青少年时期的波义耳,十分钦佩意大利著名科学家伽利略．伽利略叙述的哥白尼体系、新力学、研究自然的新途径和科学实验,都深深印刻在他的心中．1641年,他到了意大利,在那里学习伽利略的著作．可惜他到意大利不久,伽利略就逝世了。

波义耳决心像伽利略那样: 不迷信权威,勇于开创科学实验的道路．波义耳几经周折,直到27 岁,他才安下心来,全力从事科学研究．这一年,他在离伦敦不远的工业和科学文化城市牛津,租了几间房子,建立了自己的实验室．一年以后,青年罗伯特,胡克来到实验室当助手．胡克比波义耳小8 岁,他后来提出了胡克定律,也成为著名的物理学家、天文学家。

波义耳和胡克一起,首先研究和改进了德国人盖立克新发明的空气泵．改进后的空气泵,很像现在自行车上用的打气筒,不过它有一个相反的阀,不是打进空气,而是把空气抽出来．这种手动装置,今天看来十分简单,那时却是一个了不起的发明。

利用空气泵,波义耳研究了许多问题．他发现: 物质在真空中难以燃烧,磁铁却能通过真空起作用。

那时候,人们对声音的传播是有争论的．声音必须靠空气传播吗? 如果在真空中产生一个声音,它能在真空中传播吗? 波义耳通过实验做了回答:

他用绳子把钟吊在密闭容器的中间,这时候,在容器旁边能听到钟的滴嗒声．这说明容器里有空气,声音就能传到外面．然后,他从容器中抽出空气．当空气一点点往外抽时,钟的滴嗒声越来越小,很快就听不到了；再把空气逐渐放进容器时,声音又由无到有,由小到大,响了起来．这说明声音靠空气传播,真空不能传播声音。

随后,波义耳又研究了意大利物理学家托里拆利的真空实验．1643年,托里拆利在一根大约一米长、一端封闭的玻璃管里装满水银,然后用拇指堵住管口,把管子倒立在水银槽里．当他松开拇指以后,管子里的水银开始下降,最后停留在高出槽里水银面约76 厘米的地方,不再下降。

水银柱为什么能停在那里不落下来呢? 这个问题,当时争论激烈．托里拆利认为,这是因为大气压力对槽中水银面的作用的结果,所以这套装置,实际上就是一个气压计．波义耳同意托里拆利的看法,并且用实验来加以证实:

他把托里拆利实验中的水银槽放到密闭的容器中,把容器中的空气不断地抽出,管中的水银柱就不断下降．等到再把空气一点一点送进去,管中的水银柱又逐渐升高起来．这说明水银柱不掉下来,是因为外面有空气的压力。

在事实面前,也有人不同意这种看法．比利时物理教授李纳斯,就对波义耳的说法提出了异议．他认为: 托里拆利实验中的水银柱所以不掉下去,并不是因为有大气压力,而因为管子上面的真空部分有一种拉力,好像一根看不见的绳索,把水银柱拉了上来,最多能拉到约 76 厘米的地方。

李纳斯为什么有这样奇怪的想法呢? 原来,他也设计了一个实验: 在一根两端开口的玻璃管里灌满了水银,用两个拇指分别按住上下两端；然后,把下端放入水银槽里,拿开按住下端的拇指,这时候,水银柱就往下降,一直降到约76 厘米的地方才停住；这时候,按在上端的手指,就会感到有一个很大的拉力．他以为手指感到的拉力,就是真空部分产生的拉力．既然真空对手指有拉力,那么,它对水银也会有拉力,这就把水银柱拉到大约76 厘米的地方了。

其实,李纳斯手指感到的拉力,不是真空对手指的拉力,恰好是大气压力．因为手指按住了水银管的上端,手指底下是真空,没有压力,手指上面是大气,有压力,所以手指自然会感到被管子吸拉住了。

对李纳斯的这种错误看法,波义耳觉得,最好的回答还是实验,而不是在科学杂志上发表长篇大论的文章。

波义耳正是在收集答复李纳斯批评的实验论据时,发现了气体的压强和体积之间的比例关系．这就是波义耳定律。

波义耳用一根J 形管做实验．管子短的一端是封闭的,长的一端是开口的．他往J 形管里灌水银,水银顺着玻璃管流下去,但是不能升到短的一头的顶端．因为里面的空气,给堵在那一头了。

