Daniel Bernoulli
Daniel Bernoulli julkaisi mestariteoksensa Hydrodynamica vuonna 1738 vain nähdäkseen, että hänen oma mustasukkainen isänsä plagioi sen. Bernoulli selitti, miten nesteen nopeus vaikuttaa sen paineeseen: Bernoulli-ilmiö selittää, miten lentokoneen siivet tuottavat nostetta. Bernoullin kineettinen teoria ennakoi James Clerk Maxwellin teoriaa yli vuosisadalla, ja Bernoulli teki uraauurtavaa työtä riskiteorian parissa, jota hyödynnetään niinkin erilaisilla aloilla kuin taloustieteessä ja evoluutiossa.
Alkusanat
Daniel Bernoulli syntyi Groningenin kaupungissa Alankomaissa 8. helmikuuta 1700.
Hänen vanhempansa olivat Johann Bernoulli ja Dorothea Falkner.
Matematiikka oli heidän veressään
Danielin äiti Dorothea Falkner oli kotoisin tunnetusta ja varakkaasta perheestä Baselissa Sveitsissä.
Danielin isä Johann Bernoulli oli myös kotoisin Baselista. Hän oli pätevä lääketieteen tohtori ja loistava matemaatikko, yksi ensimmäisistä, jotka hallitsivat ja laajensivat uutta matematiikkaa, laskutoimitusta. Johannin maine oli niin hyvä, että häntä kutsuttiin ”aikakautensa Arkhimedekseksi.”
Ei ole yllättävää, että Johannin kaltaisen isän kanssa Daniel edistyi nopeasti matematiikassa. Myös Danielin kahdesta veljestä tuli ensiluokkaisia matemaatikkoja. Danielia opetti luultavasti enemmän hänen vanhempi veljensä Nicolaus kuin hänen isänsä, joka nerokkaudestaan huolimatta saattoi olla Danielille epäsympaattinen ja ankara.
Matematiikka näyttää kulkeneen Bernoullien suvussa, sillä myös Johannin vanhempi veli Jacob oli nerokas matemaatikko.
Mitä ikinä teetkin, älä ryhdy matemaatikoksi!
Danielin isä hoiti matematiikan oppituolia Groningenin yliopistossa.
Vuonna 1705, kun Daniel oli viisivuotias, hänen perheensä muutti vanhempiensa kotikaupunkiin Baseliin Sveitsiin, jossa hänen isänsä oli saanut matematiikan professuurin Baselin yliopistossa.
Matemaatikkona nauttimastaan hyvästä maineesta huolimatta Danielin isä paheksui matemaatikkojen hänen mielestään saamaa alhaista palkkaa. Bernoulli-suku oli aikoinaan ollut varakkaita kauppiaita, ja Danielin isä uskoi, että Danielin henkilökohtaiset ominaisuudet olivat niitä, joita tarvittiin perheen palauttamiseksi entiseen loistoonsa.
Hän patisti vastahakoisen Danielin opiskelemaan kauppatieteitä. Danielilla oli kuitenkin palava intohimo matematiikkaa kohtaan. Pienen pähkäilyn jälkeen – molemmat olivat melko itsepäisiä – isä ja poika pääsivät jonkinlaiseen kompromissiin: Daniel opiskelisi lääketiedettä.
Bernoullin Euroopan-kiertue
Daniel oli sanansa mittainen. Hän opiskeli 15-vuotiaana alkaen lääketiedettä Heidelbergissä Saksassa, Strasbourgissa Ranskassa ja Baselissa Sveitsissä. Hänen isänsä, joka oli tyytyväinen siihen, että Daniel täytti oman osuutensa sopimuksesta, suostui opettamaan hänelle kehittynyttä matematiikkaa ja fysiikkaa – erityisesti omia ajatuksiaan energian säilymisestä.
Bizarri valintaprosessi
Daniel Bernoulli valmistui lääketieteen tohtoriksi vuonna 1721, 21-vuotiaana, väitöskirjallaan hengityksestä.
Hän toivoi saavansa opetustehtävän Baselin yliopistosta, mutta hävisi oudossa valintakilpailumenettelyssä, jossa ehdokkaat arvottiin arvalla, ketkä saisivat opettajanpaikan.
Yritettyään ja epäonnistuttuaan työnhaussa Baselissa Bernoulli jatkoi matematiikan opiskelua.
