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第四十一回

神童的神童之谜,大师的大师之奇

“啪”,我一拍惊堂木:“列位看官,《科学家列传 贰》,这就开讲了!”

按时间先后顺序,开篇第一位,刚好排到法国科学家布莱士·帕斯卡。此兄的特点就两字:一是“谜”,二是“奇”!那位听众追问,他如何奇,怎么谜?嗨,这样说吧:他谜得离谱,奇得出格;在科学家中,虽不敢说是“后无来者”,但绝对是“前无古人”。这里当然不是指他同时是顶级的数学家、物理学家、哲学家、文学家、思想家和神学家等,因为这样的科学巨匠在历史上并不少见;而是在他的一生中,各种“奇”、各种“谜”都始终与他寸步不离,真让人百思不得其解。至于其“谜”与“奇”的细节嘛,还请各位读者自行品味。

帕斯卡,公元1623年6月19日出生在法国多姆山省。表面上看,这一点也不奇,更无任何谜嘛。别急,“奇谜”马上就来了,这次出马的好像是“死神”。你看,他的两个姐姐都很健康,甚至后来还成了他的早期教育启蒙老师;但是,他自己从出生起就体质虚弱。他3岁左右,妈妈就去世了;紧接着,他的一个妹妹又夭折了;另一个妹妹贾桂琳也只活了40年左右;在他28岁那年,他父亲也去世了;他自己从30岁开始,就一直被各种疾病缠身,随时都挣扎在死亡线上,最后也只活了区区39年。总之,在帕斯卡短暂的一生中,“死神”好像特别热心,随时都在他和他的家人身边徘徊,随时都在“邀请”他们前往,甚至不惜“强行拉客”,比如让他经历了多次重大灾难性事故等。此外,帕斯卡的死也非常“奇谜”,医生在检查其遗体时,竟然惊讶地发现:他腰上还围着一根宽皮带,其上布满了铁刺,刺尖对着肌肤,有的皮肉已被刺得血肉模糊,有的皮肉已严重发炎化脓、气味刺鼻。原来,这是帕斯卡版本的“头悬梁锥刺股”。他不仅是“吾日三省吾身”,而是随时都在“省吾身”,只要发现思想上哪怕有一丁点“走神”,就对着自己的腰带来上一拳,作为一种自我惩罚!尸检报告表明,帕斯卡之所以因痛苦的抽搐而进入临终状态,那是因为其胃和腹内多个器官都已严重病变,脑部也受损。其死因既可能是肺结核,也可能是胃癌,还可能是两者兼而有之。

那位看官又替我们担心了:“你这说书人,刚开始第一段就把主角从生到死都说完了,后面看你咋办!”嘿嘿,别急,说书人一张嘴,既能把活人说死,当然也就能把死人再说活。实际上,我们一翻黄历,果然在帕斯卡出生之年,在中国的明朝,奇谜之事也不少:像什么祥云地区发生地震啦;安南侵犯广西啦;黄河大决口,沿岸150里被冲为平地啦;明军在福建赶走荷兰侵略者,拘禁荷兰谈判代表,等等。

说过“死神”,再说“天神”。帕斯卡的父亲,虽也算是“吃皇粮的国家干部”,但怎奈家中有6个孩子嗷嗷待哺,再加多次丧子,中年丧妻后又一直单身,而且由于法国大革命,其“铁饭碗”后来也被砸,所以,家中确实没“余粮”,更无闲钱供养帕斯卡读书。换句话说,帕斯卡其实是一个典型的“失学儿童”;最初认识的那几箩筐大字,还是他的父亲和两个姐姐手把手教会的。但是,这位本该是文盲或半文盲的苦孩子,为啥却成了顶级的神学家、思想家、哲学家和文学家呢?这难道还不够奇吗,这难道不是谜吗!帕斯卡是真真切切地将其想法写成了其科学成果之外的代表作——《思想录》。该书以其锋芒的雄辩、深邃的思想及流畅的文笔,被认为是法国古典散文的奠基之作,连法国启蒙思想家、文学家、哲学家伏尔泰也都赞美说:“这是历史上最好的诗集!”至于普通法国人的评价嘛,那就更高了,甚至有这样一种说法:假如遭遇一场大火,必须从中抢救一本法国人写的书的话,那么,这一本书很可能就是帕斯卡的《思想录》。

