Daniel Bernoulli
Daniel Bernoulli vydal své mistrovské dílo Hydrodynamica v roce 1738 jen proto, aby ho jeho vlastní žárlivý otec plagioval. Bernoulli vysvětlil, jak rychlost tekutiny ovlivňuje její tlak: Bernoulliho jev vysvětluje, jak křídla letadla vytvářejí vztlak. Bernoulliho kinetická teorie předstihla o více než sto let teorii Jamese Clerka Maxwella a Bernoulli provedl průkopnickou práci v oblasti teorie rizika, kterou využil v tak různých oblastech, jako je ekonomie a evoluce.
Počátky
Daniel Bernoulli se narodil 8. února 1700 ve městě Groningen v Nizozemsku.
Jeho rodiče byli Johann Bernoulli a Dorothea Falknerová.
Matematiku měli v krvi
Danielova matka Dorothea Falknerová pocházela ze známé a bohaté rodiny ve švýcarské Basileji.
Danielův otec Johann Bernoulli pocházel rovněž z Basileje. Byl kvalifikovaným lékařem a brilantním matematikem, který jako jeden z prvních zvládl a rozšířil novou matematiku kalkulu. Johannova pověst byla tak vysoká, že byl nazýván „Archimédem svého věku“.
Není divu, že s otcem, jako byl Johann, Daniel v matematice rychle pokročil. Také Danielovi dva bratři se stali prvotřídními matematiky. Daniela pravděpodobně učil více jeho starší bratr Nicolaus než otec, který byl sice geniální, ale dokázal být k Danielovi nesympatický a tvrdý.
Matematika byla zřejmě v rodině Bernoulliů dědičná, protože Johanův starší bratr Jacob byl také brilantním matematikem.
Ať děláš cokoli, nestaň se matematikem!“
Danielův otec vedl katedru matematiky na univerzitě v Groningenu.
V roce 1705, když bylo Danielovi pět let, se jeho rodina přestěhovala do Basileje ve Švýcarsku, rodného města jeho rodičů, kde se jeho otec stal katedrou matematiky na Basilejské univerzitě.
I přes vysokou pověst, které se jako matematik těšil, Danielův otec nesnášel nízký plat, který podle něj matematici dostávali. Rodina Bernoulliů bývala kdysi bohatými obchodníky a Danielův otec věřil, že právě Danielovy osobní vlastnosti jsou ty, které jsou potřeba k tomu, aby se rodině vrátila někdejší sláva.
Natlačil neochotného Daniela ke studiu obchodu. Daniel však hořel vášní pro matematiku. Po několika tahanicích – oba byli dost tvrdohlaví – dospěli otec a syn k jakémusi kompromisu:
Bernoulliho evropské turné
Daniel dostál svému slovu. Od svých 15 let studoval medicínu v německém Heidelbergu, francouzském Štrasburku a švýcarské Basileji. Jeho otec, šťastný, že Daniel plní svou část dohody, souhlasil s tím, že ho bude učit pokročilou matematiku a fyziku – zejména jeho vlastní myšlenky o zachování energie.
Bizarní výběrové řízení
Daniel Bernoulli promoval v roce 1721 ve věku 21 let na doktora medicíny s prací o dýchání.
Doufal, že získá místo učitele na univerzitě v Basileji, ale prohrál v bizarním výběrovém řízení, v němž kandidáti losovali o to, kdo získá učitelské místo.
Při pokusech a neúspěších najít práci v Basileji Bernoulli pokračoval ve studiu matematiky.
Benátky, zábava a matematika
V roce 1723 se Bernoulli přestěhoval do italských Benátek, aby se naučil praktické medicíně. Navštěvoval pacienty a pracoval v nemocnicích po boku lékařů. Trávil také čas v opeře, divadle a na maškarních večírcích.
Nedokázal se však vzdát své lásky k matematice – zejména k aplikované matematice. Toužil odhalit tajemství vesmíru a jít ve stopách Galilea a Newtona.
Bernoulli prováděl pokusy v mechanice tekutin, při nichž měřil vodu vytékající z nádoby. Všiml si, že voda vytéká rychleji, když se zvyšuje výška kapaliny v nádobě. Stanovil matematický vztah mezi výškou vody v nádobě a jejím tlakem a rychlostí vytékání z nádoby. Na situaci se podíval také z hlediska přeměny potenciální energie na energii kinetickou.
Čím větší je výška vody, tím rychleji z nádoby vytéká.
V roce 1724 vydal své první dílo Matematická cvičení, v němž užitečně přispěl k vědám o mechanice tekutin, teorii pravděpodobnosti, diferenciálních rovnicích a geometrii.
Cena a profesura
Během pobytu v Benátkách, námořním městě, se Bernoulli dozvěděl, že pařížská akademie vypsala štědrou cenu za nejlepší návrh písečných hodin pro měření času na moři. Odpovědí mu byl návrh hodinového skla, na jehož stékání písku nemělo vliv rozbouřené moře. Za tuto práci získal hlavní cenu. To mu spolu s jeho Matematickými cvičeními, která byla dobře přijata, vyneslo nabídku profesury na Akademii věd v ruském Petrohradě.
