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數學江湖之乾坤大挪移.八
送交者: 老尚童 2020年11月25日18:29:41 於 [茗香茶語] 發送悄悄話

既然說到了帕斯卡,我們有必要略窺一下17世紀這個早逝的天才。他的一生,論傳奇性,絕對不遜於笛卡爾與費馬。

他在數學上的貢獻,不如笛卡爾和費馬這兩個同時代人。然而這是由於他的驚人天賦並沒有完全用在數學領域上。我們不能說這是一種浪費,他也確實在實驗科 學、文學、神學宗教等方面都做出了第一流的工作。然而若帕斯卡能夠保持他對數學的激情,和自己的身體健康久一些的話,我們的數學也許要前進好幾年。

而他的生活,則絕對是好萊塢大片。裡面有天才、美女、酗酒、爭執(又是與笛卡爾,看來丫和同行關係不好)、宗教狂熱、英年早逝甚至有【兄妹亂/倫】。直至如今,帕斯卡也依舊是某些弗洛伊德主義者的研究對象。

帕斯卡1623619日出生於法國中南部的克萊蒙費朗。這個小城是中南部奧佛涅的省府,很多建築由黑褐色Volvic火山岩建成,別有一番風味。

如果說笛卡爾和費馬這兩個法國同胞,人們對他們早期知道的並不多,而認為他們青少年時並沒有展現自己異於常人的才能,那麼帕斯卡就是數學史上確切記載的,第一個早慧型天才----就是我們現在所說的神童

但同時,帕斯卡也是【數學天才總是容易早逝】這個說法的由來。他一共只活了39年,不過後來大量的事實證明,這個論斷絕對是錯誤的。

帕斯卡童年的大部分軼事能流傳至今,得益於他那兩個寵愛他的姐妹,吉爾伯特和雅克麗娜的大肆宣揚---- 其中後面那個後來還與他有扯不清的曖昧關係。當然,帕斯卡完全值得這樣的宣揚,他的才智----如果我們客觀的評價----超過笛卡爾,甚至也許超過費 馬,然而他只在一生中的前25年對科學保持了興趣---雖然概率論的創立發生在他31歲,然而那時他已經早就不把科學放在第一位了----而且還不是全力 以赴。

帕斯卡的父親是個艾帝納是克萊蒙主管稅收案件的最高法院院長,也是當時法國小有名氣的數學家和拉丁語學者。帕斯卡的母親安托瓦妮特在帕斯卡不到4歲就因病去世了。1631年,艾帝納全家遷徙到巴黎,並開始與法國其他科學家通信,其中包括大帕斯卡27歲的笛卡爾,射影幾 何的主要創立者之一德薩格等等,後來這兩位與帕斯卡也都有交流。

一開始的時候,帕斯卡老爸並不希望他過早的接觸數學。大概是覺得未成年的孩子,如果一旦痴迷在數學中,則很容易用腦過多而傷害到他們的身體----可悲的 是,這個結論對帕斯卡來說,今後竟如魔咒般成為事實-----不過如同我前面所說,帕斯卡這種人,是被數學所召喚,註定要研究數學,並成為一個偉大的數學家的。

在很輕鬆的就掌握了古典文學之後,大約在帕斯卡12歲的時候,他的好奇心終於導致他做出了逆反的舉動。他纏着他老爸,無論如何也要知道,到底什麼是幾何? 那時笛卡爾的成果還沒有廣泛傳播,於是幾何也就幾乎等於歐幾里德的古典幾何。他爸抗不住孩子的熱忱,非常清晰的給帕斯卡上了一課。

然後,帕斯卡就完全着迷了。並且,他的傳說也就開始了。他僅僅聽了老爸的講述後,就完全依靠自己的創造力,沒有任何書本的提示,就證明了【三角形內角和等於兩個直角】。任何一個學過數學的人,都知道這樣的表現意味着什麼,何況是艾帝納那樣有數學涵養的專家。

他哭了,並且立馬意識到自己的兒子是個天生的數學家。接下來,《幾何原本》成了帕斯卡的第二本聖經。他時時刻刻都捧着它,以非常快的速度就完全掌握了裡面 所有的內容。到14歲的時候,他已經被允許參加梅森神父----如果你們還記得他,就是那個科學隱私的破壞者----的討論小組。這是法蘭西科學院的開端,所以相當於,帕斯卡曾是科學院所擁有的最年輕的會員。

