| 词条 | 布莱士·帕斯卡 |
| 释义 | § 人物简历 布莱士·帕斯卡 生於克莱蒙费朗，早逝於巴黎。父亲是数学家、“梅森学会”成员，对他的早期教育影响很大。他自幼聪颖，求知欲极犟，12岁始学几何，即通读欧几里得（Euclid）的《几何原本》（Elements）并掌握了它。16岁时发现著名的帕斯卡六边形定理：内接於一个二次曲缐的六边形的三双对边的交点共缐。据说他後来由此推出400多条推论。17岁时写成《圆锥曲缐论》(1640)，是研究德札尔格（Girard Desargues）射影几何工作心得的论文，包括上述定理。这些工作是自希腊阿波罗尼奥斯（Apollonius of Perga）以来圆锥曲缐论的最大进步。1642年他设计并制作了一台能自动进位的加减法计算装置，被称为是世界上第一台数字计算器，为以後的计算机设计提供了基本原理。1654年他开始研究几个方面的数学问题，在无穷小分析上深入探讨了不可分原理，得出求不同曲缐所围面积和重心的一般方法，并以积分学的原理解决了摆缐问题，於1658年完成《论摆缐》。他的论文手稿对莱布尼茨（Gottfried Leibniz）建立微积分学有很大启发。在研究二项式系数性质时，写成《算术三角形》向巴黎科学院提交，後收入他的全集，并於1665年发表。其中给出的二项式系数展开後人称为“帕斯卡三角形”，实际它已在约1100年由中国的贾宪所知。在与费马（Pierre Fermat）的通信中讨论赌金分配问题，对早期概率论的发展颇有影响。他还制作了水银气压计（1646），写了液体平衡、空气的重量和密度等方向的论文（1651－1654）。自1655年隐居修道院，写下《思想录》 （1658）等经典著作。 § 生活经历 帕斯卡生于法国多姆山省奥弗涅地区的克莱蒙，从小体质虚弱，三岁丧母。父亲艾基纳（1588年—1651年）是一个小贵族，担任地方法官的职务，是一位数学家和拉丁语学者。布莱士·帕斯卡是杰奎琳·帕斯卡和另外两个姐妹（只有其中之一，洁柏特活过童年）的兄弟。母亲死后，父亲就辞去了法官职务。 1623年6月19日诞生于法国多姆山省克莱蒙费朗城。帕斯卡没有受过正规的学校教育。他4岁时母亲病故，由受过高等教育、担任政府官员的父亲和两个姐姐负责对他进行教育和培养。他父亲是一位受人尊敬的数学家，在其精心地教育下，帕斯卡很小时就精通欧几里得几何，他自己独立地发现出欧几里得的前32条定理，而且顺序也完全正确。12岁独自发现了“三角形的内角和等于180度”后，开始师从父亲学习数学。1631年帕斯卡随家移居巴黎。父亲发现帕斯卡很有出息，在他16岁那年，满心喜欢地带他参加巴黎数学家和物理学家小组（法国巴黎科学院的前身）的学术活动，让他开开眼界，17岁时帕斯卡写成了数学水平很高的《圆锥截线论》一文，这是他研究德扎尔格关于综合射影几何的经典工作的结果。 1631年帕斯卡全家移居巴黎。艾基纳自己教育帕斯卡并且常与巴黎一流的几何学家如马兰·梅森、伽桑狄、德扎尔格和笛卡尔等人交谈，小帕斯卡也在此时表现出在数学上很高的天赋。11岁时小帕斯卡写了一篇关于振动与声音的关系的文章，这使得艾基纳担心儿子会影响希腊和拉丁文的学习，于是禁止他在15岁前学习数学。一天，艾基纳发现布莱士（当时12岁）用一块煤在墙上独立证明三角形各角和等于两个直角。从那时，帕斯卡被允许学习欧几里德几何。 小帕斯卡对德扎尔格的着作特别感兴趣。在德扎尔格思想的影响下，帕斯卡16岁写成《论圆锥曲线》。这本书的大部分已经散失，但是一个重要结论被保留了下来，即“帕斯卡定理”。笛卡尔对此书大为赞赏，但是不敢相信这是出自一个16岁少年之手 布莱士·帕斯卡1641年帕斯卡又随家移居鲁昂。1642年到1644年间帮助父亲做税务计算工作时，帕斯卡发明了加法器，这是世界上最早的计算器，现陈列于法国博物馆中。