由于本书只写科学家,也由于《思想录》中涉及太多的宗教和神学内容,因此,不便在此对其介绍。帕斯卡的思想转变过程,对一个科学家来说,也堪称典型的“奇谜”:帕斯卡一家本来都信奉天主教,但在他23岁时,父亲的一场怪病,使其宗教思想产生了重大变化,并陷入一种更深奥的信仰方式;此举对其后半辈子产生了重大而神秘的影响,从此,他开始认真阅读《圣经》。1656年,33岁的帕斯卡正式开始创作《思想录》,可惜至死也未最终完成。为了对读者负责,我们还很认真地阅读了《思想录》。遗憾的是,由于我们不懂宗教,也非信徒,所以体会不到其中的灵气。但猛然看去,莫非帕斯卡想要自创一套完整的神学?

说过“天神”,再说“数神”。帕斯卡的父亲,是全家唯一上过大学的人,也是一位小小的税务员。其主要任务就是到处替皇家收税,当然也就少不了写写算算,经常与数字打交道。也许是“久病成医”或“日久生情”之故吧,一来二去,父亲就真的爱上了数学,并从牙缝中挤出一些散碎银子,购买了不少数学书籍,甚至还成了一位“非著名数学家”。但是,穷怕了的父亲深知数学研究不能挣钱糊口,而且沉溺数学后也很伤神伤身,再加帕斯卡从小就体弱多病;所以,父亲不但拒绝教给帕斯卡任何数学知识,而且还把家里的数学书都锁了起来,甚至只要帕斯卡在场,父亲就绝不与访客讨论数学问题。父亲这一做法,反而引起了儿子对数学的好奇,于是,帕斯卡开始偷偷研究数学。

11岁那年,有一次帕斯卡路过厨房,偶然听到盘子碰撞的叮当声。这十分平常的现象,却引发了他的深思:为啥碰撞声不随盘子的分离而马上消失呢?于是,他就自己反复实验,并发现:敲击盘子后,声音会延绵不断,但只要用手按住盘子,声音就会马上停止,且手指碰在盘沿时,还略有振感呢!原来,使物体发声,最要紧的是振动;即使敲打已停,只要振动未停,就仍能继续发声。于是,他结合自己仅有的那点数学知识,竟然将该发现写成了一篇学术论文。父亲大为紧张,认为这又是数学惹的祸,于是干脆下令,禁止儿子在15岁以前继续研究数学。哪知,仅仅一年之后,12岁的帕斯卡,竟当着父亲的面,用树枝在地上用极其巧妙的办法独立证明了几何学中的一个基础定理:任何三角形的内角之和都等于180度。望着如此出奇的证明方法,父亲惊呆了:原来儿子的数学天赋竟如此之高!从此,父亲公开了自己的所有数学藏书,并精心指导帕斯卡全面系统地学习了欧几里得几何。果然,帕斯卡在几何方面一点就通,甚至又独立发现了欧几里得的前32条定理,且顺序都未变。

父亲深知自己的那半瓶子醋的数学水平已不能满足儿子的需求了,于是,便四处积极“搬救兵”。终于,在帕斯卡14岁那年,应他父亲的多次恳求,梅森神父修道院的“梅森学院”总算允许帕斯卡参加一些科学家聚会活动,并同意他旁听一些杰出数学家和科学家的学术报告。其中的一次报告引起了帕斯卡的强烈兴趣,于是,循着报告者的思路,16岁的帕斯卡竟然写出了一篇名叫《神秘六边形》的短文,直接发现了今天称为“帕斯卡六边形定理”的著名结论。17岁时,他又写成《圆锥曲线专论》,至今仍被数学界广泛称作“帕斯卡定理”;它是自古希腊阿波罗尼奥斯(公元前262年至公元前190年)以来,圆锥曲线理论的最大进步,同时它还对射影几何的早期发展起到了重要推动作用,充分展示了射影几何那深刻、优美、直观的一面。笛卡儿等著名数学家仔细读过此文后,都为论文精彩的结论而赞叹,但同时又都怀疑这是有人冒名,因为,如此神来之笔不可能出自一位少年之手。当然,这篇短文也使得帕斯卡名声大震,从此,他就正式踏进了法国学术界的大门,并在随后取得了众多科研成果。

