Daniel Bernoulli
Daniel Bernoulli pubblicò il suo capolavoro Hydrodynamica nel 1738 solo per vederlo plagiato dal suo stesso padre geloso. Bernoulli spiegò come la velocità di un fluido influenza la sua pressione: l’Effetto Bernoulli spiega come le ali di un aereo generano la portanza. La teoria cinetica di Bernoulli anticipò quella di James Clerk Maxwell di oltre un secolo, e Bernoulli svolse un lavoro rivoluzionario sulla teoria del rischio, utilizzato in aree diverse come l’economia e l’evoluzione.
Elementi
Daniel Bernoulli nacque nella città di Groningen nei Paesi Bassi l’8 febbraio 1700.
I suoi genitori erano Johann Bernoulli e Dorothea Falkner.
La matematica era nel loro sangue
La madre di Daniel, Dorothea Falkner, proveniva da una nota e ricca famiglia di Basilea, in Svizzera.
Anche il padre di Daniel, Johann Bernoulli, veniva da Basilea. Era un medico qualificato e un brillante matematico, uno dei primi a padroneggiare ed espandere la nuova matematica del calcolo. La reputazione di Johann era così alta che fu chiamato “l’Archimede della sua epoca”
Non sorprende che, con un padre come Johann, Daniel fece rapidi progressi in matematica. Anche i due fratelli di Daniel divennero matematici di prim’ordine. Daniel fu probabilmente istruito più da suo fratello maggiore Nicolaus che da suo padre, che, sebbene brillante, poteva essere poco comprensivo e duro con Daniel.
La matematica sembra essere una caratteristica della famiglia Bernoulli, perché anche il fratello maggiore di Johann, Jacob, era un brillante matematico.
Qualunque cosa tu faccia, non diventare un matematico!
Il padre di Daniel aveva la cattedra di matematica all’Università di Groningen.
Nel 1705, quando Daniel aveva cinque anni, la sua famiglia si trasferì a Basilea in Svizzera, la città natale dei suoi genitori, dove suo padre era stato nominato professore di matematica all’Università di Basilea.
Nonostante l’alta reputazione di cui godeva come matematico, il padre di Daniel era risentito della bassa retribuzione che riteneva ricevessero i matematici. La famiglia Bernoulli era stata un tempo ricca di commercianti e il padre di Daniel credeva che le qualità personali di Daniel fossero quelle necessarie per riportare la famiglia al suo antico splendore.
Ha spinto un Daniel riluttante a studiare economia. Daniel, tuttavia, aveva una passione ardente per la matematica. Dopo un po’ di tira e molla – erano entrambi piuttosto ostinati – padre e figlio raggiunsero una sorta di compromesso: Daniel avrebbe studiato medicina.
Il giro europeo di Bernoulli
Daniel fu di parola. A partire dall’età di 15 anni studiò medicina a Heidelberg, Germania; Strasburgo, Francia; e Basilea, Svizzera. Suo padre, felice che Daniel stesse rispettando la sua parte dell’accordo, accettò di insegnargli matematica e fisica avanzata – in particolare le sue idee sulla conservazione dell’energia.
Processo di selezione bizzarro
Daniel Bernoulli si laureò come dottore in medicina nel 1721, all’età di 21 anni, con una tesi sulla respirazione.
Sperava di ottenere un lavoro di insegnamento all’Università di Basilea, ma perse in una bizzarra procedura di selezione in cui i candidati tiravano a sorte per vedere chi avrebbe ottenuto il lavoro di insegnante.
Mentre cercava e non trovava lavoro a Basilea, Bernoulli continuava a studiare matematica.
Venezia, divertimento e matematica
Nel 1723 Bernoulli si trasferì a Venezia per imparare la medicina pratica. Visitò i pazienti e lavorò negli ospedali accanto ai medici. Trascorse anche del tempo all’opera, a teatro e alle feste in maschera.
Tuttavia, non poteva abbandonare il suo amore per la matematica – in particolare la matematica applicata. Era ansioso di svelare i segreti dell’universo, seguendo le orme di Galileo e Newton.