开初,长管和短管中的水银面,在同一水平上,波义耳知道,这时候,水银柱两端的压强相等．长管开口的一端,水银面上所受的压强就是大气压,它大约是76 厘米水银柱高．波义耳仔细测量了短管中被封住的那段空气的体积．因为玻璃管的粗细是均匀的,所以可以用短管中的空气的长度来表示体积．他记下的数据是48 小格。

然后,波义耳不断往长管里加水银,封闭在短管中的空气体积就越来越小．波义耳惊喜地发现: 当长管中的水银柱液面,比短管中的水银柱液面高出大约76 厘米,也就是压强比原来加大一倍的时候,短管中的空气恰好从48 小格缩小到24 小格,正好缩小到原来体积的一半。

波义耳继续往长管中灌水银,发现压强为大气压3 倍的时候,短管中的体积就缩小到16 格,是原来的1／3。

这样,波义耳就把他的实验结果,归纳为一个公式: 在温度不变的条件下,一定质量的气体的压强,跟它的体积成反比．这就是著名的波义耳定律。

波义耳通过周密、精细的实验,发现真理,证实真理,批驳了李纳斯的错误观点．他的实验方法,使当时科学界耳目一新。

波义耳始终如一,保持求实精神．他总是老老实实地写出实验中的成功和失败,开诚布公,直言不讳,报告每一件事．即使在小事上,他也注意到不要违反事实．当他的第一部著作《手动机械的新实验》发表后,人们都称他研究真空所用的泵为波义耳泵．等这本著作再版的时候,他实事求是地说明: 这个泵主要是胡克搞成的。

波义耳的《手动机械的新实验》出版后,不仅科学家谈论真空和空气的弹性,就连英国国王,也要求波义耳给他作一次私下的表演．朝廷要授予他贵族称号,教会要给他安排一个显赫高位,但是他对这些都不感兴趣,——婉言谢绝了．他唯一的爱好是科学实验。

1661年,波义耳发表了他最著名的著作《怀疑派化学家》。

在波义耳那个时候,还没有真正的化学科学,只有一种行业叫做炼金术,从事炼金术的人叫做炼金术士．炼金术士企图变铅铜为金银,变普通金属为贵金属．这种想法是不可能实现的．但是,从11 世纪到17 世纪,炼金术士还是为人们增添了很多化学技术知识．他们从天然矿石中提取金属,发现药材,制造玻璃,蒸馏酒精,配制药品．他们掌握了不少实验技术,认识了贵金属和其他一些物质的性质,研究出了配制和使用盐酸、硫酸和硝酸的方法．炼金术以古希腊四元素论为依据,它的指导思想是错误的．四元素论认为: 世界上所有的物质,都是由土水气火四元素组成．炼金术士根据四元素论,以为只要改变物质中的这四种元素比例,就能使普通金属变成贵金属．这使他们走上了迷途。

波义耳看到了炼金术士的荒谬之处．他通过多次实验,知道铁是铁,金是金,不可能用火一烧,铁就变成了金．他认为: 把一个理论建立在概念上是十分危险的。

波义耳用买验批驳了炼金术士的错误,第一个提出了科学的元素概念,使化学的发展走上了正确的道路．他的第一本化学著作取名为《怀疑派化学家》,就是表示他对传统的四元素论的怀疑。

在这一本书中,波义耳大胆提出了什么是元素,什么不是元素的看法．他说: 元素是确定的、实在的、单一的纯净物质,用一般的化学方法,是不能把元素分解成更简单的物质的．假使某种物质能分解成更简单的物质,或者能转化为其他物质,那么,这种物质就不是元素．波义耳抛弃了各种错误见解,给元素下了一个明确的定义。

由于历史的限制,波义耳没有解决怎样得到元素和元素有哪些种这两个问题．但是,他从实验中已经得出结论: 元素肯定不是只有三种、四种,而是有许多种。

波义耳提出了正确的元素概念,他被公认为近代化学的奠基人．在波义耳的基础上,法国科学家拉瓦锡,给元素下了更明确的定义: 元素是一种不能再分解的单一物质。