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計(jì)量發(fā)展史上的重要人物——帕斯卡

在國(guó)際單位制中，壓強(qiáng)的單位是帕斯卡（Pa）。該單位的命名，是為了紀(jì)念法國(guó)著名科學(xué)家布萊斯.帕斯卡（Blaise Pascal，1623.06.19~1662.08.19）對(duì)計(jì)量學(xué)的貢獻(xiàn)。

380年前的6月19日，帕斯卡在法國(guó)奧弗涅的克萊蒙斐朗城誕生。他的父親在當(dāng)?shù)匾患叶悇?wù)局工作，通曉數(shù)學(xué)。他的母親在他很小的時(shí)候就去世了，父親承擔(dān)起了撫養(yǎng)和教育他的責(zé)任。帕斯卡從小體弱多病，父親鑒于他身體虛弱，認(rèn)為鉆研數(shù)學(xué)會(huì)傷害小孩的腦筋，于是不讓他接觸數(shù)學(xué)，只是教他一些語文和歷史知識(shí)。12歲那年，帕斯卡偶爾見到父親在讀幾何書，就問父親幾何學(xué)是什么？父親告訴他幾何學(xué)是研究圖形的，父親的解答雖然簡(jiǎn)單，卻使帕斯卡產(chǎn)生了興趣，他根據(jù)父親講解的那些簡(jiǎn)單的幾何學(xué)知識(shí)，自己獨(dú)立鉆研幾何學(xué)，發(fā)現(xiàn)了歐幾里得幾何學(xué)中一些重要定理。對(duì)于他的發(fā)現(xiàn)，父親驚喜交集。從此以后，父親轉(zhuǎn)變了態(tài)度，允許他學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)。

帕斯卡確實(shí)很有數(shù)學(xué)天分，16歲那年，他就寫出了一部論述圓錐曲線的書。著名哲學(xué)家、數(shù)學(xué)家笛卡兒見到這本書時(shí)，堅(jiān)決不相信這是16歲的孩子寫出來的。他一生在數(shù)學(xué)上貢獻(xiàn)很多：在幾何上有帕斯卡定理；在代數(shù)上有帕斯卡三角形；在計(jì)算工具方面發(fā)明了世界上最早的計(jì)算器之一；通過討論擲骰子時(shí)某種組合出現(xiàn)的幾率，為近代概率論奠定了基礎(chǔ)；還十分接近于發(fā)現(xiàn)微積分。德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茨曾經(jīng)寫道：當(dāng)他讀到帕斯卡的著作時(shí)，就像觸電一樣，突然悟到了一些道理，于是后來建立了微積分理論。

帕斯卡對(duì)計(jì)量學(xué)的貢獻(xiàn)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是他用實(shí)驗(yàn)的方法，進(jìn)一步闡明了大氣壓的本質(zhì)；另一方面是他揭示了液體內(nèi)部壓強(qiáng)的性質(zhì)。他的工作，為氣體和液體壓強(qiáng)的測(cè)定奠定了理論基礎(chǔ)。

在帕斯卡的時(shí)代，人們對(duì)大氣壓的性質(zhì)還不甚了解，亞里士多德的“大自然厭惡真空”的說法在人們的頭腦中還根深蒂固。比帕斯卡年長(zhǎng)15歲的托里拆利最早提出了大氣壓的理論，并用實(shí)驗(yàn)證實(shí)大氣壓的大小相當(dāng)于76厘米高的汞柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)。托里拆利的實(shí)驗(yàn)發(fā)表以后，人們承認(rèn)他的實(shí)驗(yàn)本身，但對(duì)他提出的玻璃管內(nèi)水銀柱上方是真空的說法則不以為然，許多人認(rèn)為水銀柱上方同樣充斥著“氣”，這種“氣”是從液體中升上去的。帕斯卡贊成托里拆利的解釋，為了說明水銀柱上方的確是真空，他公開演示了托里拆利實(shí)驗(yàn)。他用兩根一端封閉的管子，一個(gè)裝水，一個(gè)裝葡萄酒。實(shí)驗(yàn)前，他問人們，哪一根管子中的液體在實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)變得低一些？人們回答說：葡萄酒。因?yàn)槠咸丫票人讚]發(fā)，會(huì)揮發(fā)出更多的氣體，從而把液柱壓下去。因?yàn)槠咸丫票人p，帕斯卡在實(shí)驗(yàn)中不得不使用了長(zhǎng)達(dá)14米的管子，以使葡萄酒液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與外界大氣之間的壓力得以平衡。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與人們的預(yù)期完全相反，裝有葡萄酒的那個(gè)管子里的液柱比裝水的那個(gè)更高，這表明液柱上方?jīng)]有從液體中揮發(fā)出來的空氣，即是說，是真空。2012年注冊(cè)計(jì)量師考試時(shí)間