Venetsia, hauskanpito ja matematiikka
Vuonna 1723 Bernoulli muutti Italian Venetsiaan opiskelemaan käytännön lääketiedettä. Hän vieraili potilaiden luona ja työskenteli sairaaloissa lääkäreiden rinnalla. Hän vietti aikaa myös oopperassa, teatterissa ja hienoissa juhlissa.
Mutta hän ei voinut luopua rakkaudestaan matematiikkaan – erityisesti soveltavaan matematiikkaan. Hän oli innokas selvittämään maailmankaikkeuden salaisuuksia Galileon ja Newtonin jalanjäljissä.
Bernoulli suoritti nestemekaanisia kokeita, joissa hän mittasi astiasta ulos virtaavaa vettä. Hän huomasi veden virtaavan ulos nopeammin, kun nesteen korkeutta astiassa kasvatettiin. Hän loi matemaattisen suhteen astiassa olevan veden korkeuden ja sen paineen sekä astiasta ulos virtaavan veden nopeuden välille. Hän tarkasteli tilannetta myös potentiaalienergian muuttamisen kannalta liike-energiaksi.
Mitä suurempi on veden korkeus, sitä nopeammin se poistuu astiasta.
Vuonna 1724 hän julkaisi ensimmäisen teoksensa Matemaattisia harjoituksia, jossa hän antoi hyödyllisiä panoksia nestemekaniikan, todennäköisyysteorian, differentiaaliyhtälöiden ja geometrian tieteisiin.
Palkinto ja professuuri
Ollessaan merikaupungissa Venetsiassa Bernoulli sai kuulla, että Pariisin akatemia tarjosi anteliaan palkinnon parhaalle suunnittelemalleen hiekkakellolle, jota käytettäisiin ajanottoon merellä. Hänen vastauksensa oli suunnitella tiimalasi, jonka hiekan tippuminen ei vaikuttanut kovaan merenkäyntiin. Tästä työstä hänelle myönnettiin suuri palkinto. Tämä ja hänen hyvin vastaanotetut matemaattiset harjoituksensa saivat hänet saamaan tarjouksen professorin paikasta Pietarin tiedeakatemiassa Venäjällä.
Lääketieteellisen taustansa vuoksi hänet nimitettiin fysiologian eikä matematiikan professoriksi.
Hän ja hänen vanhempi veljensä Nicolaus, jolle oli tarjottu matematiikan professuuria Pietariin, matkustivat sinne yhdessä vuonna 1725.
Pietari
Bernoullin ensimmäiset työt Pietarissa heijastivat hänen asemaansa – hän kirjoitti artikkeleita muun muassa näköhermosta, lihaksista ja lääketieteellisestä matematiikasta.
Vaikka myöhempinä vuosinaan Bernoullin kerrottiin olevan leppoisa, näin ei ollut aluksi Akatemiassa, jossa hän ajautui kiihkeisiin akateemisiin erimielisyyksiin muiden professorien kanssa.
Nicolaus kuoli valitettavasti alle vuosi Venäjälle saapumisensa jälkeen kuumeeseen. Daniel oli onneton, eikä Venäjän karu sää parantanut hänen mielialaansa.
Hänen isänsä yritti auttaa lähettämällä parhaan matematiikan oppilaansa Leonhard Eulerin Pietariin työskentelemään yksinäisen poikansa kanssa.
Euler, jonka nimeä pian kunnioitettaisiin yhtenä historian suurimmista matemaatikoista, saapui Pietariin vuonna 1727. Paitsi että hän toi Bernoullin kaipaamaa teetä, kahvia ja konjakkia, kaksikko vaihtoi pian iloisesti ajatuksia ja innoitti Bernoullia tekemään uransa parasta työtä.
On syytä muistaa, että Daniel Bernoulli oli Eulerista riippumatta nerokas omana itsenään. Hän osoitti erityistä neroutta kyvyssään tehdä mielekkäitä kokeita ja kääntää havaintonsa fysikaalisiksi laeiksi ja matematiikaksi. Euler, tehokkaampi matemaatikko, pystyi jalostamaan Bernoullin matematiikkaa.
Vuonna 1730 Bernoulli nimitettiin Akatemian matematiikan professoriksi, mutta silloin hän suunnitteli jo lähtöä.
”…ei ole mitään filosofiaa, joka ei perustuisi ilmiöiden tuntemukseen, mutta saadakseen tästä tuntemuksesta minkäänlaista hyötyä on ehdottoman välttämätöntä olla matemaatikko.”
