Такое явление, как давление присутствует в нашей жизни почти везде, и нельзя ни упомянуть о известном французском ученом, Блезе Паскале, который придумал единицу измерения давления – 1 Па. В этой статье мы хотим рассказать про выдающегося физика, математика, философа и писателя, который родился 19 июня 1623 года во французском городе Овернь (в те времена Клермон-Ферране), а умер в 1662 году – 19 августа.

Блез Паскаль (1623-1662 г.ж.)

Открытия Паскаля до сегодняшнего дня служат человечеству в сфере гидравлики и вычислительной техники. Также Паскаль проявил себя в формировании литературного французского языка.

Блез Паскаль появился на свет в семье потомственного дворянина и с самого рождения имел слабое здоровье, на что врачи удивлялись, как он вообще выжил. Из-за слабого здоровья отец иногда запрещал ему заниматься геометрией, так как имел опасение за состояние здоровья, которое может ухудшиться вследствие умственного перенапряжения. Но такие ограничения не заставили Блеза отказаться от науки и уже в раннем возрасте он доказал первые теоремы Евклида. Но когда отцу стало известно, что его сын сумел доказать 32 теорему, то не смог запретить ему изучать математику.

Арифмометр Паскаля.

В 18 лет Паскаль наблюдал, как его отец составляет отчет по налогам целой области (Нормандия). Это было скучнейшее и монотонное занятие, которое отнимало массу времени и сил, так как расчеты производились в столбик. Блез решил помочь отцу и около двух лет работал над созданием вычислительной машины. Уже в 1642 году на свет появился первый калькулятор.

Арифмометр Паскаля был создан по принципу античного таксометра – устройства, которое предназначалось для расчета расстояния, только немного видоизменённого. Вместо 2 колес использовалось уже 6, что позволило выполнять расчеты с шестизначными числами.

Арифмометр Паскаля.

В данной вычислительной машине колеса могли вращаться только в одном направлении. Производить суммирующие операции на такой машине было легко. Например, нам необходимо высчитать сумму 10+15=? Для этого необходимо вращать колесо пока не выставится значение первого слагаемого 10, потом крутим это же колесо до значения 15. При этом указатель сразу же показывает 25. То есть подсчет происходит в полуавтоматическом режиме.

Вычитание на такой машине невозможно произвести, так как колеса не вращаются в обратном направлении. Делить и умножать арифмометр Паскаля не умел. Но даже в таком виде и с такими функциональными возможностями эта машина была полезной и ей с радостью пользовался Паскаль-старший. Машина производила быстрые и безошибочные математические действия по суммированию. Паскаль-старший даже вложил деньги в производство паскалин. Но это принесло только разочарование, так как большинство бухгалтеров и счетоводов не хотели принимать такое полезное изобретение. Они считали, что при введении таких машин в действие им придётся искать другую работу. В 18 столетии арифмометры Паскаля широко использовались моряками, артиллеристами и ученными для арифметических сложений. Это изобретение саботировалось со стороны финансистов более 200 лет.

Изучение атмосферного давления.

В свое время Паскаль видоизменил опыт Эванджелиста Торричелли и сделал вывод, что над жидкостью в трубке должна образоваться пустота. Он купил дорогостоящие стеклянные трубки и проводил опыты без использования ртути. Вместо неё он применил воду и вино. В ходе экспериментов выяснилось, что вино имеет свойство подыматься выше, чем вода. Декорт в свое время доказывал, что над жидкостью должны располагаться ее пары. Если вино испаряется быстрее воды, то накопившиеся пары вина должны препятствовать поднятию жидкости в трубке. Но на практике предположения Декарта были опровергнуты. Паскаль предположил, что атмосферное давление воздействует одинаково на тяжелые и легкие жидкости. Данное давление способно затолкнуть в трубку больше вина, так как оно легче.

Опыты Эванджелиста Торричелли

Паскаль, который долгое время экспериментировал с водой и вином, установил, что высота подъема жидкостей меняется в зависимости от погодных условий. В 1647 году было сделано открытие, которое свидетельствуют о том, что атмосферное давление и показания барометра зависят от погоды.
Чтобы окончательно доказать то, что высота подъёма столбика жидкости в трубке Торричелли зависит от изменения атмосферного давления, Паскаль просит своего родственника подняться с трубкой на гору Пюи-де-Дом. Высота этой горы составляет 1465 метров над уровнем моря и имеет на вершине меньшее давление, чем у ее подножья.

Так Паскаль сформулировал свой закон: на одном расстоянии от центра Земли – на горе, равнине или водоеме атмосферное давление имеет одинаковое значение.

Теория вероятности.