书中暗表,“梅森学院”是由梅森神父创立的一个学术俱乐部,它在现代科学的发展过程中扮演了十分重要的角色。这主要是因为梅森神父生前喜欢结交顶级科学家朋友,在他去世后的遗产中,竟留下了与欧洲各国多达78位著名学者的珍贵信函,涉及各个科学领域的众多科学家,比如费马、伽利略、托里拆利、笛卡儿等。当然,梅森最珍贵的遗产还是梅森学院本身,因为,它后来发展成了巴黎皇家科学院,不但聚集了当时欧洲各国的顶级科学家,比如荷兰人惠更斯,意大利人卡西尼,德国人莱布尼茨、达朗贝尔、拉普拉斯、拉格朗日等;而且,还培养出了19世纪上半叶照亮法兰西的主要科学群星,比如其名被用作电流计量单位的安培、热力学创始人卡诺、光学波动说的“旗手”菲涅耳、在数学和物理等领域都有冠名定理的泊松等。

仍然是在梅森学院,帕斯卡还认识了许多科学大家,尤其值得一提的人物就是数学家费马。如今数学界已将1654年7月29日公认为是“概率论的诞生日”,而这一天其实是帕斯卡和费马开始通信讨论“赌博计算”的日子。换句话说,正是从这天起,他们开始合作研究“在掷三个骰子的赌博游戏中,对某些组合所下的赌注,为啥老是输钱?”并共同提出了离散随机变量的期望值概念。另外,他们还发现:赌资进账与相关骰子组合的期望值很接近;若对期望值偏小的几种组合下注,就更可能赔钱。由于数学期望奠定了概率论基础,所以,他们也被誉为概率论和组合分析的“数学理论之父”。此外,在掷骰子的研究过程中,帕斯卡还独立发现了“帕斯卡三角形”,虽然它其实就是公元1100年由中国数学家发现的“杨辉三角”,但是帕斯卡将此三角形与概率、期望、二项式定理、组合公式等联系在了一起,从而构成了较完整的现代概率理论体系,以至于直接促成惠更斯于1657年写成了概率论的最早系统性著作——《论赌博中的计算》。

当然,帕斯卡的谜与奇绝不仅限于上述的“死神”“天神”和“数神”,但是,所有“奇谜”都有一个共同特点,那就是,帕斯卡的这些超人本领到底是跟谁学的,难道世上真有无师自通的魔法吗?为啥他总能在极短的时间内,把任何科研都能做得那么好?

伙计,虽然计算机已家喻户晓,但你知道世界上第一台计算机是谁为啥而造的吗?你知道有一种计算机语言为啥叫Pascal吗?若不知道,那就再给你讲一个帕斯卡的“奇谜”吧。未满19岁时,帕斯卡看到父亲每天收完税后都要对相关数据进行十分繁杂的计算,非常辛苦;所以,他就决心动手研制一台计算器,以减轻老爸的劳动强度。这次帕斯卡又说到做到了,他竟然只用一个齿轮表示数字,经过适当搭配,使较低位数字的齿轮每转动10圈较高位数字的齿轮才转动1圈,这就解决了数字运算的进位问题。于是,他真的制成了一台能做加、减运算的手摇数字计算器。据说,该计算器第一次公开演示时,帕斯卡的破屋被参观者围得水泄不通,大家都来亲眼见证效率超过手工计算数倍的机器。不久,这种机器就红遍了整个法国。刚开始时,帕斯卡的手摇计算器,只能计算6位数的加减法。在随后10年里,他又不断改进,共造出50多台机器,现在还存有8台,其中最早的两台分别收藏在法国巴黎工艺美术博物馆和德国茨温格博物馆。为纪念这项伟大发明,如今,计算机的一种高级语言就被叫作Pascal,意指帕斯卡。只可惜,帕斯卡计算器在当时并未取得商业成功,因为它太贵,以至于更像是玩具或奢侈品,只是供富豪们买去作为显示地位的象征;但是,帕斯卡计算器为以后的计算机设计提供了基本原理。

伙计,再问你一个问题:压强或气压单位,为啥叫“帕”?你可能猜得到头,“帕”是为了纪念帕斯卡;但你却很难猜得到尾,因为,帕斯卡竟然只用非常简单的一招,气压或液压,就解决了诸多迷惑人类数千年的难题。那么,帕斯卡是如何做到这一点的呢?

