巴斯卡氣壓實驗|科學史上的今天:9/19

1648年的今天,巴斯卡(Blaise Pascal, 1623-1662)家鄉的廣場前聚集了許多居民,他們好奇的看著巴斯卡的姊夫拿著一根長玻璃管與一盆水銀做實驗。人在巴黎的巴斯卡幾個月前就一直寫信催促姊夫,但他拖到現在才動手,因為還得爬上一千公尺的山上再做次實驗啊!

幾個星期後,巴斯卡收到姊夫的來信,很高興看到實驗結果證實他的理論:越高的地方空氣越稀薄,大氣壓力就越小,所以水銀柱越低。

巴斯卡是在1646年才得知義大利物理學家托里切利(Evangelista Torricelli)於1643年用水銀柱發現了真空,並證實大氣壓力的存在。他不但親自實驗再次確認,還託請各地的親友在不同高度實驗,提供他水銀柱的數據,25歲的巴斯卡因此成為第一位測出大氣壓力與高度關係的人,如今氣壓的基本單位就以巴斯卡為名(簡稱Pa, 單位:牛頓/平方米)

其實巴斯卡從未上學受正規教育,他都是在家自學與接受父親指導。事實上,他父親原本不讓他太早學習數學,直到他12歲時獨自證明三角形內角和等於180度,父親才驚為天人,親自教導他幾何學。第二年,舉家遷往巴黎後,還常帶他參加包括費馬、笛卡兒等數學大師在內的聚會,大大增加巴斯卡的學識涵養。

不過他16歲發現關於圓錐曲線之內接六邊形的「巴斯卡定理」,寫成論文後寄給給笛卡兒,卻被笛卡兒嗤之以鼻,認為必是父親代為捉刀。巴斯卡氣得懷恨在心,從此拒用笛卡兒創造的解析幾何,反而阻礙了自己在幾何方面的研究。

但巴斯卡仍展現其多種才華。19歲時,為了減輕父親在稅務部門大量計算工作的負擔,他發明了機械式的計算機,並率先指出人的某些思維方式與機械的運算過程本質上並無區別;1970年代的Pascal電腦語言即因此以他為名。在物理方面,當他著手氣壓實驗時,也發現了流體中壓力傳導的「巴斯卡原理」,為後人發明舉起重物的油壓機提供了理論基礎。

1654年,巴斯卡為了回答朋友如何公平分配賭金的問題,與費馬書信往返討論,結果開創了機率這全新的學科。而他在後續的研究中所提出的「巴斯卡三角形」,啟發了牛頓發現「二項式定理」;萊布尼茲也從他的數學著作中得到靈感而發明微積分。

巴斯卡無疑是位才華洋溢的天才,可惜他不到三十九歲就因病過世,否則這位數學家、物理學家、發明家,兼哲學家與文學家,還不知會完成多少令人驚豔的作品。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。


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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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