作，p．117；Works，ed．1772，V01． I，p．36)，玻义耳只是提示了有可能做出一个有价值的发现。但是应当看到他至少早在1659年12月即他的书付印时就已经做出这个提示。
1661年，弗朗西斯库斯·莱纳斯在他的《论物体的不可分离性》(De corporum inseparabilitate)中攻击玻义耳在1660年的《新实验》(New Experiments)中所表述的观点。莱纳斯虽然承认空气兼有“弹性”和重量，但他争辩说，空气的“弹性”尚未大到足以维持托里拆利实验中的水银柱。他建议改用一种“精索”来解释诸如此类真空实验中的现象，这种“精索”是一种极为纤细的物质，当被强迫扩张时，它极力吸引一切邻近的物体。按照莱纳斯的意见，这精索才是托里拆利管手中水银的真正支持者，当用手指堵住这种管子的顶端时，会感觉到它产生的牵拉力。
玻义耳在他的书的第二版中，批评这种理论“除了毫无用处之外，还相当地靠不住、相当地晦涩以及相当地不充分”。这个新版的书名取为《关于空气弹性的新的物理一力学实验，增补了对作者反驳弗朗西斯库斯·莱纳斯和托马斯·霍布斯的实验的解释的辩护》(New Experimentst'hysico-31echanicall，Touching the Spring of the Air，Whereunto is added A Defence of the Author's Explication of the Experiments Against the Objections of Franciscus Linus and Thomas Hobbes)(牛津，1662；Works，ed．1772，V01．1)。正是在这本《辩护》中，玻义耳首次发表了那个后来称为“玻义耳定律”的假说。
在着手描述玻义耳对这条定律的推导之前，有必要先评述一下这个思想的历史。玻义耳自己曾指出，理查德·汤利由于读了第一版《新实验》，很可能特别
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是读了实验17而提出“认为压力和膨胀成反比”的假设。玻义耳还指出，当他首次把这个想法告诉某人 (从这上下文和其他证据来看，肯定是胡克)时，后者曾告诉玻义耳，他在1660年已经做过稀疏化的实验，结果与这个假说一致。玻义耳还说，布龙克尔勋爵大约在同一时候也曾做过类似实验。1665年，胡克在他的《显微术》(pp．222—7)中发表了对他实验的说明，他的结论是：他所做的或者在玻义耳告诉他汤利假说以后重复做的那些实验证明，“空气的弹力和它的膨胀成反比，或者至少非常接近于成反比”。皇家学会的记录本表明：在1661年9月11日举行的一次皇家学会会议上，玻义耳就他对这个假说作的实验验证做过说明。
玻义耳对他的实验描述如下：“我们然后取一根长长的玻璃管，借助一盏灯用手灵巧地把它的下端弯成钩形，它向上弯起的部分几乎和管子的其余部分平行，这个虹吸管(假如我可以这样称呼这整个仪器)的这个短肢的注口密封住，管上妥当地粘上一条直纸条，把管子全长一英寸一格地划分(每一格再分成8个分格)，然后把水银注入虹吸管的拱形部分即弯曲部分，直到一个肢中的水银面达到刻度纸的底端，恰好与另一肢中的水银处于同样高度或者说同样的水平线上。我们常常仔细地把管子倾斜，使得空气能够自由地从一支经过水银旁边而进入另一肢(噢，我们得小心行事)，并使得包含在短肢中的空气最后和附近的其余空气有同样的琉松程度。这样做好以后，我们便开始把水银灌入虹吸管的长肢，而这水银的重量压在短肢中的水银上，从而逐渐地使得其中包含的空气变得紧密起来；如此继续不断地灌入水银，直到短肢中的空气由于凝聚而缩减到只占居它原来所占有(我说的是占有，而不是充满)的空间之一半；我们集中注意玻璃管的长肢，它上面也贴着仔细分成一英寸一格和分格的纸条，我们高兴而满意地看到，管子长肢中的水银比另一支高29英寸。既然这个观察与我们的假说非常一致而又证实了它，因此他将很容易认识到我们所教导的并为巴斯卡先生和我们的英国朋友的实验所证明了的事实：压在空气上的重量越重；空气的膨胀力以至它的抵抗力就越大(如同其他弹簧一样，弯曲它的重物越重，它的弹力也越大)。因为，有鉴于此，看来同这假说极为一致的是，根据这个事实，处于这种密度并具有压在上面的大气的重量使之达到的相应大小的抵抗力的空气，能够，抗衡和抵抗高约29英寸的水银柱的压力，正如托里拆利实验所告诉我们的那样：在这里；同