1610年他接受了宗教教义，但仍致力于科学实验活动，到1653年之间，帕斯卡集中精力进行关于真空和流体静力学的研究，取得了一系列重大成果。 1647年重返巴黎居住。他根据托里拆利的理论，进行了大量的实验，1647年的实验曾轰动整个巴黎，他自己说：他的实验根本指导思想是，反对“自然厌恶真空”的传统观念。1647年到1648年，他发表了有关真空问题的论文。1648年帕斯卡设想并进行了对同一地区不同高度大气压强测量的实验，发现了随着高度降低，大气压强增大的规律。在这几年中，帕斯卡在实验中不断取得新发现，并且有多项重大发明，如发明了注射器、水压机，改进了托里拆利的水银气压计等。1649年到1651年，帕斯卡同他的合作者皮埃尔（Perier）详细测量同一地点的大气压变化情况，成为利用气压计进行天气预报的先驱。1651年帕斯卡开始总结他的实验成果，到1654年写成了《液体平衡及空气重量的论文集》，1663年正式出版。此后帕斯卡转入了神学研究，1655年他进入神学中心披特垒阿尔。他从怀疑论出发，认为感性和理性知识都不可靠，从而得出信仰高于一切的结论。 1646年前帕斯卡一家都信奉天主教。由于他父亲的一场病，使他同一种更加深奥的宗教信仰方式有所接触，对他以后的生活影响很大。帕斯卡和数学家费马通信，他们一起解决某一个上流社会的赌徒兼业余哲学家送来的一个问题，他弄不清楚他赌掷三个骰子出现某种组合时为什么老是输钱。在他们解决这个问题的过程中，奠定了近代概率论的基础。在他暂短的一生中作出了许多贡献，以在数学及物理学中的贡献最大。1646年他为了检验意大利物理学家伽利略和托里拆利的理论，制作了水银气压计，在能俯视巴黎的克莱蒙费朗的山顶上反复地进行了大气 布莱士·帕斯卡压的实验，为流体动力学和流体静力学的研究铺平了道路。实验中他为了改进托里拆利的气压汁，他在帕斯卡定律的基础上发明了注射器，并创造了水压机。他关于真空问题的研究和著作，更加提高了他的声望。他从小就体质虚弱，又因过度劳累而使疾病缠身。然而正是他在病休的1651～1654年间，紧张地进行科学工作，写成了关于液体平衡、空气的重量和密度及算术三角形等多篇论文，后一篇论文成为概率论的基础。在 1655~1659年间还写了许多宗教著作。晚年，有人建议他把关于旋轮线的研究结果发表出来，于是他又沉浸于科学兴趣之中，但从1659年2月起，病情加重，使他不能正常工作，而安于虔诚的宗教生活。最后，在巨大的病痛中逝世。 1662年8月19日帕斯卡逝世，终年39岁。后人为纪念帕斯卡，用他的名字来命名压强的单位，简称“帕”。 § 物理单位-帕 帕斯卡（符号Pa）是国际单位制(SI)的压力或压强单位。在不致混淆的情況下，可简称帕。它等于一牛顿每平方米。以法国数学家、物理学家兼哲学家布莱士·帕斯卡命名。 1 Pa = 1 N/m² = 1 (m·kg·s-²)/m² = 1 (kg·s-²)/m = 0.01毫巴(mbar) = 0.00001巴(bar) 同样的单位也可表示应力。 标准大气压是101 325 Pa = 101.325 kPa = 1013.25 hPa = 1013.25 mbar = 760 Torr (ISO 2533). 布莱士·帕斯卡全世界的气象学家长期以毫巴测量气压。推出SI单位后，很多气象学家仍偏好保存习惯性应力数据。因此，气象学家今天对气压使用百帕(hPa)以等于毫巴，而其他几乎不用词头百(hecto, h)的领域的类似压力以千帕(kPa)测量之。 1百帕 (hPa) = 100 Pa = 1 mbar 1千帕 (kPa) = 1000 Pa = 10 hPa 帕斯卡与其他单位的转换 1 巴 100 000 Pa 1 毫巴 100 Pa 1 大气压力 101 325 Pa 1 mmHg (毫米水银柱) 133.332 Pa 1 inch Hg (英寸水银柱) 3 386.833 Pa 1 M Water (米水) 9800 Pa 帕斯卡，B. § 研究领域 布莱士·帕斯卡 帕斯卡的成就是多方面的。