С 1650 года Паскаль с трудом передвигается, так как был поражен частичным параличом. Врачи считали, что его болезнь связана с нервами и ему необходимо встряхнуться. Паскаль стал посещать игорные дома и одно из заведений имело название «Папе-Рояль», которым владел герцог Орлеанский.

В этом казино судьба свела Паскаля с шевалье де Мере, который обладал необычными математическими способностями. Он поведал Паскалю, что при бросании кости в подряд 4 раза, выпадение 6 составляет более 50%. Мере делая небольшие ставки в игре выигрывал, используя свою систему. Такая система работала, только при бросании одной кости. При переходе на другой стол, где производился бросок пары костей, система Мере не приносила прибыль, а наоборот только убытки.

Такой подход натолкнул Паскаля на мысль, в которой он захотел рассчитать вероятность с математической точностью. Это был настоящий вызов судьбе. Паскаль решил решить данную задачу при помощи математического треугольника, который был известен даже в древности (например, Омар Хайям упоминал о нем), который потом получил название – треугольник Паскаля. Эта пирамида, состоящая из чисел, каждое из которых равно суме пары чисел расположенных над ним.

Машина Паскаля со снятой крышкой

Механизация и машинизация вычислительных операция – одно из основополагающих технических достижений второй трети 20 века. Подобно тому, как появление первых прядильных машин послужило началом великого промышленного переворота 18-19 веков, создание электронной вычислительной машины стало предвестником грандиозной научно-технической и информационной революции второй половины 20-го. Этому важному событию предшествовала длинная предыстория. Первые попытки собрать счетную машину были еще в 17 веке, а простейшие вычислительные приспособления, типа абака и счет, появились еще раньше – в древности и средневековье.

Хотя автоматическое вычислительное устройство относится к роду машин, его нельзя поставить в один ряд с промышленными машинами, скажем, с токарным или ткацким станком, ведь в отличие от них оно оперирует не с физическим материалом (нитями или деревянными заготовками), а с идеальными, несуществующими в природе числами. Поэтому перед создателем любой вычислительной машины (будь то простейший арифмометр или новейший суперкомпьютер) стоят специфические проблемы, не возникающие у изобретателей в других областях техники. Их можно сформулировать следующим образом: 1) как физически (предметно) представить числа в машине? 2) как осуществить ввод исходных числовых данных? 3) каким образом смоделировать выполнение арифметических операций? 4) как представить вычислителю введенные исходные данные и результаты вычислений?

Одним из первых эти проблемы преодолел знаменитый французский ученый и мыслитель Блез Паскаль. Ему было 18 лет, когда он начал работать над созданием особой машины, с помощью которой человек, даже не знакомый с правилами арифметики, мог бы производить четыре основных действия. Сестра Паскаля, бывшая свидетельницей его работы, писала позже: «Эта работа утомляла брата, но не из-за напряжения умственной деятельности, и не из-за механизмов, изобретение которых не вызывало у него особых усилий, а из-за того, что рабочие с трудом понимали его». И это не удивительно. Точная механика только рождалась, и качество, которого требовал Паскаль, превышало возможности его мастеров. Поэтому изобретателю самому нередко приходилось браться за напильник и молоток или ломать голову над тем, как изменить в соответствии с квалификацией мастера интересную, но сложную конструкцию. Первая работающая модель машины была готова в 1642 г. Паскаля она не удовлетворила, и он сразу же начал конструировать новую. «Я не экономил, - писал он впоследствии о своей машине, - ни времени, ни труда, ни средств, чтобы довести ее до состояния быть полезной… Я имел терпение сделать до 50 различных моделей…» Наконец в 1645 г. усилия его увенчались полным успехом – Паскаль собрал машину, которая удовлетворяла его во всех отношениях.

Что же представляла из себя эта первая в истории вычислительная машина и каким образом были разрешены перечисленные выше задачи? Механизм машины был заключен в легкий латунный ящичек. На верхней его крышке имелось 8 круглых отверстий, вокруг каждого из которых была нанесена круговая шкала. Шкала крайнего правого отверстия делилась на 12 равных частей, шкала соседнего с ним отверстия на 20 частей, остальные шесть отверстий имели десятичное деление. Такая градуировка соответствовала делению ливра – основной французской денежной единицы того времени: 1 су = 1/20 ливра и 1 денье = 1/12 су. В отверстиях были видны зубчатые установочное колеса, находившиеся ниже плоскости верхней крышки. Число зубьев каждого колеса было равно числу делений шкалы соответствующего отверстия.

