第7章 帕斯卡的贡献

托里拆利通过实验证实了大气压力之后，很多人并不相信他的研究成果，有的人就提出，托里拆利使用的玻璃管上端内“纯净的空气”，并非真空。针对这一问题，大家各抒己见，众说纷纭，引起了一场激烈的争论。最终用实验成功证实托里拆利的理论并结束这场争论的，是法国著名数学家、物理学家帕斯卡。

布莱士·帕斯卡于1623年6月19日出生在法国奥维涅省的克莱蒙费朗，在兄弟姊妹中排行第三，也是家中唯一的男孩。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，在父亲精心教育下，帕斯卡从小就善于思考，不仅喜欢问为什么，而且特别喜欢动手做实验，通过实验和思考来找出问题的答案。有一次，帕斯卡在厨房外面玩耍，听到厨师把盘子弄得叮叮当当响，这普通的声音引起了他的深思。他想：为什么刀离开盘子以后，声音不马上消失呢？于是就自己做实验研究。他发现盘子被敲击之后，声音连绵不断，但是只要用手一按盘子，声音马上就停止了，手指碰在盘子边上，还有点发麻呢！原来发声最重要的是振动，即使敲打停止了，只要振动不停止，还能发出声音来。通过实验，11岁的帕斯卡便懂得了声音是振动产生的。

在日常生活中，我们经常看到，没有灌水的水龙带是扁的。水龙带接到自来水龙头上，灌进水，就变成圆柱形了。水是往前流的，为什么能把水龙带撑圆？帕斯卡注意到这类现象后就想：也许是水对四面八方都有压强吧？为了证明这一点，他设计了一个实验，这就是“帕斯卡球”实验。帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球，球上连接一个圆筒，筒里有可以移动的活塞。把水灌进球和筒里，向里压活塞，水便从各个小孔里喷射出来了，成了一支“多孔水枪”。帕斯卡球的实验证明，液体能够把它所受到的压强向各个方向传递。水龙带灌满水以后变成圆柱形，就是水龙带里的水把自来水里的压强传递到了带壁的各个部分的结果。

细心的帕斯卡并没有就此结束他的研究。他又多次做实验，研究哪个孔喷出去的水最远。结果发现，并没有射得特别远的，距离都差不多。这说明，每个孔所受到的压强都相同。认真观察使帕斯卡发现了液体传递压强的基本规律，这就是著名的帕斯卡定律。现在所有的液压机械都是根据帕斯卡定律设计的，所以帕斯卡被称为“液压机之父”。

24岁时，为了减轻父亲在税收工作中繁杂的计算，帕斯卡用了两年的时间，设计并创制了历史上第一架机械计算器。此后，帕斯卡开始从事大气压力的研究。1646年，托里拆利实验的消息传到法国，帕斯卡立即根据托里拆利的理论重做了实验，并认为在水银液面上方的空处的确存在真空。可当时许多人认为真空是不可能存在的，管内上端有水银蒸气，正是水银蒸气把水银压到水银槽内。为了证明自己的观点，帕斯卡就分别用水及葡萄酒来代替水银，进行实验。事先他向围观的人提出了这样一个问题：把管子分别灌满水和葡萄酒，然后迅速将它们倒立在装有水及葡萄酒的池内，你认为哪一个玻璃管中的液面会更低？结果大家都认为葡萄酒的液面会更低些，理由是葡萄酒容易挥发，因此，液面上的气体就多，从而把葡萄酒更多地压向糟内。现在大家都知道，这种理解是错误的，实际上水面比葡萄酒液会更低些，因为水的密度比葡萄酒大。

1647年，帕斯卡通过实验已经证明了真空的存在，但他的研究成果同样受到了当时很多人的质疑。如大数学家笛卡尔就对帕斯卡的结论不以为然，并大加讥讽，说他“头脑里真空太多了”。为了给反对派以“致命一击”，1648年9月19日，帕斯卡委托他的内兄佩里埃到山顶去进行水银柱实验，佩里埃按照帕斯卡的嘱托，反复认真测量了山顶与山底水银柱的高度，他惊讶地发现，山顶水银柱高度要比山底低8.5厘米。当帕斯卡知道这个消息后，立即爬上一个50米的高塔重复进行这个实验，结果证明塔顶水银柱要比塔底低0.45厘米，由此帕斯卡意识到大气压随高度变化。后来人们根据大气压随高度增加而减小这个现象，制成高度计，用来测量各地区的地势高度。帕斯卡在实验过程中还发现大气压与当时当地的气象有关，从而预言了可以用气压计来作气象预报。在分析总结实验的基础上，帕斯卡后来写了《关于真空的新实验》一书，全面论证了托里拆利的发现是正确的，有力地驳斥了所谓“自然厌恶真空”的谬论。

帕斯卡从小就体质虚弱，又因过度劳累，致使疾病缠身。然而正是他在病休的1651—1654年间，他仍然紧张工作，写成了《液体平衡及空气重量的论文集》，著名的帕斯卡定律就记载在这部著作中。1662年8月19日帕斯卡逝世，年仅39岁。为了纪念帕斯卡在研究压强方面的杰出贡献，国际单位制中规定用“帕斯卡”来命名压强的单位，简称“帕”。

知识链接

帕斯卡的数学造诣很高，除在概率论等方面有卓越贡献外，他最突出的贡献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”。