他在数学和物理学方面所做出的贡献，在科学史上占有极其重要的地位。 帕斯卡的数学造诣很深。除对概率论等方面有卓越贡献外，最突出的是著名的帕斯卡定理－－他在《关于圆锥曲线的论文》中提出的。帕斯卡定理是射影几何的一个重要定理，即“圆锥曲线内接六边形其三对边的交点共线”。 在代数研究中，他发表过多篇关于算术级数及二项式系数的论文，发现了二项式展开式的系数规律，即著名的“帕斯卡三角形”。（在我国称 “杨辉三角形”），他与费马共同建立了概率论和组合论的基础，并得出了关于概率论问题的一系列解法。他研究了摆线问题，得出了不同曲线面积和重心的一般求法。他计算了三角函数和正切的积分，最早引入了椭圆积分。 § 研究贡献 1、1639年，他发表了一篇出色的数学论文《论圆锥曲线》 2、他撰写的哲学名著《思想录》 3、帕斯卡发现了大气压强随着高度的规律。他不仅重复了托里拆利实验，而且验证了他自己的推论：既然大气 压力是由空气重量产生的，那么在海拔越高的地方，玻璃管中的液柱就应该越短。 4、 《致外省人书》 5、1641年，帕斯卡发明了加法器 6、《关于圆锥曲线的论文》 7、发现帕斯卡定律(流体（气体或液体）力学中，指封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将毫无损失地传递至流体的各个部分和容器壁压强等于作用力除以作用面积。根据帕斯卡原理，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的10倍，那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的10倍，而两个活塞上的压强仍然相等。水压机就是帕斯卡原理的实例。它具有多种用途，如液压制动等。 8、帕斯卡还发现：静止流体中任一点的压强各向相等，即该点在通过它的所有平面上的压强都相等，这一事实也称作帕斯卡原理（定律）。 § 相关趣事 有这样一则笑话：死后的科学家都到了天堂。有一天，科学家们玩捉迷藏，轮到爱因斯坦抓人。他数了100个数后，发现牛顿站在身边，就说：“牛顿，我抓住你了。” “不，你抓的不是牛顿。” “那你是谁？”爱因斯坦问。 “你看我脚下是什么？”牛顿狡猾地一笑。 爱因斯坦看到，牛顿脚下是一块边长为一米的正方形木板。 “我站在一平方米的木板上，就是‘牛顿/平方米’所以你抓到的不是牛顿，而是‘帕斯卡’①。” 爱因斯坦听后，叫来帕斯卡。帕斯卡听后微笑了一下，弯腰捡起了牛顿脚下的木板对爱因斯坦说：“我现在是帕斯卡，对吗？”说罢，一下把木板丢了出去。“没有了平方米，现在，我是牛顿。” § 科学家之死 雨夜魂飞 夜空，被滚滚的乌云笼罩着，整个天空黑得伸手不见五指；阵阵狂风，呼啸而过，像被一个巨大的狂人摇撼着的树枝，东摇西晃；大雨倾盆而下，整个宇宙充满了风声、雨声，使这个盛夏的深夜，更叫人闷得透不过气来! 这时，在一条小路上，一辆马车离开法国巴黎冒雨向郊区飞驰。马蹄声、车轮飞奔溅起的水花声，都湮没在风雨声中。车里坐着的两个人，希望快点到达目的地，抢救病危的科学家帕斯卡。空中一道道闪电，映出路牌上的一行字：去神学中心披垒阿尔。接着，几声震耳的雷声，响彻天空!布莱士·帕斯卡坐落在巴黎郊区的神学中心，是一所宏伟的教堂式建筑，是一所专门培养研究神学人才的地方，两个尖尖的钟楼塔，隐没在大雨中。马车停在神学中心的门口，从车上跳下来的是帕斯卡的老仆人勒威耶以及他请来的名医裴索。两人匆匆穿过走廊，走进帕斯卡的卧室。当勒威耶看见帕斯卡垂危的样子时。便一下扑向床边，摇着帕斯卡的手臂，喊着主人的名字。