Bernoulli fece degli esperimenti di meccanica dei fluidi in cui misurò l’acqua che usciva da un recipiente. Notò che l’acqua usciva più velocemente all’aumentare dell’altezza del liquido nel recipiente. Stabilì una relazione matematica tra l’altezza dell’acqua nel recipiente e la sua pressione e la sua velocità di uscita dal recipiente. Guardò anche la situazione dal punto di vista della conversione dell’energia potenziale in energia cinetica.
Maggiore è l’altezza dell’acqua, più velocemente esce dalla nave.
Nel 1724 pubblicò la sua prima opera, Esercizi matematici in cui diede utili contributi alle scienze della meccanica dei fluidi, alla teoria delle probabilità, alle equazioni differenziali e alla geometria.
Un premio e una cattedra
Mentre si trovava a Venezia, una città marinara, Bernoulli apprese che l’Accademia di Parigi offriva un generoso premio per il miglior progetto di un orologio di sabbia per la misurazione del tempo in mare. La sua risposta fu di progettare una clessidra il cui rivolo di sabbia non fosse influenzato dal mare mosso. Per questo lavoro gli fu assegnato il Gran Premio. Questo, combinato con i suoi Esercizi Matematici, che erano stati ben accolti, gli valse l’offerta di una cattedra all’Accademia delle Scienze di San Pietroburgo, in Russia.
Data la sua formazione medica, fu nominato professore di fisiologia, non di matematica.
Lui e suo fratello maggiore Nicolaus, al quale era stata offerta una cattedra di matematica a San Pietroburgo, viaggiarono insieme nel 1725.
San Pietroburgo
I primi lavori di Bernoulli a San Pietroburgo riflettono la sua posizione – scrisse articoli su argomenti come il nervo ottico, i muscoli e la matematica medica.
Anche se negli ultimi anni si dice che Bernoulli fosse di facili costumi, questo non era il caso all’inizio all’Accademia, dove entrò in alcuni feroci disaccordi accademici con altri professori.
Purtroppo, meno di un anno dopo essere arrivato in Russia, Nicolaus morì di febbre. Daniel era infelice e l’aspro clima russo non migliorò il suo umore.
Il padre cercò di aiutarlo, mandando il suo miglior studente di matematica, Leonhard Euler, a San Pietroburgo per lavorare con il figlio solitario.
Euler, il cui nome sarebbe stato presto venerato come uno dei più grandi matematici della storia, raggiunse San Pietroburgo nel 1727. Non solo portò il tè, il caffè e il brandy che Bernoulli desiderava, ma i due si scambiarono presto felicemente idee, ispirando Bernoulli a fare il miglior lavoro della sua carriera.
Si deve ricordare che Daniel Bernoulli era brillante di suo, indipendentemente da Euler. Mostrò un genio particolare nella sua capacità di eseguire esperimenti significativi e di tradurre le sue osservazioni in leggi fisiche e matematiche. Euler, un matematico più potente, poteva perfezionare la matematica di Bernoulli.
Nel 1730 Bernoulli fu nominato professore di matematica all’Accademia, ma a quel punto stava già pensando di lasciare.
“…non c’è filosofia che non sia fondata sulla conoscenza dei fenomeni, ma per ottenere qualche profitto da questa conoscenza è assolutamente necessario essere un matematico.”
I contributi di Daniel Bernoulli alla scienza
Molte delle più grandi scoperte di Bernoulli erano contenute nel suo capolavoro sulla meccanica dei fluidi – Hydrodynamica, completato a San Pietroburgo nel 1733 e riordinato per la pubblicazione a Strasburgo nel 1738.
La teoria cinetica dei gas
All’inizio del 1700 alcuni scienziati, guidati da James Hermann, avevano cominciato a credere che la materia fosse composta da piccole particelle in movimento. Più rapido è il movimento, maggiore è la temperatura.
Questo tipo di teoria cinetica rimase controversa finché non fu universalmente accettata nel 1800.
