数学史 · 中文镜像

数学家传记

德尼·帕潘Denis Papin

出生
1647年8月22日 法国布卢瓦
逝世
1713年8月26日 英格兰伦敦

德尼·帕潘是一位法国发明家,他研究蒸汽机,发明了压力锅和桨船。

完整传记

德尼·帕潘的父亲也叫帕潘,因此我们将称他为老帕潘。老帕潘(生于1608年10月21日,卒于1688年)是Jacques Papin和Jehanne Dufour十个孩子中的长子。他成为布卢瓦地区的皇家顾问和税收征收员。老帕潘大约在1640年与Madeleine Pineau结婚,她的家族有行医的传统。他们有十三个孩子,本传记的主人公帕潘是他们的第四个孩子和长子。他的出生日期未知,我们给出的日期,1647年8月22日,实际上是他的洗礼日期。他的叔叔Isaac Papin为他主持了洗礼,当时26岁。这个家庭是胡格诺派教徒,即新教徒的法国分支,并受到1598年通过的南特敕令的保护,免遭迫害。

他六岁时,帕潘被交由他的叔叔Nicolas Papin(生于1625年1月22日)照料。Nicolas Papin是布卢瓦以西约100公里处的索米尔的一名医生,1647年在那里结婚,并有三个孩子分别生于1648年、1649年和1653年。索米尔有一所胡格诺派科学院,帕潘在这所学校学习。1661年,他开始在昂热大学学习医学,该大学设有法律、神学、艺术和医学院,吸引了来自全法国的学生。他于1669年6月4日获得医学学位,但[13]:-

……他对教学和同学的评价都不高,但认为获得医学博士学位是值得的。

在他职业生涯的这个阶段,帕潘打算从事医学,因此在回到布卢瓦几个月后,他于1670年前往巴黎开始医生生涯。然而,他对数学和力学的兴趣远大于医学,很快他就对医学感到厌倦。他寻找参与数学的途径,并接触了财政总监让-巴蒂斯特·柯尔贝尔的妻子玛丽·沙隆·柯尔贝尔。沙隆家族和帕潘家族都来自布卢瓦,因此玛丽·柯尔贝尔是帕潘寻求支持的明显人选。从1666年12月起,柯尔贝尔一直在组织一小群学者在国王图书馆聚会。克里斯蒂安·惠更斯,当时领先的科学家之一,被说服在巴黎工作,是柯尔贝尔小组的主要成员。他正在寻找一名助手,因此安排帕潘担任这一角色。从1671年到1674年,他协助克里斯蒂安·惠更斯进行空气泵实验,在此期间他住在巴黎皇家图书馆克里斯蒂安·惠更斯的公寓里[8]:-

克里斯蒂安·惠更斯的指导下,帕潘出版了一本书《真空的新实验》(巴黎,1674年),基于他在学徒期间听说的实验。这包括克里斯蒂安·惠更斯的空气泵设计以及他自1668年以来用该仪器进行的许多实验,包括测试动物和植物在泵内的反应,以及观察看似真空的接收器中的气压计。事实上,帕潘书中的一部分密切遵循克里斯蒂安·惠更斯于1668年向Académie Royale所作的讲座。帕潘对克里斯蒂安·惠更斯参与的辩论不屑一顾,宁愿改进仪器并叙述在空气泵稀薄空间内发生的自然现象的观察。同样在1674年,罗伯特·波义耳不知道帕潘的书,出版了一本短论文集,其中包括关于“空气的隐藏性质”的作品……克里斯蒂安·惠更斯于1675年6月收到罗伯特·波义耳的论文集,并在下个月,帕潘带着自己的空气泵前往英国,直接与罗伯特·波义耳交流。

克里斯蒂安·惠更斯给帕潘写了一封介绍信给皇家学会的秘书亨利·奥尔登堡。在信中,他请奥尔登堡安排帕潘被介绍给罗伯特·波义耳威廉·布朗克。他还问奥尔登堡是否能找到某种方式让帕潘在英国立足。奥尔登堡为帕潘安排了住宿,组织他临时担任家教,并把他介绍给罗伯特·波义耳。帕潘加入了针线街的胡格诺派教会,但在这个阶段,他似乎想专注于学习英语而不是讨论科学。虽然伦敦皇家学会当时在运作,但会议不频繁,罗伯特·波义耳没有参加。然而,到1675年秋天,帕潘开始试图让罗伯特·波义耳对他的工作感兴趣。他通过与克里斯蒂安·惠更斯合写多篇论文并在皇家学会Transactions上发表来做到这一点。在1676年2月的一次皇家学会会议上,奥尔登堡报告了罗伯特·波义耳的实验和帕潘的实验,一些实验在学会会议上进行了演示。帕潘发明了一种特别有效的双筒空气泵。罗伯特·波义耳向帕潘提供了一个助手职位,他欣然接受。两人开始进行实验,但在罗伯特·波义耳生病后,帕潘独自继续工作[17]:-