仰卧着的帕斯卡猛然睁开了眼睛，看了看床边站着的医生，用手指指桌上零乱放着的实验仪器，又指了指墙上挂着的神像后，头慢而无力地歪向了一边，停止了呼吸。这时钟楼响起了阵阵的钟声，钟声悲怆，颤抖着，穿过雨云，传向四方。裴索医生看了一眼墙上的日历是：l662年8月19日，时钟指在零点。然后叹息地说：“39岁就离开人世，太年轻了。”但医生对帕斯卡死前指指这儿，又指指那儿的意思，迷惑不解。 当医生进一步检查帕斯卡的尸体时，发现在他腰上围着一根有一掌宽的皮带，上面布满了铁刺，刺尖都对着肌肉，有的地方被刺得血肉模糊；有的地方发炎化脓，气味刺鼻。裴索医生心中升起一团疑云，便问勒威耶：“这是怎么回事?” 崭露头角 65岁的老仆人勒威耶悲痛地回忆着往事：“公元l623年6月，帕斯卡出生在克莱蒙费朗。父亲是一位家乡税务所的课税员，数学很好。帕斯卡在父亲的教育下，刻苦钻研，努力学习，成绩很好。13岁那年，他每天伏在桌子上写呀，算呀，不停地钻研，结果他发现了二项式展开系数规律——帕斯卡三角形；不满l6岁时，他又发现了影射几何学的一个基本原理，他利用这个原理又经过一年多的钻研，推导出四百多个推论。这些，在当时的数学界算是个大贡献，一个青少年可算是崭露头角了。帕斯卡到了19岁时，已经成长为一个有作为的青年了，他看到父亲每天要进行十分繁杂的计算，非常辛苦，就决心动手研制一台计算器，代替父亲的劳动。经过研究，他用一个齿轮表示数字，经过适当地搭配，使表示较低位数字的齿轮每转动十圈，较高位数字的齿轮就转动一圈，这就解决了进位的问题。于是，制成了一台能做加、减运算的手摇计算机。(从某种意义上说，这就是世界上第一台数字计算机呢!)记得第一天使用机器时，帕斯卡住处被附近来参观的人们围得水泄不通，都来争看能提高手工效率几倍的机器。不久，全法国都推广使用了这种机器。” 说到这里，勒威耶为主人有这么多成就而感到自豪，悲痛的心情已消失：医生听着不停地点头，对帕斯卡的成就，表示钦佩。 “听说帕斯卡还研究了一条什么定律，你了解这件事的过程吗?”医生问。 “了解，我从20岁就在帕斯卡家当仆人，眼看着帕斯卡长大的，很多事都知道。”勒威耶眉飞色舞地继续说下去。 水桶的启示 “记得帕斯卡23岁那年的一天，我提了满满一桶水进屋，由于木桶破旧，桶的侧壁往外喷水，这个现象吸引了帕 布莱士·帕斯卡斯卡，他不让我把水桶提走，眼看水流得遍地皆是。水流完后他让我再提水，再观察。那几天忙得他少吃饭，不睡觉。”勒威耶由于自己也参加了这项实验，谈起话来面有得意之色，看了看医生，接着又说下去。 “水桶给帕斯卡很大的启示，后来他对我讲，水桶侧壁小孔离水面越深，压强就越大，水流出的速度也就越大。又过了些日子，帕斯卡又设计制作了一个完好的木桶，盖子密封在桶上，在盖子的中心开一个不大的小孔，桶里灌满水后，木桶没有任何异样。后来，他把一根长长的细铁管插到木桶的小孔上，并使接口处不漏水，然后从管子上方倒了几杯水，使管子里的水面提高了好几米，当管内水达到一定高度时，木桶破裂了，您说怪不怪?后来帕斯卡总结了规律，写成了论文，就叫帕斯卡定律。听说有人正在用这个定律研制水压机呢!”勒威耶略一停顿又补充说：“噢，还有数学归纳法也是他研究出来的。他还非常喜欢文学，他写的《思想录》《致外省人信札》两部文学作品，在欧洲都被公认是文学名著!” 由于医生每天忙于给病人治病，对帕斯卡这位才华横溢、科学上传奇式人物的事迹，虽耳有所闻，但不详细。今天听了勒威耶的介绍后，不仅对帕斯卡更加尊敬，就是对勒威耶老仆人也肃然起敬。但有关腰带和帕斯卡死前的动作，心里仍然迷惑，于是用较为尊敬的口气问：“请您谈谈帕斯卡身上围的那根腰带的事好吗?谢谢。” 勒威耶虽然感到医生已经用较为客气的口吻和他谈话，但他听医生问起这事，不由得脸色变了…… 腰带之谜 “一件事的发生、发展、结果，在一定程度上是有着相互联系的，您说对吗?”