Суммирующая машина Паскаля (Паскалина) - вычислительное устройство, изобретенное французским ученым Блезом Паскалем (1641, по другим данным 1643). В машине Паскаля каждой цифре соответствовало определенное положение разрядного колеса, разделенного на 10 секторов. Сложение в такой машине осуществлялось поворотом колеса на соответствующее число секторов. Идея использовать вращение колеса для выполнения операции сложения (и вычитания) предлагалась и до Паскаля (например, Вильгельмом Шиккардом, 1623), но новшеством в машине Паскаля был автоматический перенос единицы в следующий, высший разряд при полном обороте колеса предыдущего разряда (так же, как при обычном сложении десятичных чисел в старший разряд числа переносят десятки, образовавшиеся в результате сложения единиц, сотни - от сложения десятков). Это давало возможность складывать многозначные числа без вмешательства человека в работу механизма. Этот принцип использовался с середины 17 до 20 века при построении арифмометров (приводимых в действие от руки) и электрических клавишных вычислительных машин (с приводом от электродвигателя).

Блез Паскаль начал создавать суммирующую машину в юности, наблюдая за работой своего отца - сборщика налогов, который был вынужден выполнять долгие и утомительные расчеты. Паскалина представляла собой механическое устройство в виде ящика с многочисленными связанными одна с другой шестеренками. Складываемые числа вводились в машину при помощи поворота наборных колес. На каждое из этих колес, соответствовавших одному десятичному разряду числа, были нанесены деления от 0 до 9. При вводе числа, колеса прокручивались до соответствующей цифры. Совершив полный оборот, избыток над цифрой 9 колесо переносило на соседний разряд, сдвигая соседнее колесо на одну позицию. Первые варианты «Паскалины» имели пять зубчатых колес - десятичных разрядов, позднее их число увеличилось до шести или восьми. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса. Вращение колес было возможно лишь в одном направлении, исключая возможность оперирования отрицательными числами. Машина Паскаля позволяла выполнять не только сложение, но требовала при этом применения неудобной процедуры повторных сложений.

Несмотря на преимущества автоматических вычислений использование десятичной машины для финансовых расчетов в рамках действовавшей в то время во Франции денежной системы было затруднительным. Расчеты велись в ливрах (фунтах), су (солидах) и денье (денариях). В ливре насчитывалось 20 су, в су - 12 денье. В таких условиях использование десятичной системы усложняло процесс вычислений.

Примерно за 10 лет Паскаль построил около 50 устройств и сумел продать около дюжины вариантов своей машины. Несмотря на вызываемый ею всеобщий ажиотаж, сложность изготовления и высокая стоимость машины служили препятствием ее распространению. Тем не менее, заложенный в основу «Паскалины» принцип связанных колес стал основой для большинства позднейших вычислительных устройств. Машина Паскаля была вторым реально работающим вычислительным устройством после считающих часов Вильгельма Шиккарда.

Блез Паскаль оставил заметный след в истории человечества. Ученый работал в самых разных областях знаний. Он по праву считается дним из создателей математического анализа, проектной геометрии, теории вероятностей, гидростатики (физикам и не только им известен закон Паскаля, согласно которому изменения давления в покоящейся жидкости передается в остальные точки без изменений), создателем механического счетного устройства – “паскалева колеса”.

Блез Паскаль появился на свет летом 1623 года во французском городке Клермон-Ферран в семье председателя налогового управления Этьена Паскаля. Жизнь не баловала Блеза. Еще в детстве, когда он был совсем маленьким, мальчик заболел непонятной нервной болезнью. Со слов окружающих можно предположить, что он был укушен бешеной собакой: мальчик панически боялся воды, бился в судорогах, наконец, затих совершенно бесчувственный и казался мертвым. Если так, непонятно, как он выжил. А он не только выжил, но и довольно скоро оправился от недуга.

В 1631 году у Паскаля умирает мама и после этого его семья переезжает в Париж. Блез рос одарённым ребёнком. С малых лет мальчик увлекался точными науками, особую роль в этом сыграло воспитание: поскольку отец Блеза сам неплохо разбирался в математике, дружил с Мареном Мерсенном и Жераром Дезаргом, однажды открыл и исследовал неизвестную ранее алгебраическую кривую, с тех пор получившую название “улитка Паскаля”.

Именно отец подарил юному Блезу “Начала” Евклида. Мальчик прочел всю книгу, ни разу не попросив объяснения. После этого отец стал давать ему другие сочинения по математике. Блезу также разрешили принимать участие в собраниях математического кружка – “четвергов Мерсенна”, где он ближе познакомился с видными математиками того времени. Там же впервые он сделал доклад о теореме, носящей имя Паскаля. Она и сегодня является составной частью всех курсов геометрии.

