秀美清澈的塞纳河由东南流经法国的首都巴黎,在市中心的闹市区划出一个优美的弧,造就出一个天然的良港。每当入夏的清晨,许多巴黎市民总爱来到这里,或散步,或小饮,一派温馨祥和的景象。1646年10月的一天,这儿却来了一队陌生人,使景象稍稍有了变化。只见他们神情严肃,动作娴熟地把一根根奇长的玻璃管和一件件人们叫不出名字的设备搬到岸边的几艘大帆船上,繁忙而又秩序井然。其中,有一个长得瘦瘦高高的年轻人,只见他时而站在码头高处指挥,时而上船帮忙搬卸,一举一动都是那么的自信、洒脱。好奇的人们不禁相互询问这些人的来历和那个年轻人的身份。有知道的人便说:他们是来做大气压力实验的,那个年轻人嘛,就是帕斯卡哕!人们这才恍然大悟,他们心里都在想:原来这就是大名鼎鼎的数学天才帕斯卡啊!
偷学出来的天才
布莱斯.帕斯卡(BlaisePascal)是法国著名的数学家和物理学家。
1623年6月19日,帕斯卡出生在法国中部的克莱蒙市,即现在的克莱蒙菲朗市。他有一个温馨而又不失高雅的家庭,时常高朋满座,其中大多是他父亲的朋友。他的父亲是当地一位颇有声望的法学家,在数学上也颇有造诣;母亲出身名门,也受过良好的教育。因此,在大人们的高谈阔论中,数学经常是不可少的话题之一。此时,帕斯卡总喜欢坐在母亲的膝盖上,竖着两只小耳朵认真地听大人们的谈话。虽然这些谈话的内容对他来说太深奥了,但从大人们兴致勃勃的神情看来,数学是一种非常有趣的事物的印象在他幼小的心坎里已深深地扎下根来。帕斯卡从小聪明伶俐,可是身体状况却非常糟糕,动不动就生病,家里人都为他操碎了心。也许因为好奇是求学的第一动力,虽然总是疾病缠身,可帕斯卡很小就开始了对数学知识的学习。当他连法文的拼音字母都还没有学全的时候,用来做数学符号的24个希腊字母他倒学得精熟。然而,一贯宠爱着他的父亲却不大想让他在数学方面发展下去。原来,父亲深知从事科学研究,尤其数学研究是一件极其艰苦的事。这不仅需要大量长期伏案的艰苦工作,而且时时还要冒一无所获的风险。而由此带来的体力和精神方面的压力,对脆弱的帕斯卡来讲,无疑是不适合的。况且,帕斯卡很早就展现了他在语言方面的才华,他跟别人学方言、外国话,不仅一学就会,而且能够学什么像什么。他小小年纪就已经能记诵许多《圣经》当中的故事和不少散文诗篇了。许多人都认为帕斯卡长大会成为一位文学家,父亲思前想后,也觉得在文学方面培养他会更好些。
然而,已经燃起的知识火种怎么能轻易地停止燃烧呢?尽管父亲要他学文学,但帕斯卡丝毫没有减少对数学的兴趣,反而更加专注了。他背着父亲偷偷地学,一等到父亲外出,便钻到书房里如饥似渴她找数学书来读。没有不透风的墙,父亲到底还是知道了帕斯卡的偷学。开始,他很生气,怪帕斯卡不理解他的良苦用心,然而当父亲看到帕斯卡苍白但透着无比坚毅的神情的脸时,还是回心转意了。终于,帕斯卡有机会名正言顺地学习数学了。在正式开始上课之前,父亲想看看帕斯卡究竟已经掌握了多少数学知识,于是出了一道本应由中学生做的几何证明题。他本来想让帕斯卡好好想一会儿的,谁知连小学还没上的帕斯卡只看了一下题目,便在地板上画出了图形,一边画,还一边说出了几种解法。这让父亲惊讶不已。于是,在第二天,帕斯卡就开始在父亲的指导下,学习欧氏几何学的经典之作《几何原本》了。仅过了一年,他就精通了有演绎数学体系典范之称的《几何原本》,并于同年发现了后人所称的帕斯卡三角形,不到16岁就发现了圆锥曲线定理,这令当时数学界的权威人物笛卡尔惊讶不已。一个以偷学开始研究的数学天才诞生了。
发明计算器
在开始正规的数学学习之前,由于没有人指点,帕斯卡对一些艰深理论的理解往往借助的是画图形、摆实例等直观的方法。这一方法需要有巧妙的思维方式,通过把握问题的关键所在,取得事半功倍的效果。这种方法一直为帕斯卡所用,并成为他研究的一大特点。也正是因为这一独特的研究方法,使他在许多方面都做出了令人叹服的发现和发明。设计制造计算器就是其中有代表陛的一例。