如果液柱上方是真空的話，那只有一種解釋：是周圍空氣的壓力即大氣壓支持著液柱不下落。大氣壓的產(chǎn)生當(dāng)然是由于大氣有重量，而如果大氣有重量，那么它的重量必然會(huì)隨著高度的增加而下降，因?yàn)槲恢迷礁撸厦娴目諝饩驮缴佟＿@就是說，位置越高，大氣壓就越小。這樣，如果能測(cè)出大氣壓隨高度而變化的情況，就能揭示出大氣壓的本質(zhì)。而要做這種測(cè)量，最好是沿著一座高山進(jìn)行。帕斯卡的家鄉(xiāng)附近就有一座高1000多米的多姆山，正好進(jìn)行這種測(cè)量。但帕斯卡因?yàn)轶w弱多病，擔(dān)心自己不能爬山，于是請(qǐng)自己的姊夫弗洛蘭.佩里埃（Florin Perie）進(jìn)行實(shí)地測(cè)試。佩里埃用托里拆利氣壓計(jì)在多姆山不同高度做了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明，在山頂處水銀柱長(zhǎng)度比在山腳處短了8.5厘米。帕斯卡得到這個(gè)消息后，也在巴黎一座高約50米的塔上做了同樣的測(cè)試，也得到了肯定的結(jié)果。

帕斯卡的實(shí)驗(yàn)揭示了大氣壓的本質(zhì)。由這些實(shí)驗(yàn)出發(fā)，他解釋了大氣壓強(qiáng)跟高度變化的關(guān)系，提出了可以用氣壓變化來測(cè)定山的高度的設(shè)想。他還發(fā)現(xiàn)了大氣壓高低跟天氣變化的關(guān)系，用大氣壓解釋了虹吸原理，等等。他的工作引起人們的重視，他的解釋也得到人們的認(rèn)可。從此，大自然害怕真空的說法，一去不再復(fù)返，對(duì)大氣壓的測(cè)量成為物理計(jì)量的重要內(nèi)容，帕斯卡也因?qū)Υ髿鈮罕举|(zhì)的揭示而名垂青史。

帕斯卡并未就此止步，他希望能從更一般的流體平衡的觀點(diǎn)來看待真空問題。他的山頂實(shí)驗(yàn)報(bào)告就采用了這樣的題目：“關(guān)于自然界中最輕的流體空氣和最重的流體水銀之間的平衡問題”。他就對(duì)流體平衡問題的研究得到了豐碩成果。1653年左右，他完成了《論流體的平衡及空氣的重量》的論文，在論文中提出了一系列有關(guān)液體的重要規(guī)律，其中以帕斯卡原理最為著名。帕斯卡原理意思是說，加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠保持其原來的大小通過液體向各個(gè)方向傳遞。帕斯卡是通過推理的方式得出這一結(jié)論的，他認(rèn)為，由于液體具有連續(xù)性和流動(dòng)性，加在液體上面的壓強(qiáng)，自然要被傳遞到容器的所有部位。而且，由于液體的某一部分沒有任何理由向其他部分讓步，因此，在傳遞過程中，外加壓強(qiáng)的大小也必然保持不變。在此基礎(chǔ)上，他進(jìn)一步描述了水壓機(jī)工作原理、連通器工作原理等。這些原理，構(gòu)成了流體力學(xué)的最基本的原理，現(xiàn)在人們進(jìn)行液體壓強(qiáng)測(cè)試，很多情況下依賴的還是這些原理。所以，帕斯卡的發(fā)現(xiàn)，成了后世人們進(jìn)行相關(guān)物理計(jì)量時(shí)所依據(jù)的基本原理。今天，我們把他作為計(jì)量史上的重要人物進(jìn)行紀(jì)念，主要原因也在于此。

帕斯卡一生身體虛弱，長(zhǎng)期受嚴(yán)重頭痛的困擾，去世時(shí)只有39歲。他終生信仰宗教，特別是1654年，他乘坐的馬車發(fā)生事故，他差點(diǎn)送命。事后，他覺得大難不死，一定有神明庇護(hù)，于是宗教信仰更加虔誠，從此以后，他把他短暫的余生幾乎全部奉獻(xiàn)給了宗教，沉溺于對(duì)神學(xué)的思考，發(fā)表了大量宗教著述。在這段時(shí)間，他只有偶爾牙痛時(shí)才去想些數(shù)學(xué)問題，以此來忘掉痛苦。如果沒有病魔的折磨，如果他在生命的后半段用更多的時(shí)間關(guān)注科學(xué)，他對(duì)科學(xué)的貢獻(xiàn)一定會(huì)更大。

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