Vzhledem k jeho lékařskému vzdělání byl jmenován profesorem fyziologie, nikoliv matematiky.
Svým starším bratrem Nicolausem, kterému byla nabídnuta profesura matematiky v Petrohradě, tam společně odcestovali v roce 1725.
Petrohrad
Bernoulliho první práce v Petrohradě odrážely jeho postavení – psal práce na témata jako oční nerv, svaly a lékařská matematika.
Ačkoli se o Bernoullim v pozdějších letech říkalo, že je bezproblémový, na Akademii, kde se dostal do ostrých akademických sporů s ostatními profesory, tomu tak zpočátku nebylo.
Naneštěstí necelý rok po příjezdu do Ruska Nicolaus zemřel na horečku. Daniel byl nešťastný a kruté ruské počasí mu na náladě nepřidalo.
Jeho otec se mu snažil pomoci a poslal do Petrohradu svého nejlepšího studenta matematiky Leonharda Eulera, aby pracoval s jeho osamělým synem.
Euler, jehož jméno bude brzy uctíváno jako jednoho z největších matematiků v historii, dorazil do Petrohradu v roce 1727. Nejenže přivezl čaj, kávu a brandy, po kterých Bernoulli toužil, ale oba si brzy vesele vyměňovali nápady a inspirovali Bernoulliho k nejlepší práci jeho kariéry.
Je třeba připomenout, že Daniel Bernoulli byl sám o sobě geniální, nezávisle na Eulerovi. Zvláštní genialitu projevil ve schopnosti provádět smysluplné experimenty a převádět svá pozorování do fyzikálních zákonů a matematiky. Euler, výkonnější matematik, dokázal Bernoulliho matematiku zdokonalit.
V roce 1730 byl Bernoulli jmenován profesorem matematiky na Akademii, ale v té době již plánoval odchod.
„…neexistuje filosofie, která by nebyla založena na poznání jevů, ale abychom z tohoto poznání získali nějaký užitek, je naprosto nezbytné být matematikem.“
„…neexistuje filosofie, která by nebyla založena na poznání jevů.
Příspěvky Daniela Bernoulliho k vědě
Mnoho Bernoulliho největších objevů je obsaženo v jeho mistrovském díle o mechanice tekutin – Hydrodynamica, dokončeném v Petrohradě v roce 1733 a upraveném k vydání ve Štrasburku v roce 1738.
Kinetická teorie plynů
Bernoulliho diagram z knihy Hydrodynamica ilustrující jeho kinetickou teorii plynů. Síla působící od závaží směrem dolů je vyvážena silou působící od částic plynu, které dokonale pružně narážejí na píst, směrem nahoru.
Počátkem 17. století začali někteří vědci v čele s Jamesem Hermannem věřit, že hmota se skládá z malých pohybujících se částic. Čím rychlejší je pohyb, tím větší je teplota.
Tento typ kinetické teorie zůstával kontroverzní, dokud nebyl v 19. století všeobecně přijat.
V roce 1729 se Euler pokusil matematicky vysvětlit chování plynů pomocí kinetické teorie založené na údajích o plynech Roberta Boyla z roku 1662. Euler se zmýlil, když předpokládal, že všechny částice plynu se budou pohybovat stejnou rychlostí.
Bernoulliho geniální tah spočíval v tom, že si všiml, že částice budou mít rozložení různých rychlostí.
Bernoulliho schopnost interpretovat fyzikální svět mu umožnila zavést do kinetické teorie statistický faktor, čímž předešel práci Jamese Clerka Maxwella o více než sto let později.
Bernoulliho jev
Bernoulli se vrátil k myšlenkám, které se poprvé naučil od svého otce, a rozvinul je. Aplikoval myšlenku zachování energie na tekutiny v pohybu.
Přitom objevil Bernoulliho jev, objev, který ho nejvíce proslavil, totiž že když tekutina protéká oblastí, v níž se zvyšuje její rychlost, její tlak klesá. Tento jev správně matematicky popsal.
Bernoulliho jev má mnoho reálných aplikací a často se uvádí jako důvod, proč křídla letadel poskytují vztlak.
Bernoulliho jev na křídle letadla. Křídlo je tvarováno tak, že vzduch proudí rychleji přes horní část křídla než přes spodní. Vzniká tak rozdíl tlaků, který vyvolává vztlak.
Měření rizika
Na počátku 30. let 17. století napsal Bernoulli práci ze zcela jiného oboru, než byla jeho obvyklá mechanika. Opět mu trvalo až do roku 1738, než jej publikoval – Exposition of a New Theory on the Measurement of Risk. Bernoulli použil geometrický průměr dat k posouzení rizika; jak minimalizovat riziko; a situace, v nichž je nejlepší se riziku zcela vyhnout.
Práce se zabývala rozdílem mezi bohatstvím a užitkem. Ovlivnil ekonomickou teorii, teorii portfolia, evoluční biologii a behaviorální ekologii.
