math4school.okis.ru

1623–1662

 

Величие человека – в его способности мыслить.

Блез Паскаль

 

Блез Паскаль (19 июня 1623 – 19 августа 1662) – французский математик, механик, физик, литератор и философ. Классик французской литературы, один из основателей математического анализа, теории вероятностей и проективной геометрии, создатель первых образцов счётной техники, автор основного закона гидростатики.

Паскаль родился в городе Клермон-Ферран, французская провинция Овернь, в семье председателя налогового управления Этьена Паскаля и Антуанетты Бегон, дочери сенешаля Оверни. У Паскалей было трое детей – Блез и две его сестры: младшая – Жаклин и старшая – Жильберта. Мать умерла, когда Блезу было 3 года. В 1631 году семья переехала в Париж.

Блез рос одарённым ребёнком. Его отец Этьен самостоятельно занимался образованием мальчика; Этьен и сам неплохо разбирался в математике – дружил с Мерсенном и Дезаргом, открыл и исследовал неизвестную ранее алгебраическую кривую, с тех пор получившую название «улитка Паскаля», входил в комиссию по определению долготы, созданную Ришельё.

Паскаль-отец придерживался принципа соответствия сложности предмета умственным способностям ребёнка. По его плану древние языки Блез должен был изучать с 12-ти, а математику с 15–16-летнего возраста. Метод обучения состоял в объяснении общих понятий и правил и последующем переходе к изучению отдельных вопросов. Так, знакомя восьмилетнего мальчика с законами грамматики, общими для всех языков, отец преследовал цель научить его мыслить рационально. В доме постоянно велись беседы по вопросам математики, и Блез просил познакомить его с этим предметом. Отец, опасавшийся, что математика помешает сыну изучать латинский и греческий языки, обещал в будущем познакомить его с этим предметом.

Как-то раз, на очередной вопрос сына о том, что такое геометрия, Этьен кратко ответил, что это способ чертить правильные фигуры и находить между ними пропорции, однако запретил ему всякие исследования в этой области. Однако Блез, оставаясь один, принялся углём чертить на полу различные фигуры и изучать их. Не зная геометрических терминов, он называл линию «палочкой», а окружность «колечком». Когда отец случайно застал Блеза за одним из таких самостоятельных уроков, он был потрясён: мальчик, не знавший даже названий фигур, самостоятельно доказал теорему Евклида о сумме углов треугольника. По совету своего друга Ле Пайера Этьен Паскаль отказался от своего первоначального плана обучения и разрешил читать сыну математические книги. Отец дал Блезу Евклидовы «Начала», позволив читать их в часы отдыха. Мальчик прочёл Евклидову «Геометрию» сам, ни разу не попросив объяснения. Позднее, с помощью отца, перешёл к работам Архимеда, Аполлония и Паппа, потом – Дезарга.

В 1634 году, Блезу было 11 лет, кто-то за обеденным столом зацепил ножом фаянсовое блюдо. Оно зазвучало. Мальчик обратил внимание, что стоило прикоснуться к блюду пальцем, как звук исчез. Чтобы найти этому объяснение, Паскаль провёл серию опытов, результаты которых позднее изложил в «Трактате о звуках».

Собрания, проходившие у отца Паскаля и у некоторых из его приятелей, имели характер настоящих учёных заседаний. Раз в неделю математики, примыкавшие к кружку Этьена Паскаля, собирались, чтобы читать сочинения членов кружка, предлагать разные вопросы и задачи. Иногда читались также присланные заграничными учёными записки. Деятельность этого скромного частного общества или, скорее, приятельского кружка стала началом будущей славной Парижской академии.

С шестнадцатилетнего возраста молодой Паскаль также стал принимать деятельное участие в занятиях кружка. Он был уже настолько силён в математике, что овладел почти всеми известными в то время методами, и среди членов, наиболее часто представлявших новые сообщения, он был одним из первых. Очень часто из Италии и Германии присылались задачи и теоремы, и если в присланном была какая-либо ошибка, Паскаль одним из первых замечал её.

В 1640 году выходит первое печатное произведение Паскаля – «Опыт о конических сечениях». Родственники и приятели Паскаля утверждали, что

со времён Архимеда в области геометрии не было сделано подобных умственных усилий

– отзыв преувеличенный, но вызванный удивлением к необычайной молодости автора. Паскалю было 16 лет.

