崇祯十七年欧洲那些事儿
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第三章
布莱士·帕斯卡——“人是一根会思想的芦草”

12岁,他证明了三角形内角和等于180度。

16岁,他发现了以自己名字命名的数学定理。

19岁,他发明了世界上第一台计算机。

30岁,他发现了以自己名字命名的物理定律。

32岁,他放弃科学、探讨哲学,写出了一本举世闻名的哲理散文集。

公元1642年,崇祯十五年,世界上第一台计算机在法国诞生。

这台计算机可以进行八位数的加减运算。当时生产了五十多台,目前留在世上的还有八台。法国国立工艺博物馆有四台。IBM公司拥有一台。

发明者,布莱士·帕斯卡,19岁。

下面我们来认识一下这位神童、天才。

帕斯卡于1623年6月19日出生于法国奥弗涅地区的克莱蒙费朗,这里也是米其林轮胎公司的总部。

帕斯卡的父亲埃蒂安是一名小贵族,担任地方法官,业余爱好是数学。3岁的时候,帕斯卡的母亲就去世了,留下小帕斯卡和他的一姐一妹。

1631年,帕父以65665里弗尔的高价卖掉自己法官的位子,然后全部投资在国债上。每年的利息就足够一家四口衣食无忧。

买官的不是别人,是帕父的亲弟弟。真是亲兄弟,明算账。

随后,埃蒂安带着三个孩子移居巴黎。他没找工作,专职在家辅导三个孩子。

11岁的时候,小帕斯卡发现用餐刀敲盘子,盘子会响。如果用手按住盘子,声音就停止了。于是,他写了一篇关于声音与振动的论文。

我国初中《物理》教材一开始就讲声音和振动,学生大约14岁。

埃蒂安既为儿子骄傲,又担心他胡思乱想会影响希腊和拉丁文的学习,于是禁止他在15岁之前学习数学。

今天的中国家长肯定会疯掉,大骂埃蒂安是蠢货。

埃蒂安带着小帕斯卡以及两个姐妹拜访朋友、办事、参加活动、认识花鸟鱼虫、分析问题,在生活实践中学习。

有一天,埃蒂安发现小帕斯卡用一块煤在墙上证明了三角形的内角和等于两个直角(即三角形内角和等于180°)。

小帕斯卡没有读过几何书,不懂专业用语。他说线是棍,圆是圈。

这孩子,天才啊。

此后埃蒂安不仅允许儿子学习数学,而且还主动教儿子几何课程。

请问你现在还会证明三角形内角和定理吗?

小帕13岁的时候,法国著名戏剧家高乃依的《熙德》在巴黎上演。埃蒂安带着全家人常看戏剧,认识了高乃依。

埃蒂安还带着小帕参加马林·梅森神父举办的科学沙龙。

世界多国科学家组成了一个评审委员会,选出了100位在世界科学史上有重要地位的科学家。除了我们熟知的阿基米德、哥白尼、伽利略、笛卡儿、牛顿、达尔文、爱因斯坦外,梅森神父也名列其中。

梅森神父

梅森最早深入研究形如2的p次方减1的正整数,数学界把这种数称为“梅森数”,并以Mp记之(M为梅森姓名的首字母)。如果梅森数为素数,则称为梅森素数。迄今为止,人们只发现了48个梅森素数,非常稀少,就像海洋里的珍珠。

梅森还提出十二平均律、建立弦振动频率公式、测出声速是419.5米/秒、发现声音的强度与距离声源的距离的平方成反比。

科学史上称梅森为“声学之父”。

17世纪之初,没有科研机构,没有学术刊物,没有国际会议。如果每个科学家都独立研究、不与他人交流,那么既难产生科技成果,也得不到相互启发与推广。

梅森在自己的寓所定期举办科学沙龙。费马、伽桑狄、德扎尔格、罗伯瓦、迈多治等人经常参加。来不了现场的科学家(比如定居荷兰的笛卡儿)可以寄去自己的研究成果,由梅森朗读给与会者。梅森也把沙龙的会议记录寄给外地的科学家。