Уже в шестнадцатилетнем возрасте Паскаль сформулировал теорему о шестиугольнике, вписанном в коническое сечение (теорема Паскаля). Известно, что позже он получил из своей теоремы около 400 следствий.

Через несколько лет Блэз Паскаль создал механическое вычислительное устройство – суммирующую машину, которая позволяла складывать числа в десятичной системе счисления. Сын сборщика налогов, Паскаль задумал построить вычислительное устройство, наблюдая бесконечные утомительные расчеты своего отца. В 1642 году, когда Паскалю было 19 лет, он начал работать над созданием суммирующей машины. Веря, что это изобретение принесет удачу, отец с сыном вложили в создание своего устройства большие деньги. Но против счетного устройства Паскаля выступили клерки - они опасались потерять из-за него работу, а также работодатели, считавшие, что лучше нанять дешевых счетоводов, чем покупать дорогую машину.

В этой машине цифры шестизначного числа задавались путем соответствующих поворотов дисков (колесиков) с цифровыми делениями, а результат операции можно было прочитать в шести окошках – по одному на каждую цифру. Диски были механически связаны, при сложении учитывался перенос единицы в следующий разряд. Диск единиц был связан с диском десятков, диск десятков – с диском сотен и т.д. Если при повороте диск проходил через ноль, то следующий диск поворачивался на единицу вперед. Другие операции выполнялись при помощи довольно неудобной процедуры повторных сложений, и в этом заключался основной недостаток машины. Однако изобретенный Паскалем принцип связанных колес явился основой, на которой строилось большинство вычислительных устройств на протяжении следующих трех столетий.

Паскаль продолжал работать над усовершенствованием машины, в частности пытался сконструировать устройство для извлечения квадратного корня. Работа продолжалась вплоть до 1652 года. Еще через несколько месяцев он отправит свою машину юной шведской королеве Христине, славившейся умом, эксцентричностью и ученостью, а затем навсегда отойдет от занятий вычислительной техникой.

"Арифмометр" Блеза Паскаля

Одну из первых удачных моделей своей машины Паскаль преподнес канцлеру Сегье. Покровительство Пьера Сегье помогло ученому получить 22 мая 1649 года королевскую привилегию, которая устанавливала его приоритет в изобретении и закрепляла за ним право производить и продавать машины. С 1646 по 1649 год Паскаль изготовил некоторое количество машин, и часть их продал.

Сохранилось семь арифметических машин, четыре из которых находятся в Парижском музее искусств и ремесел, одна - в музее города Клермона, две - в частных коллекциях. Одна из машин Парижского музея удостоверена собственноручной записью Паскаля и датой изготовления (1652): «Еstо ргоbаti instrumenti sуmbоium hос: Вlаsius Раsсаi агуеnus, invеntог, 20 mау 1652».

Машина Паскаля получила широкое применение: во Франции она оставалась в употреблении до 1799 г., а в Англии даже до 1971 года.

Впоследствии были созданы счетные (вычислительные), машины, несравненно более дорогие и более сложные, нежели машина Блеза Паскаля; машины, пользу которых для человечества трудно переоценивать... Однако их начало следует искать в скромном паскалевском колесе.

В 24 года Блеза Паскаля парализовало. Он с трудом передвигался на костылях, но продолжал работать. Ах, как мешали ему эти костыли! Ведь теперь он задумал до конца решить загадку атмосферного давления и наконец-то поставить точку в многолетних трудах Галилея, Торричелли и Рея. Сначала он соглашался с древней схоластической аксиомой: “Да, очевидно, природа действительно не терпит пустоты”. Но, докопавшись до сути, ученый понял, что “отвращение природы к пустоте” - пустой набор слов. Если это правда, “отвращение” на вершине горы и у ее подножия должно быть одинаковым, если оно будет разным - тогда дело в давлении атмосферы. Но как поставить такой эксперимент, если ноги отказались служить ему?!

В ноябре 1647 года Паскаль пишет мужу своей сестры подробное письмо, в котором просит его поставить задуманный им опыт на горе Пюи-де-Дом (высота 1467 метров). Лишь в сентябре следующего года сгорающий от любопытства Блез получил точный ответ: давление на вершине горы меньше, чем у ее подножия. В Париже он сам повторяет этот опыт в башне на улице Риволи. Результаты своих исследований Паскаль изложил в книге “Новые опыты, касающиеся пустоты” и отныне вошёл в историю физики, установив основной закон гидростатики и подтвердил предположение Торричелли о существовании атмосферного давления.

