В 1653 году Роберт переехал в Оксфорд, где поступил в колледж Церкви Христовой. Он не только учился в колледже, но и исполнял обязанности церковного хориста. Поступление в Оксфорд стало важнейшим событием в жизни будущего всемирно известного ученого. Именно здесь он впервые познакомился с серьезной наукой и страстно увлекся ею. Уже в 1654 году он стал ассистентом молодого, но получившего известность химика и физика Роберта Бойля. Сотрудничество между двумя талантливыми молодыми людьми быстро превратилось в дружбу, которую они сохранили в течение всей жизни.
Вскоре Роберт Бойль познакомил своего помощника с деятельностью так называемого «Невидимого колледжа» – кружка ученых-естествоиспытателей. Многие из членов этого кружка впоследствии стали основателями Лондонского королевского общества. Гук принимал активное участие в деятельности «Невидимого колледжа» и даже исполнял в нем организаторские функции.
В 1662 году Роберт Гук получил степень магистра искусств. К этому времени молодой ученый уже сделал несколько значительных открытий и изобретений. Он опубликовал работу о движении жидкостей по капиллярам, сконструировал новый воздушный насос. С помощью этого насоса Гук открыл закон, согласно которому при постоянной температуре произведение давления на объем данной массы газа постоянно. Этот закон был опубликован в книге Бойля. Хотя Бойль указал истинного первооткрывателя закона, сейчас он известен под названием как закон «Бойля – Мариотта». Также считается, что примерно в это же время Гук изобрел часовой механизм с использованием пружины.
Изобретения и исследования Роберта Гука, деятельность в «Невидимом колледже» сделали его имя известным среди ученых Англии. Сразу же после получения научной степени Гуку было предложено место куратора экспериментов в основанном за два года до этого Лондонском королевском обществе. Но деятельность ученого не ограничивалась подготовкой и проведением экспериментов, особенно на первых порах. Дело в том, что Королевское общество еще не имело к тому времени четкой структуры. Среди многочисленных талантов Гука не последнее место занимали и организаторские способности. К 1663 году он написал устав Общества и был избран его членом. На протяжении почти всей своей дальнейшей жизни Роберт участвовал в руководстве работы Общества, определял приоритеты его деятельности, готовил программы исследований, планировал те или иные работы. В 1677 году он стал секретарем Общества.
В 1664 году Гук был приглашен на должность профессора Грешемовского колледжа [28], на территории которого он получил квартиру, где и прожил до конца своих дней.
А в 1665 году он был пожизненно утвержден в занимаемой должности куратора экспериментов Королевского общества. Такой чести ученый удостоился не случайно. Гук, безусловно, был самым выдающимся экспериментатором своего времени. В обязанности куратора входила регулярная еженедельная подготовка и демонстрация экспериментов, связанных с достижениями в самых различных областях естествознания. Неудивительно, что для такой работы просто изобретательности было недостаточно, были необходимы глубокие познания, позволяющие следить за появлением новых теорий, данных и открытий во всевозможных областях науки. Энциклопедическая образованность, талант изобретателя и редкое трудолюбие Гука на протяжении 35 лет позволяли ему прекрасно справляться с непростыми обязанностями. Для примера приведем цитату из «Истории Королевского общества»: «Гук произвел перед Обществом удивительное разнообразие экспериментов, например относительно действия вакуума, о силе артиллерийского пороха, о термическом расширении стекла. Между прочими вещами он показал первый действительный микроскоп и множество открытий, сделанных с его помощью, первую ирисовую диафрагму [29]и целый ряд новых метеорологических приборов».
Кроме того, Роберт Гук проводил собственные исследования, писал научные труды, преподавал, консультировал изготовителей различных приборов и инструментов. А в 1664 году, когда Лондон охватила эпидемия чумы, большинство ученых поспешило перебраться в провинцию, но Роберт Гук остался в столице. Так случилось, что эпидемию чумы в Лондоне прекратил большой пожар, в результате которого сгорела большая часть города. Восстановление города было поручено архитектору Кристоферу Рену – одному из руководителей Королевского общества и другу Гука. Роберт, не оставляя своих основных обязанностей, принял активное участие в восстановительных работах, длившихся четыре года. В это время ученый спал по 3–4 часа в сутки. Естественно, что это плохо сказалось на его и без того отнюдь не богатырском здоровье.
В 1665 году Роберт Гук издал обширный труд «Микрография», в котором описал свои изобретения в области совершенствования оптических инструментов, в основном микроскопов. Гука смело можно называть одним из основоположников научной микроскопии. «Микрография», помимо технической части, включала подробные описания 57 микроскопических наблюдений и 3 телескопических. Гук долго изучал микростроение животных и растений. Исследуя под микроскопом тонкий срез пробки, он открыл клеточное строение тканей, и он же предложил сам термин «клетка». К числу астрономических открытий ученого относится обнаружение Большого красного пятна на Юпитере. Помимо этого, в «Микрографии» Гук излагает результаты изучения некоторых окаменелостей, что позволяет назвать его одним из основоположников палеонтологии. Следует также отметить, что «Микрография» была проиллюстрирована гравюрами, выполненными самим автором.
Исполняя обязанности куратора экспериментов, Роберт Гук сталкивался с самым широким кругом научных проблем. Его постоянно посещали новые идеи, но загруженность часто не давала довести исследования до конца. Впоследствии это обстоятельство привело к спорам между Гуком и его коллегами относительно приоритетов тех или иных открытий и изобретений. Кроме того, ученый достаточно часто вступал в полемику по различным научным вопросам.
Особенно непростыми были отношения между Гуком и Исааком Ньютоном, который стал членом Королевского общества в 1672 году. К этому времени Ньютон уже сделал несколько серьезных научных открытий, но принят в Общество был за создание новой модификации телескопа-рефлектора. Первая дискуссия между двумя выдающимися учеными касалась природы света. Гук был одним из основателей волновой теории, а Ньютон – активным сторонником корпускулярной теории. Дискуссия эта достигла такого накала, что привела к ссоре между учеными. Авторитет и доводы Гука стали даже причиной того, что Ньютон принял решение не публиковать больше работ по оптике. И действительно, труд Ньютона «Оптика» увидел свет только в 1704 году, уже после смерти Гука. Впоследствии ученые примирились и даже состояли в научной переписке. Впрочем, именно она и привела к новому разрыву.
Еще с 1666 года Роберта Гука занимал вопрос о причинах, по которым планеты движутся по эллиптическим орбитам. Начиная с 1671 года он провел целую серию экспериментов, посвященных изучению силы тяготения. Некоторые результаты опытов ученый изложил в работе «Попытка доказать движение Земли наблюдениями». В конце 1679 – начале 1680 года Гук и Ньютон активно переписывались по вопросу тяготения. В письме от 6 января 1680 года Гук, основываясь на законах Кеплера, предположил, что сила притяжения между двумя телами должна быть обратно пропорциональна расстоянию между ними. Тем самым Роберт Гук фактически сформулировал закон всемирного тяготения. Он просил Ньютона высказать свою точку зрения на эту гипотезу. Получив это письмо, Ньютон прекратил переписку.
В 1686 году Ньютон закончил свою книгу «Математические начала натуральной философии», в которой изложил основы современной механики и, в частности, закон всемирного тяготения, при этом на Гука он не ссылался. Гук написал письмо в адрес Королевской академии, в котором отмечал, что зависимость силы притяжения от расстояния между телами была известна ему раньше, но он не имел возможности посвятить этой проблеме больше времени. Между двумя великими учеными вновь началась крайне неприятная полемика относительно приоритета открытия закона.