在本篇“名家說”中,浙江大學求是特聘教授、數學學院博士生導師蔡天新介紹了第一臺計算器的發明者,同時也是數學家、天文學家的帕斯卡。
帕斯卡(1623—1662)出生在法國中南部多姆山省的首府克萊蒙-費朗。他的祖父做過法國財政部部長,他的父親是當地一位稅務官和律師,對數學和物理學頗感興趣。相比于笛卡爾和費爾馬分別出生在村莊和小鎮,帕斯卡的故鄉好歹算個省會,但法國有96個省(不算海外省),因此法國的省會在規模上只相當于我國的中小城市。這似乎再次印證了筆者的一個論斷:大城市不容易誕生天才人物。
帕斯卡是一個神童。12歲那年,他獨立推導出了幾何學的一個定理,即三角形的三個內角之和等于兩個直角之和。那時在巴黎,神父出身的數學家梅森每星期舉辦一次科學沙龍,帕斯卡父子是常客。16歲時,帕斯卡發現了著名的帕斯卡定理,即內接于圓錐曲線的六邊形的三組對邊的三個交點共線。次年,帕斯卡出版了《圓錐曲線論》,這是他研究德扎爾格射影幾何學的成果,也是自古希臘數學家阿波羅尼奧斯的經典發現以來,圓錐曲線方面取得的最重要的進展。雖說笛卡爾認定這項工作是老帕斯卡所為,但梅森相信這是小帕斯卡發現的。
那時的法國可以買賣官職,費爾馬買到一個官職,而老帕斯卡則賣掉了自己的官職,之后遷居巴黎。那筆錢原本可以讓他們全家在巴黎過得舒適(即便不那么奢侈),但他購買了國家債券,而法國因為參與了歐洲“三十年戰爭”導致債券價值大大縮水,只有原來的九分之一。為了全家的生計,老帕斯卡不得已重新出山,到濱海塞納省的魯昂擔任稅務官。
1642年,19歲的帕斯卡為了減輕父親繁重的計算工作,設計了一臺能夠自動進位的可以做加減運算的計算裝置,這被認為是世界上第一臺計算器,也為后來的計算機提供了基本原理。這種計算器被稱為帕斯卡計算器或帕斯卡琳。據說當時一共生產了50臺帕斯卡琳,現尚有8臺留存,其中4臺收藏在巴黎的博物館,1臺收藏在德國德累斯頓的博物館。帕斯卡的計算器在商業上并不成功,主要原因是價格昂貴,另一個原因是它使用起來過于復雜。除了帕斯卡計算器以外,帕斯卡還發明了水銀氣壓計、注水機和水壓機,撰寫了液態溶液平衡、空氣的質量和密度等方向的重要論文和實驗報告。
1654年對帕斯卡是個關鍵的年份,他研究了多個數學問題。首先,他在無窮小分析上深入探討,得出求不同曲線所圍面積和重心的一般方法,并以積分學的原理解決了擺線問題。他的論文手稿對德國數學家萊布尼茨建立微積分學有重要啟發。其次,他在研究二項式系數性質時,將自己的發現寫成《算術三角形》提交給巴黎科學院。二項式系數被后人稱為“帕斯卡三角形”,雖然9世紀的印度數學家馬哈維拉和11世紀的中國數學家賈憲更早給出了二項式定理。
也是在1654年,帕斯卡首次接觸到宗教,此后放棄了數學研究。次年,他進入巴黎西南郊的波爾羅亞爾女修道院,在那里寫出了兩部傳世之作——《致外省人》和《思想錄》。
《致外省人》由18封書信組成。這部著作出版后立刻取得了成功,它用一種簡潔又豐富、嚴謹而準確的文風替代了以往的裝腔作勢、故弄玄虛和冗長乏味,被法國文學批評奠基人布爾洛贊為法國近代散文的開端,至今盛名不衰。
如果說《致外省人》里的帕斯卡是一位雄辯的批評家,那么《思想錄》里的帕斯卡就是一位富有靈感的藝術家。例如,書中這樣勸導那些懷疑論者:如果上帝不存在,那么懷疑論者由于相信他而什么也不會失去;而如果上帝存在,那么懷疑論者由于相信他就可以獲得永生。《思想錄》被公認為是一部杰作,是法國文學的一個里程碑。帕斯卡本人,正如20世紀美國出生的英國詩人、1948年諾貝爾文學獎得主艾略特所描繪的那樣,是“苦行僧中的世俗男子,世俗男子中的苦行僧”。
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《科學畫報》2024年第5期
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