赛先生 | 仪器中的暴动：胡克与实验哲学的肉身实践

当显微镜首次揭示“细胞”的囚笼，当空气泵抽空古典宇宙的充盈，当弹簧低语着力与形变的契约——罗伯特·胡克（Robert Hooke）的身影，便如一道倔强的刻痕，深嵌在科学革命的基座之上。这位出身贫寒的“实验总监”，以绘图笔为刃，劈开了纯然思辨的铁幕，让仪器的寒光与匠人的汗水，涌入哲学的圣殿。

从怀特岛的懵懂少年到伦敦大火后的城市测绘师，从威斯敏斯特的自学奇才到皇家学会的“实验引擎”——胡克以野性的求知欲，编织出包罗万象的认知之网：他驯服显微镜，其《显微图谱》震撼欧洲；他改进望远镜，设计万向节；他解剖、观星、收集化石，在弹簧的伸缩间发现定律。

他是波义耳的机械臂膀，是雷恩重建伦敦的精密搭档。然而，这位“科学革命中最具创造力的思想家之一”，亦是史上著名的“被抹除者”。他深陷与牛顿的宿怨，其名被胜利者的橡皮擦无情擦去；他终身未婚，墓碑朴素，与其贡献的辉煌形成刺目反差。

胡克是仪器中的暴动者。在他手中，科学不再是玄思，而是螺丝的啮合、透镜的聚焦。当“胡克定律”仍在回响，“细胞”一词仍在生辉——我们回望这位被遗忘的星辰，铭记他为真理一寸寸开凿通道的肉身实践：科学史的荣光，不该仅是胜利者的独白，更是所有探索者共同谱写的、带着汗渍与铁屑的壮阔史诗。

7月18日是胡克诞辰390周年，谨以此文敬献科学先驱。

丽塔·格里尔（Rita Greer）创作的胡克构想肖像（目前并没有胡克的肖像流传下来）

1635年7月18日，胡克出生于英国怀特岛（Isle of Wight）西端岬角的清水村（Freshwater）的一个贫困家庭。由于势利和偏见，这个事实将成为他整个科学生涯的障碍。

大约在胡克十岁时，他的父亲生病了，这导致胡克只能以他自己感兴趣的、高度实用的方式自学。胡克不仅在科学方面展现出天赋，在绘画方面也表现出才能。当时有一位肖像画家约翰·霍斯金斯（John Hoskyns）在弗雷什沃特（Freshwater）工作，胡克经常观看他作画。很快，他就开始模仿霍斯金斯使用钢笔和粉笔的方式，并临摹霍斯金斯的肖像画。他的才华显而易见。1648年父亲去世后，胡克的家人认为绘画是他谋生的最佳途径。父亲留给他40英镑和他父亲所有的藏书。家人将他送到伦敦，成为肖像画家彼得·莱利（Peter Lely）的学徒。

莱利曾在荷兰的哈勒姆（Haarlem）学习，大约在胡克被送去当学徒的五年前在伦敦自立门户。莱利因给查理一世（Charles I）和约克公爵詹姆斯（James, Duke of York）绘制肖像而迅速成名。受凡·戴克（Van Dyck）影响，他成为英格兰技艺最精湛的画家，胡克本可以向这样一位顶尖专家学到很多东西。然而，他很快认定在莱利门下学习是浪费金钱，并决定自己真正需要的是学校教育。胡克进入了威斯敏斯特公学（Westminster School），寄宿在校长理查德·巴斯比（Richard Busby）家中。胡克确实很幸运，受到了巴斯比的影响。巴斯比是一位杰出的教师，他很快意识到自己收了一位相当非凡的学生。胡克在入学第一周就掌握了欧几里得《几何原本》（Elements）的前六卷，但巴斯比似乎明白正规教育对胡克并非最佳选择，因此鼓励他在自己的图书馆里自学。

