在三百多年化學科學發展的歷史上，波義耳是一位名列榜首的化學家。因為，他第一個用實驗事實科學地闡明了化學元素的本性，從而使化學走向了科學的道路。波義耳是怎樣一個人？他是如何做出這樣重大貢獻的呢？

自幼酷愛科學

如果翻開那些大科學家們的歷史看一看，你一定會發現，他們大都是從小就勤奮學習、酷愛科學的人。英國著名化學家、物理學家波義耳，就是其中的一個。

1627年1月25日，波義耳生于愛爾蘭的利斯奠爾城堡。父親理查德·波義耳，是愛爾蘭首府科克郡的伯爵，是個有名的大富翁，共有14個兒女。羅伯特·波義耳是這14個兒女中最小的一個，但在兒子的行列中他是第7位。別看他在這個貴族家庭中排名位置不佳，可自幼就表現出非凡的記憶力和語言才能，有“神童”之稱。8歲那年，他結束家庭的初級教育去伊頓上學時，就已經能用希臘文和拉丁文講話了。在那所貴族子弟學校里，他是一個出色的學生，對自然科學有著極濃厚的興趣。

他的父親是個對孩子很嚴厲的人，但對小兒子想搞科學的愿望很支持。他常對羅伯特·波義耳說：“你要想成為一個科學家，就必須得努力學習。”為此，他給兒子聘請了優秀的家庭教師。

羅伯特·波義耳在伊頓學習到12歲，以后便由家庭教師陪同，到法國、意大利、瑞士等國游學。在這期間，他學習了天文學家伽利略的著作、數學家笛卡兒的著作以及大量的化學、醫學、哲學等方面的書籍。在日內瓦，他還受到宗教的感化，但他沒有因此反對科學，卻認為科學能支持“神的啟示”。

1644年，17歲的波義耳回國時，他的父親已在戰爭中死亡，給他留下了一份足夠他維持生活的遺產。父親去世后，在家里支持他搞科學的，就算是他的姐姐雷尼拉夫夫人了。

豪華住宅變成了實驗室在姐姐雷尼拉夫夫人的家里，經常有一些科學家、文學家、哲學家在一起聚會，討論學術方面的問題，氣氛十分熱烈。波義耳回到倫敦后，也成了這種聚會的積極參與者。

法國著名的數學家和哲學家勒內·笛卡兒是雷尼拉夫夫人家里的座上賓。他也常來參加聚會，并且成了年輕的波義耳辯論的對手。笛卡兒的最大貢獻是創立了“解析幾何學”。在哲學方面，他主張理論至上，認為清晰明白的概念就是真理。這種錯誤主張，在當時還得到了許多學者的贊同。

波義耳不同意這種觀點，他對這位年長且有很高名望的大學者說：“您把理性放在高于一切的位置是不對的，科學應該是實驗科學，理性應該是來自實驗。”他特別贊同英國哲學家培根的觀點，即“真正的知識，應該建立在實驗研究方法的基礎上”，“一個哲學家，不應該像蜘蛛一樣，把理性花在搞陰謀詭計上；他應該像蜜蜂一樣，搜集事實，靠思維把它們釀成蜜。”波義耳與笛卡兒的學術辯論，一直持續了好幾天。在辯論中，還涉及到關于物質的組成問題。當時流行的有畢達哥拉斯的“四元素說”，即物質都是由火、水、氣和土四種元素所組成的；還有帕拉塞斯的“三元素說”，即物質是由硫、汞和鹽三種元素所組成。波義耳對這兩種學說，都持懷疑態度。可是，如何解決這樣重大的科學問題呢？他認為：“空談無濟于事，實驗決定一切。”為實驗方便，他要建立自己的實驗室。

波義耳雖出身于貴族家庭，但從不追求豪華享樂的生活，把錢都用在了科學事業上。現在，他要籌建自己的實驗室時，立刻就想到斯泰爾橋這個地方。這里是他繼承的遺產。他決定把豪華的建筑加以改建，變成實驗室，自己的臥室、圖書館也安排在這里。