Daniel Bernoullin panos tieteeseen
Monet Bernoullin suurimmista löydöistä sisältyvät hänen nestemekaniikkaa käsittelevään mestariteokseensa Hydrodynamica, joka valmistui Pietarissa vuonna 1733 ja siistittiin julkaistavaksi Strasbourgissa vuonna 1738.
Kineettinen teoria kaasuista
Bernoullin kaavio Hydrodynamicasta, joka havainnollistaa hänen kineettistä teoriaansa kaasuista. Painon alaspäin suuntautuvaa voimaa tasapainottaa ylöspäin suuntautuva voima, joka aiheutuu täydellisen elastisesti mäntään törmäävistä kaasuhiukkasista.
1700-luvun alkupuolella jotkut tiedemiehet James Hermannin johdolla olivat alkaneet uskoa, että aine koostuu pienistä liikkuvista hiukkasista. Mitä nopeampi liike, sitä suurempi lämpötila.
Tällainen kineettinen teoria pysyi kiistanalaisena, kunnes se hyväksyttiin yleisesti 1800-luvulla.
Vuonna 1729 Euler yritti selittää kaasujen käyttäytymistä matemaattisesti kineettisellä teorialla, joka perustui Robert Boylen kaasutietoihin vuodelta 1662. Euler erehtyi olettamalla, että kaikki kaasun hiukkaset liikkuisivat samalla nopeudella.
Bernoullin neronleimaus oli nähdä, että hiukkasilla olisi eri nopeuksien jakauma.
Bernoullin taito tulkita fysikaalista maailmaa mahdollisti sen, että hän pystyi tuomaan kineettiseen teoriaan tilastollisen tekijän, mikä ennakoi James Clerk Maxwellin työtä yli sata vuotta myöhemmin.
Bernoulli-ilmiö
Bernoulli palasi isältään ensin oppimiinsa ajatuksiin ja kehitti niitä. Hän sovelsi energian säilymisen ajatusta liikkeessä oleviin nesteisiin.
Siten hän löysi Bernoullin vaikutuksen, josta hän on tunnetuin, eli sen, että kun neste virtaa alueen läpi, jossa sen nopeus kasvaa, sen paine laskee. Hän kuvasi vaikutuksen matemaattisesti oikein.
Bernoulli-ilmiöllä on monia sovelluksia tosielämässä, ja se mainitaan usein syynä siihen, miksi lentokoneiden siivet tuottavat nostetta.
Bernoulli-ilmiö lentokoneen siivessä. Siipi on muotoiltu siten, että ilma virtaa siiven yläosan yli nopeammin kuin alaosan yli. Tämä johtaa paine-eroon, joka tuottaa nostetta.
Riskin mittaaminen
Bernoulli kirjoitti 1730-luvun alussa artikkelin, joka koski täysin eri alaa kuin hänen tavallinen mekaniikkansa. Jälleen kesti vuoteen 1738 asti ennen kuin hän julkaisi sen – Exposition of a New Theory on the Measurement of Risk. Bernoulli käytti datan geometrista keskiarvoa riskin arviointiin, riskin minimointiin ja tilanteisiin, joissa riskiä on parasta välttää kokonaan.
Paperissa tarkasteltiin varallisuuden ja hyödyn välistä eroa. Se vaikutti talousteoriaan, portfolioteoriaan, evoluutiobiologiaan ja käyttäytymisekologiaan.
”…hyödykkeen arvon määrittäminen ei saa perustua sen hintaan vaan sen tuottamaan hyötyyn. Esineen hinta riippuu vain itse esineestä ja on kaikille sama; hyöty sen sijaan riippuu arviota tekevän henkilön erityisolosuhteista. Niinpä ei ole epäilystäkään siitä, että tuhannen dukaatin voitto on merkittävämpi köyhälle kuin rikkaalle miehelle, vaikka molemmat voittavat saman summan.”
”…epätavallisen puuttuessa mistä tahansa pienestä varallisuuden lisäyksestä johtuva hyöty on kääntäen verrannollinen aiemmin hallussa olleiden tavaroiden määrään.””
Joitakin henkilökohtaisia yksityiskohtia ja loppu
Bernoulli ei voinut asettua Pietariin, eikä hänen terveytensä ollut siellä koskaan hyvä.
