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帕斯卡尔:科学之人与信仰之人

2017-05-12

雪莲 2017年7期
关键词:托利水银柱教条

帕斯卡尔1623年6月19日生于法国奥维涅(Auvergne)州的克勒蒙-菲朗(Clermont-·Ferrand)城;父亲艾基纳(Etienne Pa-scal)为克勒蒙城法庭庭长,以博学知名。帕斯卡尔八岁时,举家迁至巴黎。迁居巴黎后,艾基纳和当时社会上的科学家、作家和艺术家经常交往,也常携带帕斯卡尔参与各种学术集会。帕斯卡尔自幼生长在学术气氛浓厚的环境之中,并且受到他父亲的严格教育而没有受当时流行的经院教育;这为他后来的学术思想活动创造了有利的条件。

幼年的帕斯卡尔显示了他对研究自然的兴趣和卓越的才能。十一岁时他写了一篇关于声学问题的论文,探讨振动体一经摸触立即停止发音的原因。这篇文章给他父亲以深刻的印象,以致父亲怕他的智慧发展过早不利于成长而中止向他教授几何学。但帕斯卡尔却独自钻研几何学并掌握了大量的几何学知识。1639年帕斯卡尔十六岁时写成有名的论文《圆锥曲线论》,其中提出以他的名字命名的定理。这个帕斯卡尔定理,帕斯卡尔称之为“神秘的六边形”,即圆或椭圆的任意内接六边形的三组对应边的交点是在一条直线上。《圆锥曲线论》继承并发展了数学家德札尔格(Desarques,1593—1662)的工作,引出推论四百余条;笛卡尔看到后曾大为赞叹。帕斯卡尔就这样和笛卡尔、德札尔格一起开辟了近代的几何学。从此帕斯卡尔在科学界显露头角,并与当时有名的科学家和思想家笛卡尔、霍布斯、伽桑狄、德札尔格、费玛(·Eermat,1601—1665)、梅尔森(Mersenne,1588—1648)、罗伯瓦(Roberval,1602—1675)等人建立了联系;帕斯卡尔一生的科学工作和思想发展与这些人有着密切的关系。

1641年帕斯卡尔十八岁时,开始设计计算机;他曾先后草拟过五十种模型,终于根据齿轮系的转动原理制成了世界历史上第一架计算机,能够手摇计算出六位数字的加减法。计算机制造的成功是当时国际科学上的一件大事。也是在这时候艾基纳病中得到一个冉森派医生的治疗,于是举家接受了冉森教义,这就是所谓帕斯卡尔的“第一次皈依”。

此后,帕斯卡尔开始从事大气压力的研究;在这个问题上,他完成了由伽里略所开始并由伽里略的弟子托利拆里(Torricelli,1608—1647)所进行的工作。空气有重量的事实至迟在1630年已经被人知道了;伽里略也知道空气是有重量的并做过测定空气重量的实验,但是他没有把水银柱的高度和大气压力联系在一起加以考察。1632年伽里略在他的著作035中曾谈到抽水机只能把水抽到一定高度为止,这个命题就在理论上蕴涵了大气压力的问题在内,但他在思想上却仍然局限于“自然畏惧真空”的传统观念而未能对这一现象作出正确的解释。1643年托利拆里用水银柱做实验,认识到不同气候条件下气压的变化。托利拆里的實验开辟了人类流体力学研究的新时代,它决定性地证明了大气是有压力的,并且奠定了测量大气压力的基本方法。但托利拆里对气压的观念是含混的、不明确的,还没有能确定气压变化的规律。1646年二十三岁的帕斯卡尔重复做了托利拆里的实验。帕斯卡尔细心研究了水银柱在各种高度不同的地方的变化,从而使气压及其变化的规律问题获得了明确的科学概念。1647年帕斯卡尔请他的姐夫比里埃(Perier)分别在山顶和山脚用水银柱反复进行实验,观察水银柱高度的变化。帕斯卡尔已确知山脚的空气要比山顶的空气浓厚,因此结论应该是水银柱的高度在高处比在低处更低,亦即气压随高度的增加而减小。1648年九月十九日比里埃在奥维涅州的普·德多姆山(Puy de Dome,海拔1400公尺)按照帕斯卡尔的设计进行了实验;实验证明在山脚和山顶水银柱的高度相差3.15时,使得当时在场的实验者们惊叹不止。这个实验震动了整个科学界,并且得到科学界的公认(它同时也标志着科学中心在十七世纪中叶由意大利转移至西北欧)。在这个实验的基础上,帕斯卡尔写成他的《液体平衡论》和《大气重力论》两部著作,确立了大气压力的理论与流体静力学的基本规律。

1648年的实验是科学革命史上最动人心弦的实验之一。

它是自从阿基米得以来流体静力学历史上最重要的进步,同时它也是长期以来“在普遍的革命中发展着,并且它本身便是彻底革命的”新兴科学向旧思想意识作战又一次光辉的胜利;它证明了水银柱的高度是大气压力作用的结果,从而彻底粉碎了经院哲学中“自然畏惧真空”的古老教条。帕斯卡尔的真空试验对近代思想所起的解放作用,可以和伽里略的落体实验相媲美;两人同样以自多德的教条这一长期以来广泛流传的故事,却并没有任何文献上的根据。(可参看伽里略,《两大世界体系对话录》,加州大学版,1953年。)实验打破了中世纪思想的束缚,开辟了近代实验科学和思想方法的新纪元。这一成功标志着思想领域内两条路线斗争的新高潮:一条路线是由伽里略所开始的近代实验科学的路线,另一条则是传统中世纪经院哲学的路线。帕斯卡尔就这样以其科学实验、以普通过观察与实验所总结的自然界的客观规律而有力地保卫并发展了近代实验科学的路线。

随着这一实验的成功,帕斯卡尔并且从思想方法的高度上总结出一套卓越的认识论理论。在题名为《真空论》的论文里,帕斯卡尔尖锐地攻击了当时“哲学上的权威”,并提出如下的论点:

(一)墨守古代权威的教条,绝不是追求真理的态度。他说:“我们今天对古人的崇拜——本来在各个学科上,它都不应该具有这么大的份量的——已经到了这样的地步,竟致把他的全部思想和神话当成了神谕,竟致敢于提出新的创见来就不能没有危险,竟致一个作家的条文就足以摧毁最坚强有力的依据”。这里的“一个作家”即指亚里士多德;亚里士多德的教条在中世纪是被经院学者奉为权威的。帕斯卡尔坚决反对经院哲学的这种崇古风尚。他认为古人的权威只能在神学和历史学,亦即在凭启示与记述的知识领域内,才能成为根据;“但在属于感觉与推理的题目上,情形就不同了,在这里权威是毫无用处的,唯有理智才能认识它”。事实是否认不了的;因此,他的结论是我们决不可盲从古人与教条,一切科学真理唯有依靠实验和推理才能臻于完善,这是“科学的唯一准则”。

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