在威斯敏斯特，胡克学习了拉丁语和希腊语。虽然他很喜欢说拉丁语，但与他同时代的人不同，他从未用拉丁语写作。他迅速掌握的几何学知识很快被应用到他真正热爱的力学上，并开始发明可能的飞行器。音乐是他的另一项兴趣，他学会了演奏管风琴。1653年，胡克感觉自己已经吸收了威斯敏斯特公学所能提供的全部知识，于是进入了牛津大学的基督教堂学院（Christ Church, Oxford），并赢得了一个唱诗班成员的位置。他在牛津开始学习时正值一个特别重要的时期，因为托马斯·威利斯（Thomas Willis）、塞思·沃德（Seth Ward）、罗伯特·波义耳（Robert Boyle）、约翰·威尔金斯（John Wilkins）、约翰·沃利斯（John Wallis）、克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren）和威廉·配第（William Petty）等人正作为“无形学院”（invisible college）或“哲学学院”（philosophical college）的“牛津分支”定期聚会。这个团体是1648到1649年一些在伦敦聚会的科学家搬到牛津后成立的。

在牛津，胡克向塞思·沃德学习天文学，同时他的力学知识给约翰·威尔金斯留下了深刻印象。威尔金斯送给他一本自己写的书《数学魔术:通过机械几何学可能实现的奇迹》（Mathematical Magick: the wonders that may be performed by mechanical geometry）。这本书在胡克到达牛津五年前出版。这本书鼓励胡克继续尝试发明飞行器，他在瓦德汉学院（Wadham College）的场地上用滑轮进行了实验。有一段时间，胡克协助威利斯进行解剖实验。他与当时顶尖的英格兰科学家交往，通过掌握广泛的学科技能而受益匪浅。胡克从未获得学士学位，但牛津给予他的东西，远超过一千个学位所能匹配的。

波义耳当时正在寻找助手，威利斯向他推荐了胡克。从1655年起，胡克受雇于波义耳，他的第一个项目是建造一台空气泵。波义耳的主要兴趣领域在化学方面，但他读过冯·格里克（von Guericke）借助空气泵进行的实验报告。了解到胡克在机械仪器方面的技能后，波义耳询问他是否能造一台。格里托里克斯（Greatorix）曾制造过一台比冯·格里克使用的更好的空气泵，但胡克认为自己可以改进其设计。他确实做到了，胡克设计并建造了本质上是现代空气泵的设备。

胡克为波义耳建造的空气泵，1660年

然而，支持胡克研究的并非科学本身，而是他在伦敦作为建筑师和测量师（surveyor）的丰厚收入。这些活动的收入，特别是在1666年伦敦大火（Great Fire of London）之后的大规模重建工作中获得的收入，使胡克获得了追求科学事业的财务自由。1675年，胡克参与了在格林威治（Greenwich）为新天文台选址的过程，并与克里斯托弗·雷恩（Christopher Wren,）共同深度参与了设计阶段的工作，是该过程中不可或缺的核心人物。胡克最终监督了这座建筑的漫长建造过程。胡克和雷恩此前已在新圣保罗大教堂（St. Paul's Cathedral）的设计上密切合作，这位测量师在如何建造其巨大穹顶的问题上提供了宝贵的帮助。而后胡克继续参与塑造伦敦戏剧性的新天际线，再次与雷恩合作设计了高达65米（202英尺）的中空纪念柱，以铭记1666年的伦敦大火。作为一贯注重实践的科学家，胡克曾在旧圣保罗大教堂的高天花板处进行重力和气压实验，甚至尝试将一台巨型望远镜安装在大火纪念碑内，但可惜未能成功。

地图上未着色区域显示伦敦大火焚毁范围。小图呈现胡克的革新性规划方案：采用由规模近似的街区组成的网格系统（该模式后被巴黎、利物浦等城市效仿）；规划四座大型集市广场；每间隔数个街区设置教堂（平面图中标记为"c"）。（图片来自伦敦大都会档案馆）