經過緊張的籌建、施工，實驗室于1645年底便建成并開始使用了。

這個實驗室的設備相當不錯。波義耳還配備了幾位助手和技術人員。在這里，他進行了大量的化學及物理學方面的實驗。他的實驗室還是對外開放的，社會上的化學和物理學愛好者，都可以來這里進行實驗研究。不久，這里便成了一個引人注目的實驗研究中心。

在化學研究中，波義耳對物質的組成探討最為深入，成果也最為突出。1661年出版的化學名著《懷疑派化學家》，就是他關于物質組成的成功之作，也是化學發展史上的一個重要里程碑。

懷疑派化學家

《懷疑派化學家》這本書，是采用朋友之間對話的形式寫成的。書里的人物共有四位。一位是懷疑派化學家，他代表了波義耳本人的觀點；一位是逍遙派化學家，他代表“四元素說”的觀點；一位是醫藥派化學家，他是“三元素說”的代表；還有一位是中立派化學家，他在爭論中保持中立。有一天，四位朋友在長尼茲的花園中相會，便討論起“元素”問題。

逍遙派化學家的觀點是，宇宙萬物都是由土、水、氣和火四種元素所組成。這四種元素又是由四種物性即冷、熱、干、濕，兩兩結合成的。冷與干結合成土；濕與冷結合成水；熱與濕結合成氣（風）；干與熱結合成火。四種元素按不同比例結合，就形成各種各樣的物質。這樣，只要改變四元素的比例，普通金屬也能變成黃金。

醫藥派化學家則認為，萬物都是由硫、汞（水銀）、鹽三種元素按不同比例組成的。認為汞是一切金屬的本質，硫是一切可燃物所共有的，硫與汞結合可以得到各種金屬。普通金屬與黃金、白銀的差別，就在于含硫、汞的比例不同和純度不同。如果找到一種“哲人石”，就可以把金屬中的下賤成分除掉，使普通金屬變為金、銀。

這兩派的觀點，雖說法不同，但本質上是一樣的，他們都為煉金術士們提供了“理論”依據。今天聽來這些十分可笑的錯誤觀點，在波義耳時代，卻是極為盛行的。

代表波義耳的懷疑派化學家，以大量的實驗事實駁斥了他們的觀點。波義耳舉出了黃金的例子。他說：黃金不怕火燒，經過烈火也未見黃金分解，更沒分解出硫、汞和鹽，也不可能含有土、水、氣和火。但黃金可以跟其他金屬形成合金，也可以用王水溶解，溶解后再經處理，底層就會沉淀出一層金粉，其數量和性質跟原來溶解的黃金一樣。這說明黃金無論經過什么化學反應，黃金的微粒是不變的。他還舉出水銀的實驗、銅的實驗來說明這個觀點。

懷疑派化學家在這里還批駁了“火能使復雜物質分解為元素”的說法。他說：砂子和堿混合熔化，會生成透明的玻璃，但玻璃不會再被火分解成原來的物質或更簡單的物質。在他列舉出許多事實之后，得出的結論是：“化學家從來也沒有證明，化合物能通過化學分析正好分解出三種可以當作元素的特定物質。”他斷言，物質的形成是復雜的，“四元素說”、“三元素說”都是錯誤的，就像一個人只認識三四個密碼，卻要破譯一本用大量密碼寫成的書，這是不可能的。

從大量實驗事實出發，他給元素下了一個明確的定義。他說：“我指的元素，應當是不由其他任何物質所構成的原始的、簡單的、純凈的物質”，“是具有確定性質的、實在的、可覺察到的實物，是用一般化學方法不能再分解的最簡單的實物。”

從現代觀點看，他說的元素就是單質。盡管如此，在當時，波義耳關于元素的論證，有力地批判了煉金術士們陳舊的、唯心的元素觀，使化學研究走向了科學的道路。

繼1661年《懷疑派化學家》這一名著發表之后，第二年，他又發表了以他的名字命名的“波義耳定律”。

波義耳定律的發現

波義耳不僅是一位杰出的實驗化學家，還是一位出色的實驗物理學家。在物理學方面，使他最感興趣的，是氣體的研究。

首先，他注意到氣體有彈性，即可被壓縮，液體蒸發時，蒸汽會彌散在整個空間。這使他得出一個合理的推論，那就是氣體是由保持一定距離的小微粒組成的。氣體有彈性，就是微粒間的距離可大可小。