想象一下如果是現代,14歲左右的孩子在幹什麼?打鬧,玩耍,看電視卡通,聽流行音樂。帕斯卡呢?他玩幾何,是的,幾何對他來說,從來就不是任務或者家庭作業,而是一種娛樂。

在精通了古典幾何之後,帕斯卡開始研究他最喜歡的【圓錐曲線】。大約2年後,他就做出了偉大的成果。這是整個幾何領域最美妙的一個定理,並且任何人都可以輕鬆理解,即現在被命名為的帕斯卡定理

我們可以簡要的敘述一下這個定理。在這之前,我們先看看什麼是圓錐曲線。

這樣想象,一個圓錐通過其頂點向兩方無限延伸,然後,用一個平面去截這個圓錐,那 麼平面在錐面上截出的曲線,就叫【圓錐曲線】。它包含五種可能:1、圓 2、橢圓3、雙曲線 4、拋物線 5、兩條相交的直線。

然後,我們的帕斯卡定理說:任意一條圓錐曲線,比方說,一個圓,在它的邊上,任意標出6ABCDEF。然後按次序把它們連起來,那麼我們就得到了一個 內接於圓的六邊形。然後選擇任意【三對】相對的邊,比方說,ABDE,BCEF,CDFA是相對的邊。然後我們延長ABDE,使它們相交於一點, 比方說A’;同樣的,我們使BCEF相交於B’CDFA相交於C’

那麼,帕斯卡的結論是,A’,B’,C’三點在一條直線上,即這三點共線。了解上述解釋之後,現在我們可以用一句話來概括這個定理了:圓錐曲線內接六邊形的三雙對邊(所在直線)的交點共線。

先不說這個定理如今的難度,但是它那奇妙的性質,首先它要求很少的條件。圓錐曲線,和曲線上的點,都是可以任意取的。然後共線也是幾何中最美妙的性質之 一。同時,定理還顯示,在圓錐投影下,這個性質是穩定的即不變的----而古典幾何里圖形的【度量性質】並沒有這樣的穩定性。

而這一切,都是由一個16歲的少年發現的。更令人驚奇的是,帕斯卡在證明這個定理的過程中,用到了一種全新的幾何。(當然德薩格也用過,但對那個時代來說,這依然是全新的。)

他先證明了這個定理對一類圓錐曲線成立,比方說圓。然後他通過【投影】證明它對任意其他圓錐曲線也成立。那麼你會問,這種幾何新在哪裡?請注意,任何角 度,或者線段的長度,在這個定理里都是無關緊要的。因而這不是【度量的幾何】,而是一種【畫法幾何】,或者叫做【射影幾何】。在帕斯卡的幾何里,沒有數量的概念----這就是它本質上與希臘幾何不同的地方。

這還沒有完。帕斯卡在證明這個定理之後,難以置信的迅速前進,寫出了他的第一本著作《關於圓錐曲線的短論》,裡面包含了400多個關於圓錐曲線的命題。其 中包括我們在阿基米德那章提到過的阿波羅尼烏斯的絕大部分工作,也有德薩格的一些結論。在這個16歲孩子的書裡,這些都被作為一個完整系統的一部分,以推論的形式而演繹得到。

這本書現在失傳了,但它在梅森的小組裡,迅速引起了軒然大波。笛卡爾又要登場鬧事了。

很顯然,帕斯卡《短論》中的幾何,受到了德薩格工作的影響。因而帕斯卡對這位導師亦非常讚賞和尊敬。這類全新的射影幾何,在處理某些透視問題時,是非常有 力的。進而對建築、工程方面,也有極大的作用。-----笛卡爾這樣的人,不會不知道它的價值。當老帕斯卡把兒子的著作拿給笛卡爾看時,他很快就驚呆了。

一方面,他給予了《短論》極高的評價,但同時,他堅決不信----直到最後也沒有信,就是軍人的固執-----這是一個16歲的孩子的成果。

帕斯卡對這種質疑感到非常惱怒。他反唇相譏笛卡爾的解析幾何,也並沒有什麼價值。----顯然這個結論近於荒謬,然而考慮到一個天才不被承認的憤怒,這個判斷也不算很過分。事情本來還要鬧下去,這個時候,老帕斯卡惹了麻煩。