Hän saapui takaisin Baseliin vuonna 1733 aloittaakseen uuden tehtävän anatomian ja kasvitieteen professorina. Samana vuonna hänen Pariisin akatemian pääpalkintoa tavoitteleva teoksensa planeettojen kiertoratojen kaltevuudesta sijoittui jaetulle ensimmäiselle sijalle.
Tämä ei osoittautunut täysin hyväksi uutiseksi. Ongelmana oli se, että hän jakoi palkinnon isänsä kanssa, joka oli raivoissaan siitä, että joku saattoi tuomita hänen poikansa tasavertaiseksi matematiikassa. Siitä lähtien isä kieltäytyi puhumasta pojalle.
Danielin mestariteos Hydrodynamica julkaistiin lopulta vuonna 1738, vaikka se oli valmistunut ja toimitettu Pietarin akatemialle vuonna 1733. Halveksivana kostona hänen isänsä plagioi Hydrodynamican ja julkaisi kirjan nimeltä Hydraulica, jonka hän päivämääritteli valmistuneeksi vuonna 1732.
Daniel oli järkyttynyt isänsä käytöksestä ja kirjoitti:
”Minulta on riistetty koko Hydrodynamica, josta en ole yhtään osaa velkaa isälleni, ja minulta on riistetty kymmenen vuoden työn hedelmät.”
Danielin onneksi hänet arvioitiin kirjan ideoiden todelliseksi tekijäksi.
Daniel voitti Pariisin akatemian suurpalkinnon kaikkiaan 10 kertaa, usein merenkulkuaiheisista töistä, joihin kuuluivat muun muassa seuraavat: laivan ankkurin paras muoto, vuoroveden teoria, magnetismi, valtameren virtaukset ja laivojen vakauden parantaminen aavalla merellä.
Vuonna 1750, 50-vuotiaana, Daniel Bernoulli nimitettiin Baselin yliopiston fysiikan professuuriin. Hänen luentonsa ja demonstraationsa olivat valtavan suosittuja, ja hän jatkoi tässä tehtävässä, kunnes jäi eläkkeelle 76-vuotiaana.
Hän sai tarjouksia tuoleista muissa kaupungeissa, mutta ei enää koskaan lähtenyt Baselista. Hän kävi laajaa kirjeenvaihtoa muiden tiedemiesten kanssa, joista hänen suosikkejaan olivat Pierre Bouguer, Alexis Clairaut, Pierre Louis Maupertuis, hänen vanha ystävänsä Leonhard Euler ja Eulerin poika Johann Euler.
Hän eli työlleen; hän ei koskaan mennyt naimisiin eikä saanut lapsia. Nuorempana hän harkitsi avioliittoa, mutta kyseinen nainen osoittautui rahan suhteen hyvin ilkeäksi, mikä ei miellyttänyt häntä. Bernoulli kunnioitti elämäntavan yksinkertaisuutta ja säästäväisyyttä, mutta ei ilkeyttä.
Loppujen lopuksi hän arvosti vapauttaan ja hiljaista, rauhallista, akateemista elämäntapaa liikaa avioitumiseen.
Daniel Bernoulli kuoli 82-vuotiaana 17. maaliskuuta 1782 nukkuessaan Baselissa, Sveitsissä.
Sivun kirjoittaja: The Doc
Kuvat Bernoullista digitaalisesti paranneltu ja väritetty tällä sivustolla. © Kaikki oikeudet pidätetään.
Cite this Page
Please use the following MLA compliant citation:
"Daniel Bernoulli." Famous Scientists. famousscientists.org. 26 May. 2016. Web. <www.famousscientists.org/daniel-bernoulli/>.
Published by FamousScientists.org
Further Reading
Danielis Bernoulli
Hydrodynamica, sive De viribus et motibus fluidorum commentarii. Opus academicum ab auctore, dum Petropoli ageret, congestum
Johannis Reinholdi Dulseckeri, 1738
Daniel Bernoulli, kääntänyt Louise Sommer
Exposition of a New Theory on the Measurement of Risk
Econometrica, Vol. 22, No. 1. pp. 23-36, January 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): evoluutio ja taloustiede riskin alaisena
J. Bioscience Vol. 25, No. 3. pp. 221 – 228, syyskuu 2009
C. Truesdell
Essays in the History of Mechanics
Springer Science & Business Media, 2012
Leave a Reply