阿奇博尔德·希尔：测量肌肉的数学家

阿奇博尔德·维维安·希尔（Archibald Vivian Hill）因探测收缩肌肉放出的热量而荣获诺贝尔奖——这些热量极其微小，以至于他必须改进热电偶才能看到它们。他年轻时就写下了至今仍能描述氧气如何与血红蛋白结合的方程式。他还领导了一个被称为“希尔强盗”的战时高射炮兵连队，加入了研制雷达的委员会，并帮助从纳粹德国营救了九百名学者。

布里斯托尔与剑桥

希尔于1886年9月26日出生于布里斯托尔，父亲是乔纳森·希尔（Jonathan Hill），母亲是艾达·普里西拉·鲁姆尼（Ada Priscilla Rumney）。他在布伦德尔学校（Blundell's School）接受教育，后进入剑桥大学三一学院，攻读数学，并在英国最严苛的考试中以全届第三名的成绩（wrangler）毕业。

随后他转向生理学。这一转变定义了他：他将数学家对“现象必须表达为数量才能被理解”的坚持带入了生物学。

1913年，他与经济学家约翰·内维尔·凯恩斯（John Neville Keynes）的女儿、约翰·梅纳德·凯恩斯（John Maynard Keynes）及外科医生杰弗里·凯恩斯（Geoffrey Keynes）的妹妹玛格丽特·内维尔·凯恩斯（Margaret Neville Keynes）结婚。他们的四个孩子后来都成为了学者：波利·希尔（Polly Hill）是一位经济学家，大卫·凯恩斯·希尔（David Keynes Hill）是一位生理学家，珍妮特·希尔（Janet Hill）是一位儿童精神病学家，莫里斯·希尔（Maurice Hill）是一位海洋学家。

方程式

希尔的早期贡献在他完成学业之前就已经做出。1909年，当他还是个本科生时，在研究尼古丁和箭毒如何在神经肌肉接头处结合时，推导出了现今被称为朗缪尔方程的关系式。1910年，他提出了描述氧气如何与血红蛋白结合的希尔方程。

一个世纪后，希尔方程依然是生物化学中的标准工具。它的指数——希尔系数——用于衡量协同性，即一个位点的结合改变其他位点亲和力的程度，表现为对米氏动力学的偏离。它是描述分子如何对信号作出反应的常规工具，而这一切是一位年轻人在尚未拥有职业生涯时推导出来的。

希尔的强盗

第一次世界大战将他拉出了实验室。希尔担任剑桥郡团的枪械军官，并于1915年底加入军需部。1915年的高射炮射击很大程度上靠猜测，主要是因为没有人能可靠地测定飞机的高度。希尔发明了一种双镜法来测量高度，并组建了防空实验处——也就是被称为“希尔强盗”（"Hill's Brigands"）的群体——为高射炮提供了准确的射击表。他于1918年被册封为大英帝国勋章（OBE）官佐。

肌肉中的热量

1920年，希尔担任维多利亚曼彻斯特大学生理学讲席教授，并转向那个将为他赢得诺贝尔奖的问题：当肌肉收缩时，能量上会发生什么？

利用他自己改进的热电偶设备，他对肌肉释放的热量进行了精确的测量。结果清晰且决定性。热量是在收缩过程中产生的，这需要化学能的投入；在被动的放松过程中则不产生热量。肌肉因此被纳入了热力学的常规账目中——一台将化学能转化为功和热量的机器，并有着可测量的账本。

1922年，他引入了两个在运动生理学中从未消失的概念：最大摄氧量和氧债。现代每一项对运动能力的测量都源于它们。他的工作与奥托·弗里茨·迈耶霍夫（Otto Fritz Meyerhof）关于同一过程化学的研究并行开展，两人于1922年共同获得了诺贝尔生理学或医学奖，希尔的获奖理由是“表彰他阐明了肌肉中热量和机械功的产生。”

创立一门学科

希尔于1923年成为伦敦大学学院教授，并一直工作到1951年退休，同年他在该校创立了生物物理学系。他与赫尔曼·冯·亥姆霍兹（Hermann Helmholtz）一同被视为生物物理学的奠基人——坚持活体组织服从物理定律并可进行相应的仪器测量。

荣誉纷至沓来：1918年成为皇家学会会员，1926年获皇家奖章，1928年获阿克托尼安奖，1934年成为美国艺术与科学学院外籍会员，1938年成为美国哲学会外籍会员，1946年获名誉勋位，1948年获科普利奖章。

救援

1933年，随着希特勒夺取政权以及德国大学开始驱逐犹太学者，希尔与威廉·贝弗里奇（William Beveridge）和卢瑟福勋爵（Lord Rutherford）共同创立了学术援助委员会。到战争爆发时，它已从纳粹迫害中拯救了900名学者；其中有十八人后来获得了诺贝尔奖。他的孙子尼古拉斯·海姆福瑞（Nicholas Humphrey）回忆说，希尔的高盖特住宅经常同时接待十八位流亡的诺贝尔奖获得者。

希尔的实验室里一直放着一个希特勒的玩具塑像，他解释说这代表他对德国交出的科学家的感激。“笑，”他说，“是清除废话最好的洗涤剂。”

议会与第二次世界大战

他与帕特里克·布莱克特（Patrick Blackett）和亨利·蒂扎德（Henry Tizard）一同在制定雷达的1935年委员会中任职。从1940年到1945年，他作为剑桥大学的独立议员在下议院任职。1940年被派往英国驻华盛顿大使馆后，他推动科学合作，并说服自己的政府与一个仍然保持中立的美国的官员分享其研究成果——原子武器工作除外。他还致力于释放被英国扣押为敌国侨民的难民科学家。

在1943年11月至1944年4月期间，他访问了印度并考察了其科学研究；他的建议对印度理工学院的建立起到了塑造作用。

晚年

希尔于1952年担任英国科学促进会主席，并于1955年至1960年担任海洋生物学协会主席。他于1967年退休回到剑桥，双腿逐渐失去行动能力。1977年6月3日，他在那里逝世，享年九十岁，受到全球一百多位科学后代深深的爱戴。2015年9月2日，英格兰遗产委员会（English Heritage）在他的高盖特住宅外设置了一块蓝色铭牌。

为什么希尔很重要

希尔使生理学成为一门定量科学。他对肌肉中能量的测量达到了前所未有的精度，他为生物化学贡献了一个至今仍在日常使用的方程式，并且他创立了一个学系和一门学科来将这种方法发扬光大。随后，他将余生投入到以同样的严谨性解决实验室之外的问题——高射炮火、雷达、战时同盟，以及一个政府想要消灭的九百名学者的生命。