或许是因为出身卑微，胡克在1662年皇家学会（Royal Society）成立时，是创始会员中一个显著的被遗漏者。多亏了他的老同事波义耳的介入，胡克至少设法“走后门”进入了学会，并获得“实验总监”（Curator of Experiments）的任命。这个职位还让他独掌学会图书馆的钥匙。胡克经常滥用这一特权，将学术典籍和珍贵手稿带回家中舒适地研读，就像一只记不得自己把坚果埋在哪里的松鼠，胡克似乎很难将这些著作归还到正确的位置，并因其疏忽而屡遭责难。

1663年，学会最终同意接纳胡克为正式会员。胡克在伦敦市中心的格雷欣学院（Gresham College）获得了带薪住所。两年后，他在那里被任命为几何学教授（Professor of Geometry）（他在此职位上任职长达38年）。胡克背负着非杰出数学家的沉重包袱，却仍在学术界的荆棘阶梯上奋力攀爬——因为精湛的数学能力向来是自然哲学家的硬性要求，即那些能解释并预测世界运行的伟大智者必备的素养。尽管如此，胡克依然无所畏惧，并在1677年至1682年间再次晋升，担任皇家学会秘书（secretary of the Royal Society）。

胡克在皇家学会的实验活动中发挥了关键作用，他率先改进了各种设备和仪器，如气压计、时钟、泵、望远镜和显微镜。正如历史学家贾丁（L. Jardine）所指出的：“他是一个坚定秉持实用主义的人，对任何科学问题的回应都是发明一件设备来解决它”。胡克与仪器制造商和实用的发明家工程师们关系密切，例如托马斯·纽科门（Thomas Newcomen），后者在英国工业革命中开创了蒸汽机的多种变体。胡克确保他自己设计的各种机器拥有相同的齿轮，这一事实使得它们能够进行大规模生产，这是一项此后被许多人效仿的创新。胡克在望远镜中发展了虹膜光圈（iris diaphragm），它限制进入设备的光线，使得光线只能通过一个可由用户调节的孔径进入。他研制了深海测深仪（deep sea sounder），并创造了万向节（universal joint），即一种能够连接两根倾斜轴的接头——这种类型的连接至今仍以他的名字命名。胡克曾试图制造一种能够在海上航行船只剧烈颠簸中保持精准的航海精密计时器（chronometer），以便精确测量经度，但如同在他之前的许多人一样，他在这项努力中失败了。不过，他通过其他方式帮助了海员，开发了一种新型的用于导航的反射象限仪（reflecting quadrant）和一种自调平罗盘（self-levelling compass）。

胡克发明的万向节的雕刻图，该装置用于实现天文仪器的方向性移动

所有这些技术发展都彰显了胡克——一位热忱的机械师和工程师——与其著名同代人之间的区别，例如他的导师波义耳和艾萨克·牛顿（Isaac Newton），这两人都将神学融入了他们主要偏重理论的研究中。尽管如此，胡克在教会中显然有朋友，因为他于1691年获得了一个医学学位（medical degree），这个奖项是由坎特伯雷大主教（Archbishop of Canterbury）这样显赫的人物策划授予的。该学位或许是对胡克在医学领域的贡献及其公开的解剖实验的认可。

胡克或许可称得上是学会的“实验组织者和实践奇才”，但他在皇家学会内部也并非没有敌人。在与极度敏感的牛顿交恶一事上他最为人所知，起因是胡克指控他的这位学会同僚剽窃了他在光学和引力平方反比定律方面的工作（这两项指控均无确凿依据）。牛顿退出了学会，并拒绝接受学会主席一职，直到胡克去世。正如历史学家伯恩斯（W. E. Burns）所言：“[对于]胡克和牛顿，这两位科学革命中最具天赋的记仇者（grudge-holders）来说，这场宿怨漫长而丑陋”。或许胡克确实曾给过牛顿一个想法的萌芽，当时他指出约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）发现行星沿椭圆轨道运行的原因可能在于一种我们现在称为引力的力，但牛顿拒绝承认从任何人那里得到过帮助。两人将各自的追随者也卷入了这场争端，因此多年来，英国的科学和数学界分裂成两个阵营：牛顿派和胡克派，这条裂痕浪费了大量精力，并延误了新的发现。