„…určení hodnoty předmětu nesmí být založeno na jeho ceně, ale na užitku, který přináší. Cena věci závisí pouze na věci samotné a je pro všechny stejná; užitek však závisí na konkrétních okolnostech osoby, která odhad provádí. Není tedy pochyb o tom, že zisk jednoho tisíce dukátů je významnější pro chudáka než pro boháče, i když oba získají stejnou částku.“
„…při absenci neobvyklého bude užitek plynoucí z jakéhokoli malého přírůstku bohatství nepřímo úměrný množství statků, které dříve vlastnil.“
Několik osobních údajů a konec
Bernoulli se nemohl usadit v Petrohradě a jeho zdraví tam nikdy nebylo dobré.
V roce 1733 přijel zpět do Basileje, aby nastoupil na nové místo katedry anatomie a botaniky. V témže roce skončil jeho návrh na Velkou cenu Pařížské akademie – práce o sklonech planetárních drah – na společném prvním místě.
To se ukázalo jako ne zcela dobrá zpráva. Potíž byla v tom, že se o cenu dělil se svým otcem, který byl rozhořčen, že by někdo mohl jeho syna hodnotit jako sobě rovného v matematice. Od té doby otec odmítal se synem mluvit.
Danielovo mistrovské dílo Hydrodynamica bylo nakonec publikováno v roce 1738, ačkoli bylo dokončeno a předloženo Akademii v Petrohradě již v roce 1733. V podlém aktu pomsty jeho otec Hydrodynamiku plagioval a vydal knihu Hydraulica, kterou datoval jako dokončenou v roce 1732.
Daniel byl otcovým chováním šokován a napsal:
„Byl jsem okraden o celou Hydrodynamiku, jejíž ani jednu část nevděčím svému otci, a byl jsem připraven o plody desetileté práce.“
Daniel Bernoulli napsal: „Byl jsem okraden o celou Hydrodynamiku.
Naštěstí pro Daniela byl vyhodnocen jako skutečný původce myšlenek uvedených v knize.
Daniel získal celkem desetkrát Velkou cenu Pařížské akademie, často za práce s námořní tematikou, mimo jiné za: nejlepší tvar lodní kotvy, teorii přílivu a odlivu, magnetismus, oceánské proudy a zlepšení stability lodí na volném moři.
V roce 1750, ve věku 50 let, byl Daniel Bernoulli jmenován na katedru fyziky na univerzitě v Basileji. Jeho přednášky a demonstrace byly nesmírně populární a v této funkci setrval až do svého odchodu do důchodu ve věku 76 let.
Dostal nabídky na katedry v jiných městech, ale Basilej už nikdy neopustil. Hojně si dopisoval s dalšími vědci, z nichž mezi jeho oblíbence patřili Pierre Bouguer, Alexis Clairaut, Pierre Louis Maupertuis, jeho starý přítel Leonhard Euler a Eulerův syn Johann Euler.
Žil pro svou práci; nikdy se neoženil a neměl děti. V mládí uvažoval o sňatku, ale ukázalo se, že dotyčná žena je velmi lakomá s penězi, což ho odrazovalo. Bernoulli si vážil jednoduchosti životního stylu a šetrnosti, ale ne podlosti.
Nakonec si příliš cenil své svobody a klidného, mírumilovného, akademického způsobu života, než aby se oženil.
Daniel Bernoulli zemřel ve věku 82 let 17. března 1782 ve spánku ve švýcarské Basileji.
Autor této stránky: Obrázky Bernoulliho digitálně vylepšené a kolorované touto stránkou. © Všechna práva vyhrazena.
Citujte tuto stránku
Prosím, používejte následující citace v souladu s MLA:
"Daniel Bernoulli." Famous Scientists. famousscientists.org. 26 May. 2016. Web. <www.famousscientists.org/daniel-bernoulli/>.
Vydal FamousScientists.org
Další literatura
Danielis Bernoulli
Hydrodynamica, sive De viribus et motibus fluidorum commentarii. Opus academicum ab auctore, dum Petropoli ageret, congestum
Johannis Reinholdi Dulseckeri, 1738
Daniel Bernoulli, překlad Louise Sommer
Exposition of a New Theory on the Measurement of Risk
Econometrica, roč. 22, č. 1. s. 23-36, leden 1954
Volker Zimmermann, David Speiser, Fritz Verzar, Gleb K. Mikhailov, Otto Spiess-Stiftung, Mario Howard-Haller
Die Werke von Daniel Bernoulli: Band 1: Medizin und Physiologie, Mathematische Jugendschriften, Postitionsastronomie
Springer Science & Business Media, 1996
Stephen C Stearns
Daniel Bernoulli (1738): evoluce a ekonomie za rizika
J. Bioscience Vol. 25, No. 3. pp. 221 – 228, September 2009
C. Truesdell
Essays in the History of Mechanics
Springer Science & Business Media, 2012
.
Leave a Reply