根据罗伯特·波义耳自己的证词,这就是帕潘所做的:他设计并建造了这些实验中使用的特定仪器;他操作仪器,或独自或与其他技术人员一起;他测量并记录了几乎所有的实验现象;他计划和组织了大部分要进行的实验。此外,他撰写了至少相当一部分,可能几乎全部的实验报告。

Anita McConnell 写道 [13]:-

从1676年7月到1679年2月,帕潘与罗伯特·波义耳密切合作,进行与呼吸、磁性、空气以及血液和各种药物的化学有关的实验,他在其《新实验续编》(1680年)中描述了这些实验。

他留在这个职位直到1679年,当时他成为皇家学会罗伯特·胡克的助手。1679年,帕潘发明了压力锅,并向皇家学会 [15]展示了它:-

该装置例证了蒸汽在加热和密闭时所获得的巨大弹性力。这种蒸煮器用于烹饪和通过高压蒸汽从骨头中提取明胶的特性,包含了目前用这种方法制备食物时所实践的一切。

他于1681年出版了一部用英文描述其蒸煮器的著作,即A new digester or engine for softening bones, containing a description of its make and use。法文版于1682年在巴黎出版。由于他与罗伯特·胡克罗伯特·波义耳的出色工作,帕潘于1680年当选为皇家学会的会士。他为罗伯特·胡克所做的工作似乎主要是作为低薪秘书,并且在1681年3月1日,帕潘返回法国与克里斯蒂安·惠更斯一起工作。

尽管现在已成为领先的物理学家,帕潘并未完全放弃对医学的兴趣,因为1681年他写了A Treatise on Painless Operations [7]:-

作者在其中描述了可用于减轻病人感觉、免除手术疼痛的不同方法。

1681年,帕潘前往意大利,在威尼斯Accademia publicca di scienze担任实验主任,直到1684年。Giovanni Ambrosio Sarotti曾试图将威尼斯的Accademia改造成一个仿照伦敦皇家学会和巴黎Académie Royale的学会。Sarotti在1679年当选为皇家学会会士时,曾在英格兰见过帕潘。事实上,当Sarotti回到威尼斯时,他带走了帕潘的一台空气泵。Sarotti建立了一座宏伟的图书馆,每周开放三天供学者使用。其中一天是星期一,晚上学者们会聚在一起讨论。这些聚会上演示实验,并讨论数学。然而,缺乏资金支持使Sarotti创建威尼斯版皇家学会的尝试告终。离开意大利后,由于宗教原因,帕潘无法返回法国。他是加尔文主义者,出生于胡格诺派家庭,而在1685年路易十四撤销了给予胡格诺派宗教自由的南特敕令后,他成为流亡者。

帕潘于1684年返回伦敦,再次与皇家学会合作直到1687年。他被任命为临时实验管理员,在这些年里撰写了多篇论文,并在皇家学会会议上进行了许多实验演示。他的一些论文发表在皇家学会Philosophical Transactions上,但大多数未发表,保存在档案中。1687年,帕潘离开英格兰,前往奥托·黑塞-卡塞尔,在那里被任命为马尔堡大学数学教授[13]:-

1687年,随着帕潘被任命为德国马尔堡大学数学教授,更美好生活的前景出现了。在那里,他与逃离法国的其他胡格诺派教徒重聚,其中包括他的表妹Marie Papin和她的丈夫Jacques Maliverne,后者也是该大学的教授,不久后去世,留下遗孀抚养他们的小女儿Charlotte。帕潘想娶Marie的愿望遭到当地牧师的反对,理由是近亲关系,直到1691年1月1日才通过黑塞伯爵的特别特许得以实现。

他担任此职位直到1696年,之后为黑塞-卡塞尔伯爵工作直到1707年。对帕潘来说,在黑塞-卡塞尔的这段时间并不成功,他发现自己与同事意见不合。他返回伦敦,住在威斯敏斯特,将妻子和继女留在德国。