梅森相当于建了一个欧洲科学家微信群,只不过方式比较原始。但是,人家群友厉害。

梅森去世后留下78封信件,相当于78篇科技论文。论文作者有伽利略、费马、托里拆利、笛卡儿、惠更斯,以及帕斯卡。

梅森去世后不到二十年,英国皇家学会创办了科学期刊,促进了科学成果的发表与分享。

梅森的沙龙可以说是欧洲科学院、世界科学院。

16岁的时候,小帕对法国几何学家德扎尔格的著作产生了兴趣。他在阅读中受到启发,发现了著名的六边形定理,即内接于圆锥曲线的六边形的三双对边的交点共线。后人将其命名为帕斯卡定理。

古希腊数学家阿波罗尼奥斯著有《圆锥曲线论》,涵盖了几乎所有的圆锥曲线结论,将近一千九百年来没有人提出新的发现。帕斯卡是第一人。

梅森神父将小帕的研究成果寄给客居荷兰的笛卡儿。

笛卡儿死活不相信这是一个16岁孩子的作品。他以为是德扎尔格或帕父的研究成果。

1638年,为了应对吃紧的三十年战争,红衣主教黎塞留宣布只偿还部分国债。

埃蒂安的65665里弗尔变成了7300里弗尔。他大骂黎塞留。

黎塞留只能逮捕他。

埃蒂安只得逃跑。

这一年,黎塞留在观看戏剧《暴君之爱》时,认识了主演之一——雅克利娜。雅克利娜是帕斯卡的妹妹。她趁这个机会要求黎塞留赦免她的父亲。黎塞留同意了。

埃蒂安回到巴黎后,带着小帕拜见了黎塞留。

遭受损失的不只埃蒂安一个人,全部国民都勒紧腰带生活。

1639年,诺曼底地区发生暴乱,民众焚毁税局,杀死税吏。

黎塞留任命埃蒂安为诺曼底地区税务官,算是一种补偿吧。

1640年,埃蒂安带着三个子女搬到鲁昂。税务工作和数字打交道,要进行大量计算,埃蒂安经常熬到深夜,白天显得非常疲惫。

帕斯卡决定帮助父亲减轻负担。他的办法是:发明一台可以加减乘除的机器。

经过一番努力,1642年,世界上第一台计算机诞生了。

其原理类似于三个关联的密码锁。把一个密码锁拨成一个数字,把第二个密码锁拨成另一个数字,第三个密码锁随之转动,显示前两个数字之和。

如果调节一个开关,第三个密码锁可以显示前两个数字之差。

帕斯卡后来又造了五十台,准备发笔横财。

这是真正投入商业化的计算机,还获得了法国王室颁发的专利。

不过,花钱雇佣一个人计算一个月,其成本远远低于买一台帕氏计算机。

计算机大部分没有卖出去,帕斯卡也没有成为17世纪的比尔·盖茨。

另外一个难以逾越的障碍是:

法国当时的货币使用12进制和20进制,长度单位使用6进制和12进制。

帕斯卡送了一台计算机给瑞典女王克里斯蒂娜。女王大喜,表示愿意派军舰接帕斯卡到瑞典生活。帕斯卡明智地拒绝了,他孱弱的身体扛不住恶劣的天气。

克里斯蒂娜女王还邀请过本书中的另一位人物——夸美纽斯。不管怎么说,女王好学的精神值得敬佩。

为了纪念帕斯卡在计算机领域的贡献,世界上第一个结构化编程语言就叫pascal语言。

帕斯卡还发现了二项式系数在三角形中的一种几何排列,后人称之为帕斯卡原则。

中国数学家杨辉比帕斯卡早393年发现这一成果。杨辉说他的成果出自已经失传的贾宪的著作(更早两百年)。中国教科书里将其命名为“贾宪三角”或“杨辉三角”。这是中国古代数学的杰出成果之一。

帕斯卡从小体弱多病,长大后亦不见好转。他不到三十岁就得借助拐杖行走。医生要求他多放松、多娱乐。

帕斯卡跳舞、打球、狩猎,以及赌博。

1654年,一个叫梅勒的赌徒向“数学家”帕斯卡求助。问题是这样的:

梅勒和赌友各出32枚金币作为赌注,以掷骰子决定输赢。

如果出现“6”,梅勒赢1分;如果出现“4”,对方赢1分。

双方谁先得到10分,谁就赢得全部赌注(64枚金币)。

双方正赌到兴头上,圣旨到了。国王命令梅勒立即到王宫接待外宾。

此时梅勒得8分,对方得7分。

现在问题来了,这64枚金币应该如何分配才合理?