使医生大为惊异的是这位饱经沧桑的老仆人竞能说出这样富有哲理的话，内心十分钦佩，急忙频频点头称是。老仆人继续说下去。 “生活在我们这个时代的人，大部分人都相信宗教，尊奉圣经。哥白尼于1543年出版了《天体运行论》，主张日心说。的确，在那个时代，谁要说太阳不是围绕地球运动，地球不是静止的，推翻圣经中的观点，必将与教会冲突；也必将与大家都承认的亚里士多德的运动学说发生冲突，在这一方面说，哥白尼是一位非常勇敢的人。” 医生感到这位老仆人和帕斯卡这位伟人朝夕相处，已是一位有一定学问的人了，但他急于要想把谈话继续下去，所以就追问了一句：“那另一方面是什么?为什么教会没查禁哥白尼写的书?”布莱士·帕斯卡“哥白尼在他的书中，开头就写着：哥白尼献给教皇保尔三世，并援引了古代毕达哥拉斯学派的意见，这派是相信地球是运动的，至于与圣经有矛盾的问题，他都避而不谈，如此等等。后来伽利略为捍卫和发展日心说，写了《对话》一书，直到1632年被教会判处死刑为止，教会才真正发现哥白尼、伽利略的著作，都是和教会的观点针锋相对的，这对教会来说是绝对禁止的。帕斯卡就是在这种社会背景下出生、成长的。当帕斯卡对科学不断深入研究不断做出贡献时，他始终感到教会与神的幽灵在他思想上徘徊。许多科学理论、事物规律，都和宗教的教义十分矛盾，越研究，越觉得寸步难行。他曾对我说过，他十分苦恼。有时他怀疑他是不是要步伽利略的后尘，他还怀疑自己的研究方向是不是错了，如此等等。后来，他决定把宗教信仰和数学的理性主义调和起来，成为一体。事实上他在思想上还是以信奉宗教为主。帕斯卡一生的实践证明，这是行不通的。因此，他对数学、物理都厌烦了，决定放弃科学研究，专门钻研神学。为了专心信奉宗教，他除了从住处搬到神学中心外，还专门制作了一条有尖刺的腰带缠在腰上，一旦发现了自己产生了什么对神不虔诚或者想专心研究科学等邪念时，便用拳打腰带来刺痛肉体。由于长期思想上的苦恼，体质不好，得了各种严重的病症，他又不愿积极治疗，就这样在歧路上折磨自己，毁灭了自己。一个人，不论他搞一件什么事，没有一个坚定正确的思想是搞不成的，调和与摇摆也一定不成。” 医生睁大了眼睛，一字不漏地听着勒威耶这番精辟的分析，明白了腰带之谜；也明白了帕斯卡死前的动作，那是指两件相对立的事物，科学与宗教始终没能调和在一起，死而有憾! 院里雨停了，风住了，天光大亮。树木、房屋、草地、天空，像洗了一次澡，给人一种清新的感觉。宇宙的一切，又在以新的面貌不停地运动着。 墓碑寓意布莱士·帕斯卡 五年后深秋的一天，老勒威耶拄着拐杖，领着六岁的小孙子，步履缓慢地来到帕斯卡的墓前，怀着无限留恋的心情，凭吊墓里的主人。小孙子好奇地问：“爷爷，那块大石碑上写的是什么呀!上面是不是刻的一张桌子呀!” “石块上写着： 文学家、数学家、物理学家帕斯卡之墓 1623．6．19—1662．8．19 “墓碑上是刻着一张桌子，上面还刻了一张纸片，表示大约相当于一块面移为1厘米2、质量为l0毫克的物质对桌面的压力，是国际通用的压强单位，叫做1帕斯卡，常说是‘每平方米上有l牛顿的压力’。” “墓碑前树立的神像为什么不刻在石碑上呢?压强单位为什么叫帕斯卡?”小孙子对方才答话的后半部没听懂。 “世界上为了纪念帕斯卡的贡献，才把他的名字定做压强单位。石碑上刻着科学研究成果，和神像不能也无法刻在一块石碑上。”老勒威耶不管小孙子听懂了没有，领着小孙子慢慢地走远了。这时，墓地草丛里响起了阵阵的蛐蛐叫声。 § 参考资料 http://www.ndcnc.gov.cn/datalib/2004/Celeb/DL/DL-183550/ http://www.kepu.gov.cn/kp_mantan.asp |
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