在当代,提起计算器可谓无人不知、无人不晓了。它被公认为是20世纪人类最伟大的发明创造之一。然而,当我们说计算器的设想和应用在距今400年前就已经有了,并且发明者就是帕斯卡,人们会相信吗?这又是怎么一回事呢?事情还得从头说起。
如前所述,帕斯卡有一个和谐、温馨的家,但在他4岁那年,母亲的去世使这一切都成为过去。为了摆脱阴影,以免触景生情,帕斯卡一家决定迁往巴黎。他的父亲在别人的推荐下,当上了一名皇家税务官员。税务官员是一个整天要与数学、计算打交道的职业,虽然精于此道的父亲乐此不疲,但繁复的加减运算颇让他有些烦恼。懂事的帕斯卡看在眼里,记在心上。他在想,如果能有一台专门进行加减乘除运算的机械,用它来替代人工的计算,那该有多好啊!这时已经19岁的帕斯卡,不仅对数学非常了解,而且还在实践过程中通过自学,掌握了不少物理学方面的基本知识。他发现,在物理学当中,有一种齿轮系传动现象。在这一现象当中,几个大小成一定比例的齿轮,通过齿对齿结合起来,当匀速转动其中任何一个齿轮时,就会带动其他几个齿轮以不同比例的速度均匀转动。而这一现象与数学的初级运算的过程、原理非常地相似。这一发现使帕斯卡大受鼓舞。但是,怎样才能把这一物理机械运动现象运用到数学当中,或者说,数学当中抽象的、理论的问题怎样才能由现实直观的、具体的机械运动来解决呢?帕斯卡一边想,一边开始动手做。他要造出这样一台集物理学与数学知识于一体的机器来!
以现在的眼光来看,这种跨学科而又综合多学科知识的尝试是一种在科学研究当中经常要用到的思维方式和实践做法。然而,在帕斯卡生活的那个还少综合、多为收集材料的时代,甚至在以后很长的一段时间当中,这一做法不能不说是一种冒险、一项创举。帕斯卡带领着一帮工人,花了几个月的时间好不容易造出了第一台机械模型,但是在实际检验过程中,计算效果却非常糟糕。父亲心疼儿子,让他不要去做这样吃力而无效果的事。可是,帕斯卡却执拗地相信自己能够成功。他安慰父亲说:我的身体吃得消,您放心,我会成功的!为了这句话,帕斯卡又整整干了2年。造出的模型不行,就改进;还不行,就重头来过。他的工人换了一茬又一茬,模型做了一个又一个,用他自己的话来说:总共造了50多种模型,所有的模型都不一样。他不但负责设计,而且还亲自参加制造,选材料、做机器外壳、磨齿轮冬去春来,工夫不负苦心人,1642年夏,帕斯卡的工作终于宣告成功。展现在人们面前的是一台精致、运算准确的手摇计算器。这台计算器,以手摇的方式来工作,在加减运算的过程中采用十进位制,通过各连接数位之间的转轮和插销来实现进位,可以进行六位数的计算。帕斯卡父亲看了,简直不敢相信自己的眼睛。
帕斯卡把它献给了父亲,而为了使更多的人能够从繁复的数学计算中解脱出来,他为自己的发明申请了专利,开始了批量生产。遗憾的是,由于这种计算器成本太高,价格昂贵,其实用价值并没能在社会上普遍运用和推广开来。(www.xing528.com)
然而,计算器的成功制造毕竟是人类科技史上的一件了不起的大事。它的出现,第一次以机器代替了人繁重的脑力劳动,为数学问题的解决找到了物理学的工具,其计算过程当中所用到的技术有不少仍为当代的计算器所运用,如数的补位法。而其内在的原理、思想更是开启了人们关于数学与物理学互相借重的新思维,标志了近现代计算技术的开端。在这一意义上,现代计算器技术的首创者非帕斯卡莫属。而今天陈列在巴黎国立工艺博物馆中的7台仅存的帕斯卡计算器,无声却真实地记录和证明着这一段历史。
空气有没有重量
帕斯卡生活的17世纪,正处于自然科学取得迅猛发展的前夜。在思想界,传统经院主义思想说教的阴影还残存在许多领域当中,关于空气有没有重量的认识便是这样。