Казалось бы, дух этого необыкновенного человека победил его слабую плоть, но вдруг в 25-летнем Блезе Паскале наступает резкий перелом. Он оставляет все занятия математикой и физикой, читает только богословские книги, становится угрюмым и замкнутым.

Чем же можно объяснить причины столь резкой перемены? Возможно, тут сыграла свою роль и расшатанная нервная система, и частые жестокие головные боли, и модное учение янсенистов, убеждавших его, что отказ от науки будет жертвой богу, который послал ему физические страдания. Повлияла на него и смерть отца в 1651 году, и пострижение любимой младшей сестры Жаклин в монахини.

В 1655 году Паскаль поселяется рядом с сестрой в монастыре, где пишет “Письма к провинциалу” - блестящий образец французской литературы, содержащий яростную критику иезуитов и пропаганду истинных моральных ценностей.

С 1658 года здоровье Блеза Паскаля быстро ухудшается. Христиан Гюйгенс, посетивший Паскаля в 1660 году, увидел перед собой глубокого старика, хотя тому было всего 37 лет. Врачи запретили ему любые умственные нагрузки, но больной умудрялся записывать всё, что приходило ему в голову, буквально на любом подручном материале.

Блез Паскаль умер 19 августа 1662 года, исповедовавшись перед смертью у священника. Последними словами его были: “Да не покинет меня Бог никогда!” Великий ученый захоронен в парижской церкви Сент-Этьен-дю-Мон (St-Etienne-du-Mont).

Вскрытие тела не помогло установить точную причину смерти Блеза Паскаля, однако очевидные поражения органов брюшной полости указывали на туберкулез легких и рак желудка. Головные боли, всю жизнь мучавшие Паскаля, были вызваны органическими поражениями некоторых участков головного мозга.

После смерти Блеза друзья-янсенисты нашли целые пачки таких записок, перевязанных бечёвкой, которые были ими расшифрованы и изданы книгой под названием “Мысли”. Главная тема этих записок – взаимоотношения Бога и человека, а также апологетика христианства в янсенистском понимании. “Мысли” вошли в классику французской литературы, а Паскаль стал единственным в новой истории великим литератором и великим математиком одновременно.

В честь Блеза Паскаля названы кратер на Луне, единица измерения давления системы СИ, язык программирования Pascal.

«В 17 лет, желая помочь отцу в громоздких вычислительных операциях, связанных со сборам податей в Руанском генеральстве, интендантом которого был отец, Паскаль задумал создать счётную машину. Облегчение счёта путём его автоматизации было не только его личной задачей, а одной из актуальных научных проблем XVII столетия. […] Путь этот был тернистым, потребовавшим от Паскаля не только больших творческих усилий, но и огромного волевого и физического напряжения, а также значительных материальных затрат, на которые, кстати, не скупился его понимающий отец. […]

Созданию счётной машины Паскаль отдал 5 лет своей хрупкой и короткой жизни. Он вложил в неё все свои знания по математике, механике, физике, талант изобретателя, природную сноровку мастера. По замыслу Блеза, счётная машина-сумматор должна была облегчить сложные расчёты «без пера и жетона» любому человеку, не знакомому с математикой. В теоретическом плане принцип её действия довольно прост: автоматический перенос десятков с помощью вращательного движения зубчатых колес, замена десятков нулём в одном разряде и автоматическое прибавление единицы в следующем. Но для низкой техники того времени реализация этого простого замысла была сопряжена с невероятными трудностями, через которые пришлось пройти Паскалю.

Одну из первых готовых машин Паскаль с благодарственным посвящением подарил канцлеру Сегье, который в трудный момент поддержал пошатнувшиеся надежды юного изобретателя, «Кровавый палач» народа Сегье был покровителем наук и страстным собирателем редких книг и рукописей.

В 1649 г. канцлер добился от короля «Привилегии на арифметическую машину» для Паскаля, согласно которой за автором закреплялось право на приоритет, её изготовление и продажу. Некоторое время Паскаль занимался производством счётных машин и какое-то количество из них продал; посредником в деле сбыта машин был Роберваль, друг обоих Паскалей. Но кустарная техника того времени делала производство машины очень сложным и дорогостоящим предприятием, которое не могло долго продержаться на личных средствах и героических усилиях изобретателя. Тем более что, тяжёлый труд на протяжении 5 лет подорвал и без того хрупкое здоровье Паскаля. Его начали мучить изнурительные головные боли, которые давали о себе знать всю последующую жизнь».

Стрельцова Г.Я., Паскаль и европейская культура, М., «Республика», 1994 г., с. 34-35.

Историки считают, что у Блеза Паскаля было до 50 вариантов счетной машины.