也許帕斯卡老爸就是不知道識時務者為俊傑這樣的古話,丫筆直的脊梁得到了讚譽,然而卻要全家逃離巴黎。你說到底這到底是悲劇還是值得宣揚?事件的起因,乃是在一件強行徵稅的案子上,老帕斯卡要維護普通市民,而和紅衣主教黎賽留----沒錯,這傢伙前面也出場了,就是支持笛卡爾出版其著作的那位宗教老大----鬧翻了。

要說老帕斯卡也是真有種,當時可是宗教統治一切的年代。而黎賽留正是整個法國教區的頭頭。結果紅衣主教一動怒,帕斯卡一家只好跑路。但所謂車到山前必有路,於是有女兒---還是美女女兒----的老帕斯卡便柳暗花明又一村了。

據坊間傳言,為了挽救家庭的命運,帕斯卡的妹妹,那位美麗而風流的雅克麗娜,匿名參演了一場黎賽留喜歡看的戲,並且還非常出彩,非常拉風。

黎賽留君心大悅,就來問雅克麗娜芳名。這時,雅克麗娜看火候已到,便去掉馬甲,露出真名。紅衣主教並不是少林寺方丈,他被感動了,覺得有這麼好的女兒的 人,必然值得原諒。於是帕斯卡一家躲過了一劫,只是得遷到法國西北部的魯昂,一個充滿藝術品的古城,約200年後還誕生了福樓拜這樣的文學巨匠。這件事,讓我們知道兩個道理,一是東西方的老虎屁股都是摸不得的,二是東西方的美人計都是好使的。

搬到魯昂之後,帕斯卡和笛卡爾的爭吵暫時平息了下來。但這時,帕斯卡的健康狀況其實已經很糟了。他的消化系統和神經系統都非常脆弱,且輪流在白天和晚上值 班式的折磨他。然而他還是沉迷於科學之中。人有時候就是這樣奇怪的,嚴重的疾病和身體的痛苦,並沒有讓帕斯卡放棄科學。可是他人的言論就輕易的做到了這 點。

18歲的時候,帕斯卡做出了歷史上第一台【計算器】,可以用來幫他父親處理一些稅務上的運算,主要是加法。直到如今還存有他的傑作,不過陳列於法國博物 館中。而這一貢獻,致使現今仍有一種計算機語言,叫帕斯卡語言。這是後輩們對先驅的致敬,而帕斯卡也完全值得這樣的誇獎。

只是,在1646年的時候,帕斯卡一生一個真正的轉折點出現了。

他的一家開始信仰詹森教派,這是由一個叫科尼利恩斯.詹森的荷蘭人所創建的教派。這個教派的信條既不是羅馬天主教,也不是新教。然而它最大的特點,就是苦修和偏激。一方面,它的教義提倡每個信徒對自己身體的苦修,要以一種難以忍受的虐待進行;另一方面,它鼓吹對那些反對其教義的人,進行強烈的敵對和仇視。

很難想象,到底因為什麼樣的導火索,導致帕斯卡一家會去信仰這種可怕的教派。唯一的可能是,帕斯卡本身已經把疾病對他的折磨看成是一種苦修,因而覺得詹森 的教義特別的投緣。這樣一來,帕斯卡漸漸的,漸漸的要從精神上死亡了----雖然宗教也許多少促進了他今後在文學和哲學上的沉思----然而這種近乎病態 的信仰,確實慢慢導致了帕斯卡科學上的死亡。而他這時才23歲。

在魯昂呆了6年之後,老帕斯卡帶着全家返回到了巴黎。就在回到巴黎的第二年,帕斯卡就又做出了轟動歐洲學界的成果。他對托里拆利 1608-1647)的大氣壓力理論進行了研究,並做了不少實驗。他得到了一個現在小學生都知道的自然知識,即:隨着海拔高度 的上升,大氣壓力總是下降的,並由此改良了托里拆利的水銀氣壓計。

這些都是對物理學的偉大貢獻,然而卻導致了笛卡爾的再次質疑。

原來笛卡爾早在之前,就有過這個氣壓計實驗的想法,並在與梅森神父的通信中討論過此事。於是,本來就和帕斯卡不合的笛卡爾開始懷疑年輕人剽竊了他的思 想。這換作是今天,帕斯卡鐵定要學術聲譽掃地。但還好笛卡爾也沒有什麼事實證據,加上帕斯卡之前的天才顯示,他這樣的人,是不會也不需要去模仿他人的。