帕斯卡思考后有了一些发现,就写信给数学家费马。两人信件一来一往,数学中一个重要的分支——概率论诞生了。

帕斯卡顺便还发明了轮盘赌。

1660年,费马写信约帕斯卡见面。帕斯卡回信说,自己走不了路,骑不了马,不能赴约。那一年,他才37岁。

莱布尼茨于1672—1676年侨居巴黎。他仔细研究了帕斯卡的手稿,在计算机和概率论方面深受启发。

1647年,帕斯卡回到巴黎居住。

同年9月,51岁的笛卡儿探望了24岁的帕斯卡。

这是两位天才人物唯一一次会晤。

笛卡儿对帕斯卡发明制造的计算机十分赞赏。

在讨论真空的时候,两人发生争执。

笛卡儿认为宇宙中没有物质的空间是不存在的。帕斯卡持相反的观点。

笛卡儿嘲笑帕斯卡说,也许你的脑袋里就有很多真空。

帕斯卡决定用实验来反驳笛卡儿。

四年前,意大利科学家托里拆利做过一个实验,把一根一米长且装满水银的玻璃管倒立放进水银槽,水银从玻璃管中流出一部分。此时,玻璃管下半部分是76厘米的水银柱,上半部分24厘米是无色透明的,很可能就是真空。

为什么水银柱中的水银没有全部流出来?

这是因为大气的重量把水银压进了玻璃管。

帕斯卡从梅森神父那里获得了托里拆利实验的全过程。他认为,山顶上空气稀薄,大气压力比地面小。如果在山顶上重复这个实验,水银柱的高度应该低于76厘米。

由于身体虚弱,帕斯卡委托他的姐夫操作这次实验。

1648年9月19日,姐夫在多姆山顶按照帕斯卡设计的程序完成了实验。

实验结果是:水银柱高度在山顶和山底相差8厘米,这是一个很大的数字。

这个实验反过来也可以。用水银柱的高度衡量山的高度,神奇吧?

结果出来之后,不仅在科学界引起了轰动,巴黎市民也纷纷前去围观,就像看戏剧表演一样。

此次实验的知名度,不亚于伽利略的那次比萨斜塔实验。

实际上,伽利略的故事是假的,帕斯卡的故事是真的。

不过,也有人嘲笑这种实验没有任何价值。

埃蒂安激动地替儿子辩护:“你说我儿子的实验笨拙和马虎,我说你才不会实验,连实验室的门都进不去。”帕斯卡制造计算机的时候,埃蒂安准备各种工具和材料,全力支持儿子。

当有人否定实验结论时,帕斯卡反驳说:“仅仅一个事实不能证明某句话是对的,但一个相反的事实却能证明某句话是错的。”

这句话与三百年后科学哲学家卡尔·波普的观点是一致的,即科学就是证伪。

帕斯卡还认为,动物只会重复,人类却可以总结前人的经验。蔑视古人不对,崇拜古人也是错的,应该把古人的知识当垫脚石,超越古人。

有人把反对古人当罪行,把补充古人当叛逆,仿佛所有的真理都被古人发现完了,这是错误的。我们不应该崇尚古人,而应该崇尚真理。

水桶实验

有些人动辄老祖宗说了,老理说得好,这是不对的。

老不是正确,不是优点,不是约束今人的绳索。

老理用在某个特定场合是可以的,但用来指导普遍事物必然得出错误的结论。

帕斯卡后来又做了一个实验。实验的过程是这样的:

第一步,在地面上放置一个密闭的装满水的桶。

第二步,在桶盖上插入一根细长的管。

第三步,登上很高的梯子,向细管里灌水。

第四步,只要倒一杯水,桶就被压裂了。

帕斯卡后来得出结论,封闭容器中,流体的某一部分压强如发生变化,将毫无损失地传递到其他部分和容器壁。

于是,帕斯卡定律诞生了。

根据帕斯卡定律,帕斯卡发明了注射器和水压机。

帕斯卡和皮埃尔分析同一地点的大气压变化情况,进行天气预测。

为了铭记帕斯卡的贡献,科学家用“帕斯卡”命名压强单位,简称“帕”。

一个“帕斯卡”等于一个“牛顿(力)”作用在一平方米的面积上。

以后不要笑话别人胖,多没礼貌,要说他的帕斯卡比较大。

讲一个笑话。

物理学家玩捉迷藏游戏。爱因斯坦抓住了牛顿。

牛顿说,我站在一平方米的地板砖上。所以,你抓住的是帕斯卡。

爱因斯坦伸手把牛顿推出地板砖,然后笑着对他说,你现在不是帕斯卡了。

牛顿说,我现在的确不是帕斯卡了。不过,你让我移动了一米,所以我现在是焦耳了。

1651年,埃蒂安去世。帕斯卡非常伤心。他写道:

“如果没有耶稣基督,死亡是可怕的,是令人憎恶的,是自然界丑陋的一面。然而,在有了耶稣基督之后,一切全然改变了,死亡是那样地仁慈、神圣。死亡是信仰者的欢愉。”

1654年11月23日,帕斯卡驾车经过涅里桥时,马匹受惊,跃过桥栏冲进塞纳河中,几乎把马车拖下水。幸好缰绳断了,马掉进了河里,马车半悬在栏杆上。

帕斯卡当场昏死过去。

苏醒过来的时候,帕斯卡说自己在昏迷中见到了上帝。他感到极度恐惧、悔恨,也为自己能见到上帝而喜悦。帕斯卡把自己的经历和感悟写在一张羊皮纸上,缝进外衣的衬里。关于这件事,他没有告诉任何人。

直到他死后,人们才发现了这张纸,才知道这个故事。

此次意外事件促使帕斯卡将关注点从物质世界转向精神世界,从科学转向哲学和神学。他认为感性和理性知识是有限的、不可靠的,只有信仰才是万能的和完美的。

1655年,31岁的帕斯卡走进了巴黎郊外的波尔罗尼亚修道院。在此期间,他大量阅读古罗马著名斯多葛学派哲学家爱比克泰德和法国思想家蒙田的作品。

爱比克泰德的名言如下:

1. 假如你想做事,就得养成做事的习惯;假如你不想做事,就别去沾边。

2. 只有受过教育的人才是自由的。

3. 连自己命运都不能主宰的人是没有自由可言的。

4. 在顺境中交友只是举手之劳,在困厄时寻友难如登天。

5. 否定意志的自由,就无道德可言。

6. 信心来自谨慎。

7. 理智不能用大小或高低来衡量,而应该用原则来衡量。

蒙田是怀疑论的创始人。他的名言就更多了。最具代表性的就是这句:

“结婚仿佛金漆的鸟笼。笼子外面的鸟想住进去,笼子内的鸟想飞出来。”

关于蒙田的具体事迹,请参阅拙著《万历十五年欧洲那些事儿》。

帕斯卡总结自己的心路历程,写下一部散文集,叫《思想录》。

伏尔泰说,《思想录》是法国第一部散文杰作。

雨果说,如果整个法国文学只能让我选择一部书留下,我会毫不犹豫地选择《思想录》,它的作者是一个崇高而纯粹的法国天才。

在这本书里,帕斯卡主要表达了两个主张:

第一个主张:人的精神分为理智(逻辑与理性)与情感(直觉与非理性)。前者是科学精神,后者是人文精神。研究科学容易,研究宗教和人心难。

帕斯卡认为笛卡儿高估了科学的作用,单纯依靠理性是不能掌握全部真理的,很多时候需要心灵的引导。

的确,智商高、情商低的人很难创造重大科技成果。情商高、有决心、有毅力的人才能成为大科学家。

第二个主张:帕斯卡劝告读者信仰上帝。他认为人的毛病、弱点和罪恶太多了。他说:

“人混合着天使与野兽的成分,表现在心灵与肉体的对立。人是一个怪物、一个巨魔、一片混乱、一个矛盾、一个非凡的东西。他是一切事物的裁判,是地球上的柔弱体,是真理的保管者,是错误与怀疑的缝制者,是宇宙的荣耀与弃物。人在道德上很神秘。人表现或隐藏着每一种罪恶。人只是一个伪装者、一个说谎者、一个伪君子,对自己对别人都一样。人是无底的、虚荣的!”