古希腊哲学家亚里士多德曾说:世界万物当中除了火和空气之外均有各自的重量。言下之意,否定了空气有重量。由于他的绝对权威性,后世的学者大多传袭了这一错误说法。然而,随着对自然界认识的深入,一批敢于捍卫真理的勇士开始向传统的权威论断发起了挑战。这首先便是意大利物理学家、天文学家伽利略。他在《论运动》一书中写道:我们不能相信亚里士多德所说的那样,仅仅认为某物是轻的,某物是重的,而应当认识到所有的物体都有其各自的重量,只不过各自重量的大小有不同和质地的疏密有分别而已。随后,意大利物理学家托里拆利等人沿着伽利略开启的理论方向做了大量的实证性研究,逐渐使空气有重量的观点深入人心。然而,他们的工作毕竟还只是初步的。而把对这一传统的挑战推向深入的便是帕斯卡。
帕斯卡通过对许多方面的考察和分析,敏感地发现了前人在空气有重量的证明上存在着普遍性的缺陷。从1646年起,年方23岁的他便开始使用各种实验完成对空气有没有重量这一无法直接感知的普遍性问题的证明。当时一般是通过检测手段检测空气中有没有压力来说明空气有没有重量。通常的做法是:将盛有水银的玻璃管倒置于水银槽当中,看管中的水银柱是否会下降。如果不下降,就说明水银管外的空气有压力,正是这一压力托住了管内的水银。这便说明了空气是有重量的了。但当时这种检测尚缺乏普遍性,而帕斯卡将这一方法进行了推广应用。他在当时法国最好的一家玻璃厂中特制了各种型号、形状的玻璃管,每根都长约12米。由于没有可以放置如此长度玻璃管的屋子,他就领着人把实验室搬到了轮船上。在实验中,他更换了各种试验用剂,从重的水银到较轻的酒,再到更轻的水,并进行了多种玻璃管的搭配组合。他把观测到的数据、现象一一记录下来,经过认真的比较、分析和研究,终于在1647年向公众陆续发表了有关这一组实验的研究报告,这便是著名的《真空论》一书。巴黎城立刻轰动了,甚至整个欧洲学术界也感受到了这种震动。在随后的几年当中,帕斯卡再接再厉,又进一步研究了空气重量与液体静力学的各种效应问题,提出加在密闭流体任何一部分的压力,必然按照其原来的大小由流体向各个方向传递。这便是流体静力学中著名的帕斯卡原理,从而巩固和发展了对空气重量的证实。帕斯卡以令人信服的事实和数据证明了大气压力、空气重量的存在,并且初步确定了它们的数值,彻底地摒弃了自亚里士多德以来在科学界统治多年的空气无重量的说法。人们将帕斯卡的这一组试验;誉为科学革命史上最动人心弦的试验之一。这不禁让人想起伽利1略当年那一永垂青史的落体实验。
短暂的辉煌无尽的思考
正如赤橙黄绿等七彩构成了炫目的白光一样,每当我们走入科学家的生活世界,我们总能发现蕴藏在他们成功辉煌之后的多姿人生。作为一个与时代的精神紧密相连的科学家,帕斯卡也身兼文、理,在文学、伦理学方面都有着颇深的造诣。他的代表作《思想家》、《致外省人信札》,至今被公认为文学史上的经典名著。一生为病魔所缠的帕斯卡,是怎样在艰难的条件下做出如此出众的贡献的呢?这源于他对科学探求目的的深刻认识。1657年,他在著名论文《论几何学精神》的一开头就写道:研究真理有三个目的:第一,追求真理时,发现真理;第二,已知真理时,求得论证;第三,探讨真理时,辨伪识真。
然而,在帕斯卡晚年的研究当中,对科学真理的探求一步步地被对上帝真理的追求所取代他成了一个坚定的天主教徒,逐渐放弃了对科学的研究。在他看来,宗教、信仰是探求世界本质真理的惟一途径,而科学研究虽然也以探究真理为目的,但这一目的追求的不过是万物表面、具体层面的东西。因此,在信仰与理智之间,信仰的境界无疑要比理智的境界高出许多。
帕斯卡的这一思想转向,人们都认为是科学界的一大损失,纷纷表示不可理解,有的人甚至还认为他可悲地误入了歧途。
1662年8月19日,疾病再一次袭击了他,而这一次他却没有能够幸免。帕斯卡在巴黎过早地去世,享年仅39岁。
帕斯卡是近代最伟大的科学家之一。他在短暂的人生年华当中,为人类的文明进步事业留下了一大批宝贵的精神遗产。他在几何、代数、物理等多种学科领域的许多贡献,直接开启了近代数理科学思想的发展。著名科学家达朗贝尔把他誉为阿基米德与牛顿两者工作的中间环节。
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