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計量發(fā)展史上的重要人物——帕斯卡

在國際單位制中，壓強的單位是帕斯卡（Pa）。該單位的命名，是為了紀念法國著名科學家布萊斯.帕斯卡（Blaise Pascal，1623.06.19~1662.08.19）對計量學的貢獻。

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

帕斯卡確實很有數(shù)學天分，16歲那年，他就寫出了一部論述圓錐曲線的書。著名哲學家、數(shù)學家笛卡兒見到這本書時，堅決不相信這是16歲的孩子寫出來的。他一生在數(shù)學上貢獻很多：在幾何上有帕斯卡定理；在代數(shù)上有帕斯卡三角形；在計算工具方面發(fā)明了世界上最早的計算器之一；通過討論擲骰子時某種組合出現(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。德國數(shù)學家萊布尼茨曾經(jīng)寫道：當他讀到帕斯卡的著作時，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。

帕斯卡對計量學的貢獻主要表現(xiàn)在兩個方面，一是他用實驗的方法，進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)部壓強的性質(zhì)。他的工作，為氣體和液體壓強的測定奠定了理論基礎(chǔ)。

在帕斯卡的時代，人們對大氣壓的性質(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15歲的托里拆利最早提出了大氣壓的理論，并用實驗證實大氣壓的大小相當于76厘米高的汞柱產(chǎn)生的壓強。托里拆利的實驗發(fā)表以后，人們承認他的實驗本身，但對他提出的玻璃管內(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驗。他用兩根一端封閉的管子，一個裝水，一個裝葡萄酒。實驗前，他問人們，哪一根管子中的液體在實驗時會變得低一些？人們回答說：葡萄酒。因為葡萄酒比水更易揮發(fā)，會揮發(fā)出更多的氣體，從而把液柱壓下去。因為葡萄酒比水更輕，帕斯卡在實驗中不得不使用了長達14米的管子，以使葡萄酒液柱產(chǎn)生的壓強與外界大氣之間的壓力得以平衡。實驗結(jié)果與人們的預期完全相反，裝有葡萄酒的那個管子里的液柱比裝水的那個更高，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年注冊計量師考試時間

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隨著高度的增加而下降，因為位置越高，上面的空氣就越少。這就是說，位置越高，大氣壓就越小。這樣，如果能測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)。而要做這種測量，最好是沿著一座高山進行。帕斯卡的家鄉(xiāng)附近就有一座高1000多米的多姆山，正好進行這種測量。但帕斯卡因為體弱多病，擔心自己不能爬山，于是請自己的姊夫弗洛蘭.佩里埃（Florin Perie）進行實地測試。佩里埃用托里拆利氣壓計在多姆山不同高度做了測試，測試結(jié)果表明，在山頂處水銀柱長度比在山腳處短了8.5厘米。帕斯卡得到這個消息后，也在巴黎一座高約50米的塔上做了同樣的測試，也得到了肯定的結(jié)果。

帕斯卡的實驗揭示了大氣壓的本質(zhì)。由這些實驗出發(fā)，他解釋了大氣壓強跟高度變化的關(guān)系，提出了可以用氣壓變化來測定山的高度的設想。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可。從此，大自然害怕真空的說法，一去不再復返，對大氣壓的測量成為物理計量的重要內(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來看待真空問題。他的山頂實驗報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，能夠保持其原來的大小通過液體向各個方向傳遞。帕斯卡是通過推理的方式得出這一結(jié)論的，他認為，由于液體具有連續(xù)性和流動性，加在液體上面的壓強，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，外加壓強的大小也必然保持不變。在此基礎(chǔ)上，他進一步描述了水壓機工作原理、連通器工作原理等。這些原理，構(gòu)成了流體力學的最基本的原理，現(xiàn)在人們進行液體壓強測試，很多情況下依賴的還是這些原理。所以，帕斯卡的發(fā)現(xiàn)，成了后世人們進行相關(guān)物理計量時所依據(jù)的基本原理。今天，我們把他作為計量史上的重要人物進行紀念，主要原因也在于此。

帕斯卡一生身體虛弱，長期受嚴重頭痛的困擾，去世時只有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，他差點送命。事后，他覺得大難不死，一定有神明庇護，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給了宗教，沉溺于對神學的思考，發(fā)表了大量宗教著述。在這段時間，他只有偶爾牙痛時才去想些數(shù)學問題，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間關(guān)注科學，他對科學的貢獻一定會更大。

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