只有信仰上帝,人才能洗脱罪恶。

对于那些半信半疑的人,帕斯卡说:

“如果你相信上帝,而上帝又不存在,你不会失去什么;万一上帝存在,你就赚大了。你可以进入天堂,获得永生。

反过来,你不相信上帝,上帝不存在,你也不会失去什么;万一上帝存在,你就得下地狱,你就完蛋了。”

后人称此为帕斯卡赌注。

《思想录》让你去思考人生、人性、宇宙、生命和神的关系,非常烧脑。当然,喝一瓶啤酒,吃一盆咸鱼非常容易。

不过,一个从不去思考的人,和盆里的咸鱼又有什么区别?

1658年,意大利耶稣会士卫匡国从中国回到欧洲,出版了《中国史》。帕斯卡读了这本书,他在《思想录》中提了一句,但没有评价中国。

当时很多法官、律师、医生、富人为了面子,纷纷购置马车出行。

不过,养马车的费用居高不下,远远超过养汽车。

除了养马、建马厩、买饲料,还要养马车夫,并管他的吃住和工资。

乘坐马车出行很风光,时间一长生活却陷入困顿。

帕斯卡本人就是受害者。当他收入骤降的时候,只能卖掉马车。可是步行又非常不方便,尤其他的腿还有残疾。

1661年,帕斯卡提议成立了一个公共马车公司,每天运营几个固定线路,收取固定的低票价。

1662年,康熙元年。这一年郑成功收复台湾,不久之后去世。

这一年,帕斯卡组建的法国公共马车公司试营业,引起了轰动。这家公司是今天所有公交公司的前身。

第二次世界大战前,巴黎公交车票上印有帕斯卡像。

像帕斯卡这样的人才,从事任何行业都能创造奇迹。

1662年8月19日,帕斯卡因为过度劳累,故疾发作,不幸逝世,终年39岁。

真是天妒英才!

医学报告显示,他的大脑“异常的大,脑髓坚实”。

帕斯卡没有进过学校,没有结婚,没有谋求公职,他短暂的一生为人类作出了太多太多的贡献。帕斯卡说:

“人只不过是一根苇草,是自然界里最脆弱的东西,但他是一根能思想的苇草。用不着整个宇宙拿起武器来毁灭他,一口气、一滴水就可以杀了他。

不过,纵使宇宙毁灭了他,人仍然要比致他于死命的东西显得高贵。

因为他知道自己要死亡,他知道宇宙对他所具有的优势。

而宇宙对此却一无所知。”

这段话收录进苏教版的《高中语文必修五》里。

在数学教材、物理教材、计算机教材之后,我们又在语文教材里看到了帕斯卡的名字。

帕斯卡是文学家、思想家、哲学家、神学家、数学家、物理学家、发明家、公司创始人。

世界上有两个几百年才出的天才,一个是达·芬奇,一个是特斯拉。

帕斯卡可以算半个。

他的成功和达·芬奇有相似性,没有受过正规教育,思维不受老师和书本的束缚,所有的出发点都是解决问题。

谢瓦里埃说,帕斯卡之于法兰西,犹如柏拉图之于希腊,但丁之于意大利,塞万提斯之于西班牙,莎士比亚之于英格兰。

帕斯卡是法国的国宝。

帕斯卡人品也颇值得称道。为了忏悔自己的罪过,帕斯卡让一户穷人住到自己家中。当其中一个孩子染上天花时,他并未要求这个家庭离开,而是自己搬到姐姐家去住。

帕斯卡定理:圆锥曲线的内接六边形其三条对边的交点共线(mnp共线)

法国纪念帕斯卡创立公共马车公司

Pierre de Fermat(1601—1665)

我已经发现了一些绝美的定理。

也许后代会感谢我告诉他们一件古人不知道的事情。