嘿嘿,先卖一个关子,讲讲“隔空打牛”的故事。许多人都会认为,武侠隔空打牛不靠谱。其实,这事儿很靠谱,而且只要条件合适,任何人都能隔空打牛。你若不信,可做一个简单实验:将一根水管的一头用薄纸密封,然后,对准水管的另一头一巴掌扇扣下去,那么,密封水管的薄纸几乎在瞬间就会被击破。无论该水管有多长,哪怕是从大山的南坡延续到北坡;也无论扇巴掌的人是谁,哪怕只是弱不禁风的林妹妹。那位看官较真啦,你不是说“隔空打牛”吗,咋只讲了隔空破纸?嗨,其实原理都一样,它就是由帕斯卡在30岁(1653年)那年提出的著名的帕斯卡定律:加在密闭流体上的压强,能大小不变地由流体向各方传递;或者换句话说,不可压缩静止流体中任一点受外力产生压强增值后,此压强增值将瞬间传至静止流体的各点。中学生都知道“压力=压强×受力面积”,因此,将上述水管封纸的那头变得足够大,而且密封地贴在大牛的一侧,那么,从理论上说,只需林黛玉一巴掌,就能从水管的另一头将牛击倒。其实,大家几乎每天都会见到帕斯卡的这种“隔空打牛”,比如液压千斤顶、水压机等。

如果帕斯卡只是造出了水压机(当然他确实造出了水压机,而且还引起了轰动,甚至被称为“液压机之父”),那就还不算太奇,关键是这老兄又把“帕斯卡原理”发挥到了极致。比如,由于药液是不可压缩的流体,空气也是几乎不可压缩的流体,那么,在密闭的管子中抽动活塞就能推拉药液,于是,帕斯卡就发明了注射器;由于水银是不可压缩的流体,而且水银还能将空气密封,于是,帕斯卡又很巧妙地将其水压机改造成了“水银气压计”。哇,这一下就更不得了啦,因为,这无异于当年的孙悟空获得了金箍棒。只见帕斯卡,扛着这根“金箍棒”,在山顶立一下,在山腰立一下,在山脚立一下,妈呀,水银气压计中的水银柱高度竟然不一样呢!再经反复测试,帕斯卡发现:在同一地点,海拔高度不同时,水银柱的高度将不一样;相反,在不同的地点,只要海拔高度相同,则水银柱的高度就一样;海拔高度越高,水银柱越低;而且,水银柱与海拔高度的变化,存在着明显的量化规律。于是,帕斯卡不但为流体动力学和流体静力学的研究铺平了道路,而且还发现了大气层的许多秘密,比如确证了空气有重量,还首次计算出了空气的密度;发现了海拔越高,气压就越小,空气就越稀薄,以至最终变成真空区域,从而彻底否定了当时已持续数千年的“自然厌恶真空”的传统观念。帕斯卡发明的“大气压”,已成为气象学的核心概念,还开创了当今主流的天气预报手段呢。帕斯卡还是流体力学与刚体力学的奠基者。

当然,帕斯卡的科学成就绝不止上述几条。比如,1654年,他研究了无穷小的不可分原理,发现了“计算不同曲线所围面积和重心”的通用算法,此研究对莱布尼茨创立微积分有很大启发。其实,若从科学家角度去考察帕斯卡的话,那么,上述所有的“奇”与“谜”都可归纳成一句话,那就是,他的科研天才“来无踪”。但更神奇的是,这些“来无踪”的东西竟然也同样不可思议地“去无影”!因为,从1655年开始,帕斯卡就突然从科学界“人间蒸发”了。准确地说,他对数学、物理等都厌烦极了,决定放弃科研,潜心神学,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。他在神学中建立的直觉主义原则,对后来的许多名家(如卢梭和伯格森等)都产生了重大影响。

帕斯卡的晚年,完全处于隐居状态,他进入了与世隔绝的神学中心披特垒阿尔修道院,直到郑成功收复台湾且病逝的那年(1662年)的8月19日去世,享年仅仅39岁。

为了纪念帕斯卡的巨大贡献,后人在其墓碑上刻了“一张面积为1平方厘米、质量为l克的薄纸”,意指该纸对碑石的压力刚好是1帕。 C2H7bGB/+omA/QC/pASde10dY9Et51T+i3DSfGrk+MyGPxzdgva1SDH7S63AmYvo

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