波义耳定律——人类历史上第一个被发现的“定律

在排气泵容器中气压计水银柱下降；在真空中虹吸作用失效；压力降低时沸点降低在抽成真空的容器中动物（蜜蜂、鼠、鳝鱼等）不能维持生命，钟表不能传出嘀嗒声等等。这些在今天看来是非常普遍的常识，但在17世纪时却很新鲜。这些都被英国科学家罗伯特•波义耳实验所证明。

英国科学家罗伯特•波义耳堪称17世纪实验哲学的先驱人物。他出生于一个骑士家庭，与他的父亲和哥哥们的骁勇善战、射箭神准等特征不同的是，波义耳从小就是体弱多病、身材瘦小，一副不堪造就的样子，但他从小就有个特点：为了做好一件事，能够一个人静静地坐好久。

英国科学家罗伯特•波义耳

波义耳生活在英国资产阶级革命时期，也是近代科学开始出现的时代，这是一个巨人辈出的时代。而在他科学生涯的早期，气体物理学是科学界颇为热门的研究方向。

气体实验仪器

当时法国科学家根据实验得出“空气没有弹性”的结论，波义耳宣称法国科学家的实验不能说明任何问题。他指出，活塞之所以不能全部弹回来，是因为他们使用的活塞太紧。有人反驳道，如果活塞稍松，四周就会漏气，影响实验。罗伯特·波义耳许诺要制造一个松紧适中的绝好活塞，证明上述实验是错误的。

1659年，他了解到盖利克的神奇的抽气泵之后，决心设计出更好的抽气机。他与年轻的助手胡克制造出了精密的抽气机。这个装置的精妙之处便在于它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。空气泵现在看起来似乎貌不惊人，但在当时造价却极其昂贵，全世界也不过只有4台。

波义耳定律

因为波义耳的泵大部分是按照他自己的想法所设计，并由罗伯特•虎克负责建造，整台机器非常复杂。尽管有不足，他用这种抽气机做了一系列关于空气压力和稀薄空气中的现象的实验，并于1660年出版了《关于空气弹性及其效应的物理、力学新实验》一书。在书中，详细阐述了他所进行43个实验，说明了空气在不同现象中的效果，试验了抽空空气时的氧化、磁场、声音及气压特性，检验了在不同物质上增加气压的效果。

在这本书中，波义耳提出了对气体“弹性”的两种可能解释。一种认为把气体微粒看成是许多细小弹性游丝；另一种认为微粒在热的扰动下不断作旋涡运动，由这种运动引起弹性。但书出版后却得到荷兰的以研究科学为名的教会神父利努斯的攻击。

利努斯不相信关于存在真空的说法，他认为空气的重量和弹性不能够大到足以承受托里拆利管中的29英寸水银柱的重量，并与之均衡。他说气压表中的水银柱是由某种特殊的无形的线悬挂住的，这无形的线就在管子的上端。他甚至要求在将玻璃管理上端封口时用手摸一摸，企图找出这根无形的线。

为了反驳这一无端的批评，波义耳发表了《关于空气的弹力和重量学说的答辩》，并决定重新做实验。从这个意义上来说，还得感谢这位利努斯神父，如果没有这一荒谬的批评，波义耳也许永远不会发现以他的名字命名的定律。

波义耳把一根长玻璃管弯成二臂和短不等的U形管（虹吸管），把短的一臂上端封住，附上标尺，然后把水银一点一点灌入管内，使水银在玻璃管两边相等，记下刻度。再灌进水银肝至封闭的一边的空气食糖压缩到原来的一半，波义耳发现此时管子长臂中的水银比另一臂高出29英寸。这说明“当空气的密度啬到约为原来的两倍时，它的弹性也增加两倍”。

但这根玻璃管偶然被打碎了，波义耳又重新作了一根更长的管子，约有8英尺高。由于在室内用太长了，因此只能在二层楼的楼梯里用绳子吊起来作实验。他使密封空气的压力在1-英寸到117-英寸高银柱之间变化，从一个极端到另一个极端做了40多次实验，每一次都把观察值与按设想“温度一定时，压力与膨胀成反比的假设”应得的值作比较，发现两者非常相符合，从而得到了历史上除运动现象之外的又一个度量的自然规律。

1666年，波义耳发表了《流体静力学佯谬》一文，有力地驳斥了那种轻的流体不能对重的流体施加压力的传统偏见，得出了气体的体积与压强成反比的关系，这正就是波义耳气体定律的最初发表形式，它为分子运动论的发展开辟了道路。

借助空气泵实验，波义耳提出了人类历史上第一个被发现的“定律”——“波义耳定律”。当他向堵住的空气施加双倍的压力时，空气的体积就会减半；施加3倍的压力时，体积就会变成原来的1/3。

波义耳据此实验结果在1662年提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压力和体积成反比关系。”这是第一个描述气体运动的定律，为气体的量化研究和化学分析奠定了基础。这个定律的伟大不是在怎么计算、怎么运用，这个定律的永垂不朽，是因为：这是人类历史上第一个被发现的『定律』，证明宇宙里是有不改变的律。

一个世纪以后，法国人查理和盖一吕萨克建立了更全面的定量规律。

实验表明，一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比。

这个结论是英国科学家波义耳（1627-1691）和法国科学家马略特（1620-1684）各自通过实验发现的，叫做波义耳定律。这些实验都在他出版的《新机械物理实验——感受空气的活力及其效用（由新气压泵所完成的大部分实验）》一书中作了详细的描述。