В это сочинение автор включил теоремы (доказательства не приводятся), три определения, три леммы и указал главы планируемого труда, посвящённого коническим сечениям. Третья лемма из «Опыта о конических сечениях» является теоремой Паскаля:

если вершины шестиугольника лежат на некотором коническом сечении (таковы окружность, эллипс, парабола и гипербола), то три точки пересечения прямых, содержащих противоположные стороны, лежат на одной прямой.

Этот результат и 400 следствий из него Паскаль изложил в «Полном труде о конических сечениях», о завершении которого Паскаль сообщил пятнадцать лет спустя и который сейчас отнесли бы к проективной геометрии. «Полный труд о конических сечениях» так и не был опубликован: в 1675 году его прочёл в рукописи Лейбниц, рекомендовавший племяннику Паскаля Этьену Перье срочно напечатать его. Однако Перье не прислушался к мнению Лейбница, впоследствии рукопись была утеряна.

Правительственные облигации, в которые Этьен Паскаль вложил свои сбережения, внезапно обесценились, и возникшие финансовые потери вынудили семейство уехать из Парижа.

В январе 1640 года семья Паскалей переезжает в Руан. В эти годы здоровье Паскаля, и без того неважное, стало ухудшаться. Тем не менее, он продолжал работать.

В Руане, куда прибыло семейство, Этьен Паскаль был назначен королевским специальным уполномоченным в Верхней Нормандии для налоговых сборов, которые требовали больших арифметических вычислений. В это время Блез готовился писать краткое изложение всех областей математики, но его отец постоянно требовал, чтобы сын помог ему в суммировании бесконечных столбцов чисел. Это создавало значительные проблемы молодому человеку и в то же время привело его к созданию концепции механического калькулятора.

В 19 лет, сформулировав свою концепцию, Блез Паскаль начинает разрабатывать различные модели калькулятора. И в 1645 году он изумил всю Европу своей усовершенствованной, рабочей моделью автоматического, механического калькулятора.

Машина Паскаля выглядела как ящик, наполненный многочисленными связанными друг с другом шестерёнками. Складываемые либо вычитаемые числа вводились соответствующим поворотом колёс, принцип работы основывался на счёте оборотов. Так как успех в осуществлении замысла зависел от того, насколько точно ремесленники воспроизводили размеры и пропорции деталей машины, Паскаль сам присутствовал при изготовлении её составляющих.

В 1649 году Паскаль получил королевскую привилегию на счётную машину: возбранялись как копирование модели Паскаля, так и создание без его разрешения любых других видов суммирующих машин; запрещалась их продажа иностранцами в пределах Франции. Сумма штрафа за нарушение запрета составляла три тысячи ливров и должна была быть разделена на три равные части: для поступления в казну, парижскую больницу и Паскалю, либо обладателю его прав. Учёный затратил много средств на создание машины, однако сложность её изготовления и высокая цена стали на пути коммерческой реализации проекта.

До 1652 года под его наблюдением было создано около 50 вариантов «паскалины», такое название приобрело изобретение. По крайней мере 10 из них, как известно, существуют до сих пор. Изобретённый Паскалем принцип связанных колёс почти на 300 лет стал основой создания большинства арифмометров.

Изобретение Паскаля удивило Европу и принесло его создателю огромную славу и небольшое богатство, к которому он и его отец стремились.

И всё же, придуманная Паскалем машина была довольно сложна по устройству, и вычисление с её помощью требовало значительного навыка. Этим и объясняется, почему она осталась механической диковинкой, возбуждавшей удивление современников, но не вошедшей в практическое употребление.

Усиленные занятия подорвали и без того слабое здоровье Паскаля. В восемнадцать лет он уже постоянно жаловался на головную боль, на что первоначально не обращали особого внимания. Но окончательно расстроилось здоровье Паскаля во время чрезмерных работ над механическим калькулятором.

В 1643 году один из способнейших учеников Галилея, Торричелли, исполнил желание своего учителя и предпринял опыты по подъёму различных жидкостей в трубках и насосах. Торричелли вывел, что причиною подъема, как воды, так и ртути является вес столба воздуха, давящего на открытую поверхность жидкости. Таким образом, был изобретён барометр, и явилось очевидное доказательство весомости воздуха.

