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帕斯卡:他,制造了计算器

发布时间: 2019-02-26 11:35:34   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:        字号:[ 常规 ]

11岁时,他写了一篇关于 声学问题的论文,探讨振动体一经触摸立即停止发音的原因。

12岁时,他钻研几何学并掌握了大量的几何学知识。

14岁时,他参加梅尔森家的聚会,认识了笛卡尔、霍布斯、费马等人。

16岁时,他写成有名的论文《圆锥曲线论》,提出以他的名字命名的定理。

18岁时,他创制了第一架机械式计算器。

他,就是布莱斯·帕斯卡。

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 少年天才“偷学”记

1623年6月,帕斯卡出生在法国中部的克莱蒙市。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,经常和客人高谈阔论有关数学的话题。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,数学是一种非常有趣的事物的印象在他幼小的心坎里深深地扎下根来。

帕斯卡从小身体瘦弱。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,父亲却不大想让他在数学方面发展下去,他深知从事数学研究是一件极其艰苦的事,对瘦弱的帕斯卡来讲,无疑是不适合的。

父亲的反对没有丝毫减少帕斯卡对数学的兴趣。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地找数学书来读。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,但是后来他还是“妥协”了。帕斯卡终于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。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,学习欧氏的《几何原本》了。仅过了一年,他就精通了《几何原本》,并于同年发现了“帕斯卡三角形”。1639年,帕斯卡16岁时写成有名的论文《圆锥曲线论》,提出以他的名字命名的定理, 即圆或椭圆的任意内接六边形的三组对应边的交点是在一条直线上。《圆锥曲线论》继承并发展了数学家德札尔格的工作,引出推论400余条。 笛卡尔看后曾大加赞赏,并一度怀疑这篇文章出自一个16岁少年的手笔。

研制计算器

4岁时,帕斯卡的母亲去世了,一家迁往巴黎,父亲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,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。

帕斯卡发现,在物理学当中,有一种齿轮系传动现象: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呢?帕斯卡一边想,一边开始动手研究制作起来。

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,但是计算效果却非常糟糕。此后2年,帕斯卡一直坚持制造改进模型。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。

然而,计算器的出现,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。而其内在的原理、思想更是开启了人们的新思维,标志了近现代计算技术的开端。

空气有重量

亚里士多德认为空气是没有重量的。随着对自然界认识的深入,一批科学家开始向传统的权威论断发起了挑战,并且不断有人证明“空气是有重量的”。

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。当时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。帕斯卡将这一方法进行了推广应用。他在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。

帕斯卡身体一直很孱弱,以后一直疾病缠身,又由于父丧和一次突发的马车事故,打断了他在科学事业中的创造性才华。31岁时,他退隐于修道院,转而在神学、哲学上写作,1662年8月19日病逝于巴黎,终年39岁。