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样的空气当其密度大约增大到原来的二倍时，也将得到两倍于原来的弹力。从压在29英寸水银上的空气能支持或者抵抗长肢中的29，英寸水银柱以及大气柱重量两者可以看出，而且也可以从托里拆利实验推知，这空气和它们两者相等”(Defence，pp．58，59；Works，ed．1772，V01．工，pp．156，157)。 进行这些实验的管：子破碎后，玻义耳又弄来了一根形状相同但更长的管子。实际上它是如此之长，以致无法在一个房间里使用它，而必须用绳子把它挂到楼梯上。一个人站在楼梯上，在另一个站在楼梯脚下的人指导下灌入水银，后者观察空气的收缩。这样就取得了大量数据，玻义耳把他的结果列成表，如这里所附的“空气凝聚表”(取自Defence，p．60；Works，ed．1772，I，p．158)所示。可以看到(见D和E两列)，玻义耳把实验得到的结果和根据“压力与膨胀成反比这个假说”计算得到的结果作了比较；还可看出这压力的范围从1到4个大气压。在预期的实验误差允许的限度内，观察值和计算值非常一致。
在进一步做的一系列实验中，玻义耳对低于大气压的气压检验了这个假设。他取一根两端开口的细玻璃管，其上贴有“一张纸条，分成一英寸一格，每一格再分成八个分格”。然后，他把这管子插入水银中，直到只露出一格在外面，再用熔融的封蜡把这一格堵住。让管子冷却，再逐渐把它从水银中升起，同时记下它处于各个位置时空气柱的长度和水银柱的高度，直到空气柱膨胀到32英寸。一根“托里拆利”玻璃管表明；实验时气压高度是2934英寸。将这些实验值同根据那个“假说”计算得到的值作比较，发现和它们相当一致。玻义耳把他的结果列成表，如边码第242页上的表(取自Defence，p．64；Works，ed．1772，I，p．160)所示。
现在可以回到胡克在他的《显微术》中所描述的工作。看来胡克在1660年已作过类似有关空气稀疏的实验，测出了一个空气柱从30英寸水银柱大气压膨胀到3英寸时的压强。他没有用这些结果去检验什么假说，因为他当时不知道汤利的想法。在获悉了汤利的假说之后，他遂于1661年8月2日重做了这些实验，而且另外还用一个与玻义耳类似的装置做了一些高于大气压的实验，一直做到2个大气压。他的结果在实验误差允许的限度内和假说相一致，而且如上所述，他得出了结论：“空气的弹性和它的广延成反比，或者至少近似地如此。”但是，可以公正地认为这个发现是玻义耳做出的(尽管他直到那年9月11日才向皇家学会报告他的结果)，因为是他把汤利的假说告诉胡克，而胡克可能是利用玻义耳的装置进
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行研究的。在当时对各种气体没有任何真正知识的情况下，玻义耳和胡克都没有认识到这个发现的重要性。然而，人们以之命名这种概括的“玻义耳定律”这个名称是名符其实的。
空气凝聚表
A 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 28 26 24 23 22 21 20 19 A 12 111 2B 00 0102040607101215C D 293031E 2933312 169 1615 162 166 1612 161 7AA.短肢中的同一些空气在扩展程度不同时，所占相等分格的数目。 7 1613 166 163 1614 162 168 161 1611 101 233358 166 163310 91 235 3615 197 8B.把空气压缩成这样大小时，长肢中水银柱的高度。 37 395 1610 163 161 165 165 1613 165 161 161 169 81 238而得的和 41441841432 1711 163 58 71 2C.和大气压抗衡时，这水银柱的高度。 1721252932343715 163 163 1611 163 1615 1615 1629475054586164674661 2加上7 50 5310 132 86 5553 41 21 4586063D.表示所含空气所支持的压强的最后两列B和C之组合。 18 236 114 7665 43 4419 16707411 162 1670 7311 1945 20