В конце 1646 года Паскаль, узнав от знакомого отца о торричеллиевой трубке, повторил опыт итальянского учёного. Затем он произвёл серию видоизменённых экспериментов, стремясь доказать, что пространство в трубке над ртутью не заполнено ни её парами, ни разреженным воздухом, ни некоей «тонкой материей».

В 1647 году, уже находясь в Париже и несмотря на обострившуюся болезнь, Паскаль опубликовал результаты своих опытов в трактате «Новые опыты, касающиеся пустоты». В заключительной части своего труда Паскаль утверждал, что пространство в верхней части трубки «не заполнено никакими известными в природе веществами … и можно считать это пространство действительно пустым, до тех пор, пока экспериментально не доказано существования там какого-либо вещества». Это было предварительное доказательство возможности пустоты и того, что гипотеза Аристотеля о «боязни пустоты» имеет пределы.

Впоследствии Паскаль сосредоточился на доказательстве того, что столбик ртути в стеклянной трубке удерживается давлением воздуха. По просьбе Паскаля его зять Флорен Перье провёл серию экспериментов у горы Пюи-де-Дом в Клермоне и описал результаты (разница в высоте столбика ртути на вершине и у подножия горы составила 3 дюйма) в письме Блезу. В Париже на башне Сен-Жак опыты повторяет уже сам Паскаль, полностью подтвердив данные Перье. В честь этих открытий на башне был установлен памятник учёному.

В 1648 году в «Рассказе о великом эксперименте равновесия жидкостей» Паскаль привёл свою переписку с зятем и следствия, вытекающие из этого опыта: теперь есть возможность «узнать, находятся ли два места на одном уровне, то есть одинаково ли они удалены от центра земли, или которое из них расположено выше, как бы ни были они далеки друг от друга».

Паскаль отмечал также, что все явления, приписываемые ранее «боязни пустоты» на самом деле следствия давления воздуха. Обобщая полученные результаты, Паскаль сделал вывод, что давление воздуха есть частный случай равновесия жидкостей и давления внутри них. Паскаль подтвердил предположение Торричелли о существовании атмосферного давления.

Развивая результаты исследований Стевина и Галилея в области гидростатики в своём «Трактате о равновесии жидкостей» (1653, опубликован в 1663), Паскаль подошёл к установлению закона распределения давления в жидкостях. Во второй главе трактата он формирует идею гидравлического пресса:

сосуд, наполненный водою, является новым принципом механики и новой машиной для увеличения сил в желаемой степени, потому что с помощью этого средства человек сможет поднять любую предложенную ему тяжесть

и отмечает, что принцип его действия подчиняется тому же закону, что и принцип действия рычага, блока, бесконечного винта. Паскаль вошёл в историю науки, начав с простого повторения опыта Торричелли, он опроверг одну из основных аксиом старой физики и установил основной закон гидростатики.

По тем открытиям, которые были сделаны Паскалем относительно равновесия жидкостей и газов, следовало ожидать, что из него выйдет один из крупнейших экспериментаторов всех времён. Но здоровье…

Состояние здоровья сына нередко внушало отцу серьёзные опасения, и с помощью друзей дома он не раз убеждал молодого Паскаля развлечься, отказаться от исключительно научных занятий. Врачи, видя его в таком состоянии, запретили ему всякого рода занятия; но этот живой и деятельный ум не мог оставаться праздным. Не будучи более занят ни науками, ни делами благочестия, Паскаль начал искать удовольствий и, наконец, стал вести светскую жизнь, играть и развлекаться. Первоначально всё это было умеренно, но постепенно он вошёл во вкус и стал жить, как все светские люди.

В 1651 году отец, Этьен Паскаль, умер. Младшая сестра, Жаклин, ушла в монастырь Пор-Рояль. Блез, ранее поддерживавший сестру в её стремлении к монашеской жизни, боясь потерять друга и помощника, просил Жаклин не оставлять его. Однако она осталась непреклонна.