胡克的第一部主要出版物是一部经久不衰的著作，它以其通过显微镜观察到的震撼性插图俘获了当时和后世读者的想象力：《显微图谱》（Micrographia）。出版于1665年的《显微图谱》题献给英格兰的查理二世，并被描述为“十七世纪相当于咖啡桌书籍的存在”。这些插图由专业雕刻师根据胡克本人绘制的大量图画制作而成，引起了轰动。它们展示了果蝇、虱子和跳蚤等昆虫的复杂细节，以及许多高度放大的植物种子。这些复杂且极其逼真的图画震惊了人们，他们从未想象过这些动植物竟如此复杂。对许多人来说，这进一步坚定了他们对神圣造物主的信仰，因为除了祂，还有谁能创造出这样的奇迹？胡克还涵盖了一些更普通的物体，它们在显微镜下呈现出与肉眼所见完全不同的面貌。例如，他指出一根金属针的尖端实际上是一个参差不齐的金属末端。胡克之所以能比任何人都更好地展现这个新世界，是因为他对显微镜进行了技术改进。他之所以能获得清晰的图像，得益于他的暗视镜（scotoscope），即“一个位于他的灯光源和标本之间、充满盐水的聚光玻璃球”，它“通过一个凸透镜将增强的光束狭窄地聚焦”。

由胡克发明的显微镜，制作于1671至1700年间。左侧装置为胡克设计的暗视镜，这种聚光装置能增强显微镜下观察样本的照明效果。（该台胡克显微镜现藏于伦敦科学博物馆）

《显微图谱》描述了胡克对显微镜的技术革新，这在当时即使对专家来说也是一种出了名难用的仪器。该书开篇就提供了关于如何最佳使用该仪器以及在哪里购买优质仪器的建议。这本书在语言上也很创新，因为它首次使用了“细胞”（cell）一词（在此指在显微镜下观察到的软木细胞）。毫不意外，胡克是欧洲顶尖的五位显微镜专家之一，但他的理论并非总是正确的，特别是他支持微小昆虫能够自然发生（spontaneous reproduction）的观点。《显微图谱》带来的一个后果是显微镜销量的激增。著名的日记作家塞缪尔·佩皮斯（Samuel Pepys,）在读过一本后，受到启发，花费了5英镑10先令（相当于当时一个工人近3个月的工资）为自己的书房购置了一台显微镜。不幸的是，和几乎其他所有人一样，佩皮斯也很难通过他的显微镜看清任何东西。医学从业者也对显微镜感到失望，因此，在科学革命期间，其影响力落后于望远镜等其他仪器。

胡克在《显微图谱》（1665）中绘制的软木细胞结构图与含羞草枝条图

胡克在卡特勒讲座（Cutlerian Lectures）中发表了他的一系列力学讲稿。这位科学家以其动手改进仪器和机器的实践方法而闻名，但他也负责了几项理论创新，例如他提出行星木星绕自身轴旋转的观点。他认为地球的轴心发生过偏移。胡克收集化石并支持它们是远古生命形式真实证据的观点，而非仅仅是看起来像曾经活着的生物的自然畸形物。胡克热衷于弹簧——这对当时许多机器（尤其是钟表）至关重要——他提出了一种测量弹簧所受压力及其产生的弹性的方法，这个公式后来被称为胡克定律。

胡克定律图示，选自《弹性势能演讲集》（Lectures de Potentia Restitutiva，1678）的插图，展示弹簧拉伸长度与所受外力成正比的规律

像他那个时代的许多思想家一样——当时优先权是至关重要的问题——胡克极力捍卫自己的工作成果。因此，他与剽窃者或那些声称首先发明了他已设计的东西的人进行了许多法律斗争。克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）声称自己发明了用于钟表的摆轮游丝（balance spring），而胡克独立于惠更斯发展了摆轮游丝的原理，且至少领先五年，这只是胡克穷追不舍的众多案例之一。由于这种防御态度，胡克与几位重要的同代人关系破裂，这些人未经他同意就研究并扩展了他的原创思想。他也浪费了大量本可以更好地用于增进全人类知识的时间和金钱。

