趣談物理學家之帕斯卡:少年時以數學成神童最終卻因物理更著名

2021-01-14 愛科創教

說起帕斯卡,那可是一個不折不扣的數學神童。他十六歲發現了著名的帕斯卡六邊形定理,十七歲寫成《圓錐曲線論》,十九歲設計並製作了一臺能自動進位的加減法計算裝置,這個裝置被稱為世界上第一臺數字計算器。基於以上種種,帕斯卡都應該是一個數學家才對,他到底是怎樣彎道超車變成物理學家的呢?

圖一 帕斯卡畫像

這得從託裡拆利實驗說起,著名的託裡拆利實驗引起了帕斯卡的興趣。但帕斯卡的興趣點不僅在大氣壓強上,他還對託裡拆利實驗中玻璃管內的真空非常感興趣。因為在當時,人們對真空缺乏認識,傳統觀念認為「自然厭惡真空」。而帕斯卡在1647年根據託裡拆利的理論進行了一系列有關真空的實驗,引起了科學界的轟動,並於次年發表了有關真空的論文,修正了人們對真空的錯誤認識。

不僅如此,帕斯卡還認為大氣壓應該與高度有關,於是便設想在不同的高度同時做託裡拆利實驗的想法。但由於當時的建築物還不足以對實驗結果產生明顯的影響,所以他就想到去山上做實驗,這難住了帕斯卡。因為帕斯卡從小體弱多病,他身體弱到什麼程度呢?至今說到帕斯卡還有人稱他為「半殘人」(但也有人說帕斯卡是腳有殘疾)。由於身體的原因他無法爬山,所以只好向別人求助,他求助內弟(妻子的弟弟)佩利爾來幫忙在山頂完成了實驗,發現果然氣壓因高度增加而減小了,由此發現了大氣壓與高度的關係,並完成了《液體平衡論》和《大氣重力論》兩部著作,確立了大氣壓力的理論與流體靜力學的基本規律。

圖二 帕斯卡

帕斯卡並沒有把目光僅僅停留在大氣壓強上,他還研究了液體的壓強。科學也是需要適當宣傳的,帕斯卡為宣傳自己的液體壓強理論,做了一個著名的「帕斯卡裂桶」實驗。當著應邀前來的觀眾,他把裝滿水的木桶密封起來,並且在桶蓋上插入了一根細長的管子,然後從樓房的陽臺上向這根長管子裡灌水,結果只用了幾杯水就把桶壓裂了,水從桶的裂縫中流了出來,這一現象驚呆了眾人,也讓大家明白了液體的壓強與深度有關。帕斯還根據液體壓強的特點製成了水壓機,水壓機是利用液體壓強相等的特點來實現「以小搏大」省力器械,比如液壓千斤頂,可以在維修時讓人輕鬆地將汽車「抬」起來。

圖三 帕斯卡裂桶實驗卡通圖

不過帕斯卡的成就還遠不止於此,還有個更有趣的事:當時有個賭徒找來帕斯卡,想讓他解決一下同樣是擲骰子,為什麼自己擲出的骰子組合起來就老是輸錢,看來這位老兄是真不懂得「十賭九騙」的道理啊!這麼無聊的問題能研究出什麼呢?還別說,真的能!帕斯卡和費馬兩個人對這個問題進行了認真的研究,奠定了近代概率論的基礎,不服不行啊!

由於帕斯卡一直疾病纏身,終於在他39歲時離開了人世。後來人們為了紀念帕斯卡在壓強上的貢獻,就用帕斯卡的名字來命名壓強的單位了。

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