После смерти отца Паскаль, став неограниченным хозяином своего состояния, в течение некоторого времени продолжал ещё жить светскою жизнью, хотя всё чаще и чаще у него наступали периоды раскаяния. Было, однако, время, когда Паскаль стал неравнодушен к женскому обществу: так, он ухаживал в провинции Пуату за одной весьма образованной и прелестной девицей, писавшей стихи и получившей прозвище местной Сафо. Ещё более серьёзные чувства явились у Паскаля по отношению к сестре губернатора провинции, герцога Роанеза.

По всей вероятности, Паскаль или вовсе не решился сказать любимой девушке о своих чувствах, или выразил их в такой скрытой форме, что девица Роанез, в свою очередь, не решилась подать ему ни малейшей надежды, хотя если и не любила, то высоко чтила Паскаля. Разность общественных положений, светские предрассудки и естественная девическая стыдливость не дали ей возможности обнадёжить Паскаля, который мало-помалу привык к мысли, что эта знатная и богатая красавица никогда не будет принадлежать ему.

Втянувшись в светскую жизнь, Паскаль, однако, никогда не был и не мог быть светским человеком. Он был застенчив, даже робок, и в то же время чересчур наивен, так что многие его искренние порывы казались просто мещанской невоспитанностью и бестактностью.

Однако светские развлечения, как ни парадоксально, способствовали одному из математических открытий Паскаля. Некто кавалер де Мере, большой поклонник азартных игр, предложил Паскалю в 1654 году решить некоторые задачи, возникающие при определённых игровых условиях.

Первая задача де Мере – о количестве бросков двух игральных костей, после которого вероятность выигрыша превышает вероятность проигрыша, – была решена им самим, Паскалем, Ферма и Робервалем. В ходе решения второй, гораздо более сложной задачи, в переписке Паскаля с Ферма, закладываются основы теории вероятностей.

Учёные, решая задачу о распределении ставок между игроками при прерванной серии партий, использовали каждый свой аналитический метод подсчёта вероятностей, и пришли к одинаковому результату.

Обычно математики привыкли иметь дело с вопросами, допускающими вполне достоверное, точное или, по крайней мере, приблизительное решение. Здесь предстояло решить вопрос, не зная, который из игроков мог бы выиграть в случае продолжения игры? Ясно, что речь шла о задаче, которую надо было решить на основании степени вероятности выигрыша или проигрыша того или другого игрока. Но до тех пор ни одному математику ещё не приходило в голову вычислять события только вероятные. Казалось, что задача допускает лишь гадательное решение, то есть что делить ставку надо совершенно наудачу, например, метанием жребия, определяющего, за кем должен остаться окончательный выигрыш.

Необходим был гений Паскаля и Ферма, чтобы понять, что такого рода задачи допускают вполне определённые решения и что «вероятность» есть величина, доступная измерению.

Первая задача сравнительно легка: надо определить, сколько может быть различных сочетаний очков; лишь одно из этих сочетаний благоприятно событию, все остальные неблагоприятны, и вероятность вычисляется очень просто. Вторая задача значительно труднее. Обе были решены одновременно в Тулузе математиком Ферма и в Париже Паскалем.

По этому поводу в 1654 году между Паскалем и Ферма завязалась переписка, и, не будучи знакомы лично, они стали лучшими друзьями. Ферма решил обе задачи посредством придуманной им теории сочетаний. Решение Паскаля было значительно проще: он исходил из чисто арифметических соображений. Нимало не завидуя Ферма, Паскаль, наоборот, радовался совпадению результатов и писал:

С этих пор я желал бы раскрыть перед вами свою душу, так я рад тому, что наши мысли встретились. Я вижу, что истина одна и та же в Тулузе и в Париже.

Информация об изысканиях Паскаля и Ферма подтолкнула Гюйгенса к занятию проблемами вероятности, сформулировавшего в своём сочинении «О расчётах в азартных играх» (1657) определение математического ожидания.

Работы над теорией вероятностей привели Паскаля к другому замечательному математическому открытию, он составил так называемый арифметический треугольник.

В 1665 году издан «Трактат об арифметическом треугольнике», где исследует свойства «треугольника Паскаля» и его применение к подсчёту числа сочетаний, не прибегая к алгебраическим формулам. Одним из приложений к трактату была работа «О суммировании числовых степеней», где Паскаль предлагает метод подсчёта степеней чисел натурального ряда.