我们应当提到帕潘与哥特弗里德·威廉·莱布尼茨的友谊,以及两人之间的科学争论。他们在1670年代相识并成为朋友,当时帕潘正与克里斯蒂安·惠更斯合作。此时,哥特弗里德·威廉·莱布尼茨经常造访克里斯蒂安·惠更斯的实验室,因此定期见到帕潘。他们的科学争论体现在1689-1691年的书信往来中,始于哥特弗里德·威廉·莱布尼茨的一封信,该信涉及帕潘一篇讨论自由落体运动的论文。哥特弗里德·威廉·莱布尼茨在信末说:-

我们由此得出结论,反对笛卡尔学派:运动的量不应总是守恒。

帕潘的反应是既回信又撰写更多论文。争论围绕的是vis viva,即我们今天所称的动能,但通信还涵盖了许多其他主题。1692年他们又交换了更多信件。Alberto Guillermo Ranea写道[14]:-

从1692年1月到11月,他们交换了大约十篇文本,其中哥特弗里德·威廉·莱布尼茨和帕潘都试图给出各自论点的主要观点。我们可以推测这些文本原本打算发表。但由于哥特弗里德·威廉·莱布尼茨坚决反对帕潘将争论提交给科学界的意图,它们一直未编辑……1692年11月,他们的通信突然停止,大概是因为帕潘在新职位上遇到了麻烦,那是在马尔堡。尽管如此,后来从1695年7月直到1700年帕潘前往荷兰,他们又围绕vis motrix进行了激烈的争论。……帕潘在整个争论中反复重申其立场的依据:如果我们处理的是通过先前从同一高度下降获得的运动而被提升到某一高度的物体,我们不能假设这些高度与vires motrices成正比,因为这些力会被它们必须克服的阻力所减弱,而不是被它们所经过的距离所减弱。

帕潘最为人所知的是他作为发明家的工作,特别是他在蒸汽机方面的工作。我们已经提到他发明了压力锅,1690年他在De novis quibusdam machinis(《论某些新机器》)中发表了他关于蒸汽机的第一部著作。蒸汽机的目的是将水提升到卡塞尔和Karlshaven之间的运河。他还使用蒸汽机将水抽到宫殿屋顶上的水箱,为庭院中的喷泉供水。1705年,当哥特弗里德·威廉·莱布尼茨寄给帕潘一张蒸汽机草图时,帕潘再次开始研究这个主题,并撰写了The New Art of Pumping Water by using Steam (1707年)。他设计了一个安全阀,以防止蒸汽压力积聚到危险水平。

帕潘还研究过其他发明,包括建造潜艇、气枪和榴弹发射器。他试图在黑塞-卡塞尔建立玻璃工业,还试验用化学方法和真空来保存食物。1707年,帕潘建造了第一艘明轮船,同年他回到伦敦,在那里默默无闻、穷困潦倒地生活直至去世。显然,他1707年回到伦敦时希望受雇于皇家学会,他写了许多信表示愿意向该学会展示实验。当时,艾萨克·牛顿皇家学会的主席,似乎没有对帕潘的重新受雇给予任何鼓励。此外,该学会本身也面临财政困难,无法向帕潘提供多少经济援助。帕潘继续撰写论文,例如1711年他向皇家学会寄了十一篇论文。这些论文在学会会议上被宣读,但尽管包含有趣的想法,却未发表。他提出的一个重要想法是黑森风箱,这是一种旨在产生气流以熔化矿石的机器。这一想法成为高炉的基础。他的去世日期只是猜测,因为似乎没有关于他在伦敦最后几年的记录。他已知的最后一封信日期为1712年1月23日。学会已于1712年1月4日投票决定向他支付10英镑作为服务报酬,但他在1月23日写那封信时尚未收到这笔款项。很可能,由于发现他去世的人不知道他有任何亲属或钱财,他们将他埋葬在一个无名坟墓中。

至于帕潘的性格,Alberto Guillermo Ranea写道,他是[14]:-

……一个极其固执的性格,一个无法向对手让出丝毫优势的人,一个在争论艺术的规则和技巧方面技艺娴熟的专家。

帕潘一生中获得的荣誉很少,主要是因为他的工作的重要性直到他去世100年后才被理解,尽管如此,他最近在他的家乡布卢瓦获得了荣誉,那里竖立了一座铜像,一条主要街道以他的名字命名。圣艾蒂安的让·莫内大学一栋建筑位于帕潘街。职业高中帕潘位于拉库尔讷沃,离布卢瓦不远。巴黎有一条帕潘街,埃希罗勒和波尔多附近的贝格勒也有一条帕潘街。2013年7月,在法国卢瓦-谢尔省的希特奈举行了帕潘诞辰300周年庆祝活动。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。