但吵歸吵,紳士的風度還是不能丟。於是,笛卡爾在1648----就是他去北歐的前一年----還特地從荷蘭趕到巴黎,來拜訪帕斯卡一家,希望能緩和一 下氣氛。畢竟大家同在梅森小組討論了那麼多年,好歹既是同事也是同行,再說兩個天才,搞得那麼僵畢竟不好。可是,笛卡爾又沒想到,這時候帕斯卡一家已經在詹森教派中越陷越深了。

如果大家還記得,前面說到,笛卡爾是信耶穌學會的----一個溫和的教派。恰好正是詹森教派最為看不順眼的那種死對頭。要說笛卡爾膽子也真是大,畢竟抗過槍,明知詹森教派對耶穌學會的仇恨甚至多於魔鬼仇恨聖水,他也還是敢闖這個虎穴龍潭。

總之,這次拜訪非常失敗,以激烈的爭吵結束。但笛卡爾畢竟是個老紳士,何況他對帕斯卡的天才還是很尊重的。於是,他在離開的時候,依然給了帕斯卡健康方面 的忠告:比如像他那樣,每天上午在床上躺到11點再起來----話說這也是我們現代人普遍的願望,還有就是要有規律有節制的飲食,甚至還開了個有些諷刺性 但還算是友善的玩笑,叫帕斯卡除了牛肉【汁】什麼都不要吃。

帕斯卡到底是年輕人,火氣大,他全盤拒絕了這個敵人的建議。E.T.貝爾有句話說得很有意思:在帕斯卡完全缺乏的其他東西中,有一樣是幽默。而在陷入詹森教派之後,他正逐漸失去的,遠比這多得多。

1648年,帕斯卡一家又搬回了克萊蒙,這次住了兩年。這其間,雅克麗娜計划進入波羅亞爾的修道院,那裡是詹森教派的中心。她開始說服她的哥哥,帕斯卡,與她一起與塵世決絕,去修道院裡把自己的所有通過苦修來奉獻給上帝。

然而此時的帕斯卡,似乎正在身體方面自暴自棄。他酗酒,想用酒精帶來好的睡眠,然而同時在女色中流連忘返,這對他的脾胃又傷害巨大。據坊間傳言,就在這兩年間,他和他妹妹有某種說不清的關係----以致於他後來迫於壓力,把妹妹送進了波羅亞爾,自己卻依然呆在外面。

這對科學來說,還是幸運的。帕斯卡在創造力和智力上還沒有死亡,他還可以做出一流的工作。1650年,帕斯卡一家再度遷回巴黎,第二年老帕斯卡就去世了。 帕斯卡現在就成了一家之主。他做的第一件事,就是去跟笛卡爾競爭。在聽說了解析幾何被請到北歐的皇宮,成為了那位年輕女王的教師時,帕斯卡頓時覺得不公。

他和笛卡爾一方面互相看不起,另一方面又互相較勁。帕斯卡寫了封非常謙卑的信給克里斯蒂娜女王,並送上了自己製作的計算器。我們不知道女王的反應如何,反正最後的結果是,帕斯卡並沒有去北歐頂替可憐的笛卡爾。

1654年,是帕斯卡一生中科學事業的轉折點。在這一年,他和費馬的通信,共同創造了概率論的基礎,但同時,到該年年底時,帕斯卡正式進入了他妹妹所在的 修道院。從此,我們的天才帕斯卡,所有的精力都用到了哲學和神學上。我無意詆毀他在這兩方面的偉大,然而他那驚人的智力,從此就告別了科學----除了 1659年的擺線研究的短暫閃光----帕斯卡對數學的貢獻,已經到此為止了。

我們無法責備他。他做到了他能做的一切,沒人可以要求更多。他的《思想錄》和《致外省人書》不僅在哲學和神學方面有極大的指導力,同時也是文學和辯論技巧方面的傑作典範。而我們只能做這樣並沒有太大意義的假設:如果帕 斯卡這樣的頭腦,能夠保持對科學的一貫興趣,他會做出什麼樣的結果?


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