В ночь с 23 на 24 ноября 1654 года, «от десяти с половиною часов вечера до половины первого ночи», Паскаль, по его словам, пережил мистическое озарение свыше. Придя в себя, он тут же переписал мысли, набросанные на черновике на кусочек пергамента, который был зашит им в подкладку своей одежды. С этой реликвией, тем, что его биографы назовут «Мемориалом» или «Амулетом Паскаля», он не расставался до самой смерти. Запись была обнаружена в доме его старшей сестры, когда вещи уже умершего Паскаля приводились в порядок.

Это событие коренным образом изменило его жизнь. Паскаль не рассказал о том, что произошло даже сестре Жаклин, обрывает светские связи и принимает решение покинуть Париж.

Сначала он живёт в замке Вомюрье у герцога де Люина, потом, в поисках уединения, переселяется в загородный монастырь Пор-Рояль. Он совершенно прекращает занятия наукой как греховные. Несмотря на суровый режим, которого придерживались отшельники Пор-Рояля, Паскаль чувствует значительное улучшение своего здоровья и переживает духовный подъём.

Отныне отдаёт все силы литературе, направив своё перо на защиту «вечных ценностей». Совершает паломничество по парижским церквям. Он обошёл их все.

Паскаль включается в религиозную полемику с иезуитами и создаёт «Письма к провинциалу» – блестящий образец французской литературы, содержащий яростную критику ордена и пропаганду моральных ценностей, излагаемых в духе рационализма.

«Письма к провинциалу» содержат знаменитое «пари Паскаля», – рациональный довод в пользу веры в Бога:

Если Бог не существует, человек ничего не потеряет, веря в Него, а если Бог существует, то человек потеряет все, не веря.

«Письма» были опубликованы в 1656–1657 годах под псевдонимом и вызвали немалый скандал. Паскаль рисковал попасть в Бастилию, ему пришлось некоторое время скрываться, он часто менял места своего пребывания и жил под чужим именем.

Отказавшись от систематических занятий наукой, Паскаль, тем не менее, изредка обсуждает математические вопросы с друзьями, но не собирается более заниматься научным творчеством. Единственным исключением стало фундаментальное исследование циклоиды.

Однажды ночью, мучимый жесточайшей зубною болью, учёный стал вдруг думать о вопросах, касающихся свойств так называемой циклоиды – кривой линии, обозначающей путь, проходимый точкой, катящейся по прямой линии круга, например колеса. За одной мыслью последовала другая, образовалась целая цепь теорем. Изумлённый учёный стал писать с необычайной быстротою. За одну ночь Паскаль решает задачу Мерсенна о циклоиде и делает ряд открытий в её изучении. Сначала Паскаль не желал предавать полученные результаты гласности. Но его друг герцог де Роанне уговорил устроить конкурс на решение задач по определению площади и центра тяжести сегмента и объёмов и центров тяжести тел вращения циклоиды среди математиков Европы. В конкурсе участвовали многие прославленные учёные: Валлис, Гюйгенс, Рен и другие. Хотя не все участники решили поставленные задачи, в процессе работы над ними были сделаны важные открытия: Гюйгенс изобрёл циклоидальный маятник, а Рен определил длину циклоиды.

Решения Паскаля жюри признало наилучшими, а использование им в работах метода бесконечно малых повлияло в дальнейшем на создание дифференциального и интегрального исчисления. Это была последняя научная работа Паскаля.

Паскаль не оставил после себя ни одного цельного философского трактата, тем не менее в истории философии он занимает вполне определённое место. Как философ Паскаль представляет в высшей степени своеобразное соединение скептика и пессимиста с искренно верующим мистиком; отголоски его философии можно встретить даже там, где их менее всего ожидаешь. Многие из блестящих мыслей Паскаля повторяются в несколько изменённом виде не только Лейбницем, Руссо, Шопенгауэром, Львом Толстым, но даже таким противоположным Паскалю мыслителем, как Вольтер.

Ещё около 1652 года Паскаль задумал создать фундаментальный труд – «Апологию христианской религии». Одной из главных целей «Апологии…» должна была стать критика атеизма и защита веры. Он постоянно размышлял над проблемами религии, его замысел менялся с течением времени, но приступить к работе над трудом, который задумывался им как основной труд жизни, мешали различные обстоятельства.