惠更斯于1675年2月在《学者期刊》（Journal de Scavans）发表其关于摆轮游丝研究成果，并制造出首枚装配摆轮游丝的实用钟表。

胡克能活到他那个岁数实属不易。他是巧克力的狂热消费者，在日记中详细记录了享用这种美味的频率。比这糟糕得多的是，他不断地摄入各种古怪的物质，科学地记录它们对身体的影响。在试验期内，胡克服用了包括鸦片、掺铅葡萄酒、铁粉、苦艾粉、有毒植物，甚至氯化铵在内的多种有害物质以及其他许多奇异之物。他似乎将自己视为检验时髦医疗方法和疗法的模范小白鼠。有时这些物质确实提升了胡克的精力和思维清晰度，但更多时候，他遭受了许多痛苦和身体上的不适。胡克于1703年3月3日去世，享年67岁。他终身未婚，亦无子嗣。胡克在威斯敏斯特教堂获得了一块纪念牌匾，但远不如授予牛顿的那般宏伟。

胡克对科学文献的最后贡献是他的《遗著》（Posthumous Works）。颇具讽刺意味的是，该书开篇的献词却是题献给牛顿的。当牛顿于1703年接任皇家学会主席后，在接下来的24年里系统地尽其所能地删除了尽可能多关于他这位对手的记载，胡克的遗产因此受到了严重的损害。尽管如此，胡克仍然是“科学革命中最具创造力和多才多艺的思想家之一”。他是一位关键人物，将实践实验与从自己庞大的私人图书馆（无论是借来的还是其他方式获得的）中汲取的广博理论知识相结合。或许最重要的是，胡克倡导这样一种观点：精确的仪器对于科学家的装备库而言，就如同铅笔之于建筑师或画笔之于艺术家一样必不可少。科学已经从一门纯粹思辨的学科，发展为动手测试和实验的学科，这正是胡克本人所描述的“哲学中的一次改革”。

罗伯特·胡克（Robert Hooke，1635年7月18日－1703年3月3日）是英国博学者，身兼物理学家（自然哲学家）、天文学家、地质学家、气象学家与建筑师多重身份。1665年，他使用自行设计的复合显微镜对微观生物展开研究，成为最早探索微观世界的科学家之一。青年时期的胡克虽生活拮据却坚持科学探索，最终成为所处时代最重要的科学家之一。1666年伦敦大火后，胡克以测量师与建筑师身份承担了逾半数的地界勘测工作，协助城市快速重建，由此赢得财富与社会地位。尽管死后数百年间屡遭文人诋毁，其声誉在二十世纪末得以恢复，被誉为"英格兰的达芬奇"。

胡克作为英国皇家学会会员，自1662年起担任该会首位实验总监，并于1665至1703年间兼任格雷欣学院几何学教授。其科学生涯始于担任物理学家罗伯特·波义耳的助手，期间他研制出真空泵用于波义耳气体定律实验，并亲自参与实验过程。1664年，胡克率先观测到火星与木星的自转现象。1665年出版的开创性著作《显微图谱》中，他首创"细胞"术语，推动了显微研究发展。在光学研究领域（尤指光折射现象），胡克推导出光的波动理论。他是科学史上首位提出以下三大假说的学者：物质遇热膨胀的成因假说、空气由持续运动微粒构成从而产生压力的成分假说、以及热本质是能量的假说。

在物理学领域，胡克推断重力遵循平方反比定律，堪称首位提出行星运动存在该关系的学者——这一原理后来经艾萨克·牛顿深化与系统化，形成万有引力定律。关于该理论优先权的争议，加剧了胡克与牛顿的学术竞争。在地质学与古生物学方面，胡克首创"水陆共生星球"理论，由此质疑《圣经》的地球年龄观；他提出物种灭绝假说，并论证山体抬升源于地质作用。通过对灭绝物种化石的鉴定，胡克预见了生物进化理论。

策划｜尹菱

统筹 | 黄鑫

撰文｜黄鑫

审核 | 范爱红

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