他還用一個抽掉空氣的圓筒，第一次證明一塊鉛和一根羽毛在沒有空氣阻力時會同時著地。

這正是伽利略的自由落體定律：一切物體在真空中下落的速度相等，而與物體重量無關。

當他知道葛利克制成了研究氣體的設備空氣抽氣機后，便在助手虎克的協助下，自行設計制成了效率更高的抽氣泵。這種抽氣泵得到的真空，被叫做“波義耳真空”。

利用自制的抽氣泵，波義耳多次做了氣體的體積與壓力有關的實驗。在波義耳之前，意大利的科學家托賽利，于1643年就做過空氣有壓力的實驗，但未能發現氣體體積與壓力之間的定量關系。波義耳就是要在前人的基礎上，深入探究這樣的問題。

他的實驗清楚而有趣地表明：氣體的體積與壓力是成反比的。當壓力增大一倍，體積就減少一半；當壓力減少一半，體積又增大一倍。這是他用多種方法、多次實驗，通過細心測量得出的結論。不論在壓力高于大氣壓，還是壓力低于大氣壓的情況下，都是如此。這就是著名的波義耳定律，它是1662年物理學上的重大發現。1676年，法國物理學家馬略特也發表了一篇論文，說明氣體體積與壓力成反比的定量關系。所以，這一定律也稱波義耳-馬略特定律。

在波義耳定律發表的第二年，即1663年，世界知名的英國皇家學會成立了。波義耳被一致選舉為該會會員。這時的波義耳名聲愈來愈大，到處受到尊敬。不少公司請他任職，甚至還經常應邀入宮。但是，這一切榮耀絲毫也沒有引起波義耳的關注，他所全力關注的還是科學事業。這時正是他創造力的極盛時期，一篇接一篇的科學論著，不斷發表出來。

1664年，他發表了《關于顏色的試驗和思考》；1665年，《酸堿假設的思考》問世；后來，還出版了《礦泉水的自然史簡編》。這些都是波義耳在分析化學方面的重大貢獻。

紫羅蘭變色引發的思考一天，在波義耳的實驗室里，一束深紫色的、非常漂亮的紫羅蘭忽然冒起煙來。走近一看，原來是做實驗用的濃鹽酸濺到花上了。波義耳立即拿起花束，放在水里清洗。結果，魔術般的奇跡發生了！紫羅蘭變成紅色，成了“紅羅蘭”。

這一偶然發現，卻引起了波義耳的認真思考：紫羅蘭若遇到其他的酸溶液，會不會也有這種現象呢？如果不是紫羅蘭而是其他有色植物呢？如果有色植物遇到的不是酸，而是酸的對立物——堿，又會有什么結果呢？

波義耳解決這一連串問題的惟一辦法，就是實驗。于是，他讓助手們離開實驗室，去花園、去田野搜集各種有色植物。當助手們回來的時候，實驗室幾乎變成一座花房。這里不僅有上好的紫羅蘭，還有玫瑰、櫻草、洋紅、石蕊、姜黃、蘇木、五倍子等等。波義耳和他的助手們先把這些有色植物的漿汁浸漬出來，再將浸液分別與酸、堿作用。有的只在酸作用下變色，有的則遇堿才改變顏色。最有趣的是，紫色的石蕊浸液遇酸變紅，遇堿則變藍。這樣一來，不就可以用這些植物浸液來辨認什么是酸，什么是堿了嗎？這些浸液就是酸堿指示劑。為了使用方便，波義耳還想出了用吸收浸液后又烤干的紙，來檢驗酸堿的辦法。至今還在使用的石蕊試紙，就是當年波義耳的發明。

在這項研究中，他還進一步了解到，除酸堿反應外，還有許多化學反應可以生成有顏色的物質。利用這些顏色的變化，就可以檢驗更多的物質。例如，硝酸銀溶液與鹽酸相遇，就會產生白色沉淀（即氯化銀，當時波義耳稱它為“月牙”）。碳酸鉀溶液（植物中的堿）與氯化汞作用，則產生黃色沉淀。銅鹽溶液中加些氨水，藍色就會明顯變深，如果醮點銅鹽在火上燒一燒，火焰就會呈現綠色，等等。