Начиная с середины 1657 года, Паскаль делает фрагментарные записи для «Апологии…» на отдельных листах, классифицируя их по темам. После смерти Блеза друзья нашли целые пачки таких записок, перевязанных бечёвкой. Сохранилось около тысячи отрывков, различных по жанру, объёму и степени завершённости. Они были расшифрованы и изданы книгой под названием «Мысли о религии и других предметах», затем книга называлась просто «Мысли». В основном они посвящены взаимоотношению Бога и человека, а также апологетике христианства.

«Мысли» вошли в классику французской литературы, а Паскаль стал единственным в новой истории великим литератором и великим математиком одновременно.

С 1658 года здоровье Паскаля быстро ухудшается. Согласно современным данным, в течение всей жизни Паскаль страдал от целого комплекса заболеваний. Его одолевает физическая слабость, появляются ужасные головные боли. Гюйгенс, посетивший Паскаля в 1660 году, нашёл его глубоким стариком, хотя Паскалю было всего 37 лет. Когда Гюйгенс завел с ним беседу о силе пара и телескопах, Блез довольно равнодушно отнесся к волнующим голландца проблемам.

Паскаль понимает, что скоро умрёт, но не испытывает страха перед смертью, говоря сестре Жильберте, что смерть отнимает у человека «несчастную способность грешить».

Осенью 1661 года Паскаль поделился с герцогом де Роанне идеей создания дешёвого и доступного всем способа передвижения в многоместных каретах. Герцог создал акционерное общество для реализации этого проекта и 18 марта 1662 года в Париже открылся первый маршрут общественного транспорта, многоместные «кареты по пять су», названные впоследствии омнибусами: от латинского omnibus – для всех. В октябре 1661 года умирает сестра учёного Жаклин. Это был тяжёлый удар для Паскаля, который всего на 10 месяцев пережил сестру.

Последние годы жизни Паскаля были рядом непрерывных физических и душевных страданий. Он выносил их с удивительным героизмом. Вёл аскетический образ жизни.

Потеряв сознание, после суточной агонии Блез Паскаль умер 19 августа 1662 года в возрасте 39 лет. Его последними словами были: «Да не покинет меня Бог никогда!»

21 августа состоялись пышные похороны, вопреки воле Паскаля, который перед смертью просил родных похоронить его тихо и незаметно. Могила учёного находится за парижской приходской церковью Сен-Этьен-дю-Мон.

Один из современников Паскаля так высказался по случаю его смерти:

Поистине можно сказать, что мы потеряли один из самых больших умов, которые когда-либо существовали. Я не вижу никого, с кем можно было бы его сравнить... Тот, о ком мы скорбим, был королем в королевстве умов.

Имя Паскаля овеяно легендами. Одна из них гласит: в год Великой Французской революции герцог Орлеанский приказал вырыть из могилы кости Паскаля и отдать их алхимику, который обещал добыть из них «философский камень». Слава Паскаля как философа, гремевшая в XVII веке, затем пошла на убыль в век Просвещения, затем снова взметнулась вверх и стойко «держится в зените» вплоть до настоящего времени. Зато слава Паскаля как национального гения Франции и одного из редчайших научных гениев в истории человечества никогда не знала ударов капризной судьбы. Во Французской академии наук стало традицией время от времени произносить так называемое «Похвальное слово Паскалю». В одном из них говорится, что

гений Паскаля отмечен печатью народной силы, перед которой склоняются человеческие поколения.., а его слава совершает триумфальное шествие через ряд веков...

Именем Паскаля названы:

• кратер на Луне
• единица измерения давления системы СИ
• язык программирования Pascal
• один из двух университетов в Клермон-Ферране
• ежегодная французская научная премия

Имя Паскаля носят следующие объекты естествознания:

• прямая Паскаля
• распределение Паскаля
• теорема Паскаля
• треугольник Паскаля
• закон Паскаля
• суммирующая машина Паскаля

 

По материалам Википедии, книги Д. Самина «100 великих учёных» (Москва, «Вече», 2000) и сайта www.initeh.ru.