分析化學，就是檢驗分析物質的成分和含量的。波義耳的上述發現，為分析化學的發展打下了很好的基礎。所以，人們都尊敬地稱他是分析化學的奠基人。

一個科學家，哪怕是一個最偉大的科學家，在科學工作上，也不可能沒有缺點和錯誤。波義耳在研究燃燒現象時所提出的“火微粒說”，就是一例。

錯誤的“火微粒說”

波義耳的燃燒實驗，最初是同虎克共同完成的。虎克是波義耳的最得力的助手，也是一位出色的物理學家。年輕時曾在牛津基督教堂當過合唱隊員，后來做科學研究工作，他研究彈性物體發現了著名的“虎克定律”。他自稱發現萬有引力定律比牛頓還要早。1666年倫敦大火后，他參加了倫敦的重建工作，擔任測量檢查員，發了大財。他把大量錢財緊鎖在鐵箱里，死后才被人發現。他一生發明了許多科學儀器和設備。波義耳實驗室里那個可以抽真空的空氣泵，就是他協助波義耳設計制造的。利用這個空氣泵，不僅做了大量的氣體壓力的實驗，從而發現了波義耳定律，還做過許多有關燃燒的實驗。

硫黃在空氣中燃燒，會產生藍色火焰。可是，當用空氣泵把玻璃罩內的空氣抽走，硫黃受熱卻只見冒煙不見著火。蠟燭的火焰、氫氣的火焰，離開空氣也會熄滅。這說明，空氣是物質燃燒不可缺少的。

但是，后來波義耳研究火藥燃燒時，卻發現了意外的情況。火藥在真空中放置的紅熱鐵板上，卻能燃燒很久，且不發生爆炸。怎么回事？沒有空氣也能燃燒嗎？是不是制火藥的硝石中混進了空氣呢？于是，他改用在真空中結晶的硝石制成的火藥，得到了同樣的實驗結果。由此他得出的結論是：與硝石混合的物質，在沒有空氣時也能燃燒，是因為硝石受熱時可以得到“與空氣相似的活化氣體”。他這里說的“活化氣體”就是現在說的氧氣。當時，他只是說明了燃燒需要空氣或“與空氣相似的氣體”，但卻沒弄清，空氣或“與空氣相似的氣體”在燃燒時究竟起了什么作用。

正因為如此，他不了解燃燒的本質，才導致他在解釋金屬燃燒后增重這一現象時，提出了一個錯誤的“火微粒說”。

波義耳親自做了錫燃燒的實驗，并通過稱量，確知燃燒后生成的灰渣比原來的錫更重了。他認為，這是“火微粒”通過燒瓶的玻璃，被金屬吸收了。在這里，他錯誤地把火當成了一種實實在在的有重量的物質。在他的題為《固定火焰并使之可稱的新實驗》論文中，就提出了這樣一個公式：

金屬＋火微粒＝金屬灰渣

火是發光放熱的一種現象，并非有重量的物質，波義耳產生這種把火看作物質的錯誤原因，就在于他在實驗中只注意到燃燒物金屬的重量變化，卻忽視了在燃燒物周圍的空氣有沒有變化。這真是“智者千慮，必有一失”。

盡管波義耳的科學觀點也有錯誤之處，但從他一生的科學業績來看，仍不失是一位偉大的科學家。他在化學、物理學以及哲學方面，都為人類做出了重大貢獻。正因為這樣，1680年，英國皇家學會推舉他擔任主席。但是，一向不貪求名譽的波義耳，卻謝絕了這個崇高的榮譽。他所希望的是有一個平靜的晚年。

波義耳的晚年

波義耳的晚年似乎比別人來得更早一些，因為他的身體素質一直不好，年輕時就經常搜集藥方給自己配藥。他身上還常常帶著溫度計，隨氣溫的變化，及時更換衣服。他終生未婚，書和實驗室就是他的生活伴侶。53歲的波義耳身體健康已有明顯惡化，難以正常工作了。他不得不離開實驗室，搬到祖傳的莊園去住。