Nel 1729 Euler fece un tentativo di spiegare matematicamente il comportamento dei gas con una teoria cinetica basata sui dati sui gas di Robert Boyle del 1662. Euler sbagliò assumendo che tutte le particelle di gas si muovessero alla stessa velocità.
Il colpo di genio di Bernoulli fu quello di vedere che le particelle avrebbero avuto una distribuzione di velocità diverse.
L’abilità di Bernoulli nell’interpretare il mondo fisico gli permise di introdurre un fattore statistico nella teoria cinetica, anticipando il lavoro di James Clerk Maxwell più di un secolo dopo.
L’effetto Bernoulli
Bernoulli tornò alle idee che aveva imparato da suo padre e le sviluppò. Applicò l’idea della conservazione dell’energia ai fluidi in movimento.
In questo modo scoprì l’Effetto Bernoulli, la scoperta per cui è più famoso, che quando un fluido scorre attraverso una regione in cui la sua velocità aumenta, la sua pressione scende. Descrisse correttamente l’effetto matematicamente.
L’Effetto Bernoulli ha molte applicazioni nella vita reale ed è spesso citato come la ragione per cui le ali degli aerei forniscono la portanza.
L’Effetto Bernoulli sull’ala di un aereo. L’ala è modellata in modo che l’aria scorra più velocemente sulla parte superiore dell’ala rispetto a quella inferiore. Questo si traduce in una differenza di pressione che produce portanza.
Misurazione del rischio
Nei primi anni 1730 Bernoulli scrisse un articolo in un campo totalmente diverso dalla sua solita meccanica. Ancora una volta ci volle fino al 1738 per pubblicarlo – Esposizione di una nuova teoria sulla misura del rischio. Bernoulli usava la media geometrica dei dati per valutare il rischio; come minimizzare il rischio; e le situazioni in cui il rischio è meglio evitarlo del tutto.
L’articolo esaminava la differenza tra ricchezza e utilità. Ha influenzato la teoria economica, la teoria del portafoglio, la biologia evolutiva e l’ecologia comportamentale.
“…la determinazione del valore di un oggetto non deve essere basata sul suo prezzo, ma piuttosto sull’utilità che produce. Il prezzo della cosa dipende solo dalla cosa stessa ed è uguale per tutti; l’utilità, invece, dipende dalle circostanze particolari della persona che fa la stima. Così non c’è dubbio che un guadagno di mille ducati è più significativo per un povero che per un ricco, sebbene entrambi guadagnino la stessa somma.”
“…in assenza dell’insolito, l’utilità risultante da qualsiasi piccolo aumento di ricchezza sarà inversamente proporzionale alla quantità di beni precedentemente posseduti.”
Alcuni dettagli personali e la fine
Bernoulli non poté stabilirsi a San Pietroburgo, e la sua salute non fu mai buona.
Tornò a Basilea nel 1733 per iniziare un nuovo ruolo come cattedra di anatomia e botanica. Nello stesso anno la sua iscrizione al Gran Premio dell’Accademia di Parigi – un lavoro sulle inclinazioni delle orbite dei pianeti – si classificò al primo posto.
Questa si rivelò essere una notizia non del tutto buona. Il guaio fu che condivise il premio con suo padre, che si indignò che qualcuno potesse giudicare suo figlio come suo pari in matematica. Da quel momento in poi, il padre si rifiutò di parlare al figlio.
Il capolavoro Hydrodynamica di Daniel fu finalmente pubblicato nel 1738, sebbene fosse stato completato e presentato all’Accademia di San Pietroburgo nel 1733. In uno spregevole atto di vendetta, suo padre plagiò l’Idrodinamica e pubblicò un libro chiamato Hydraulica, che datò come completato nel 1732.
Daniel fu scioccato dal comportamento di suo padre, scrivendo:
“Sono stato derubato della mia intera Idrodinamica, non una parte della quale devo a mio padre e sono stato privato dei frutti di 10 anni di lavoro.”
Per fortuna di Daniel, fu giudicato il vero creatore delle idee contenute nel libro.
Daniel vinse il Gran Premio dell’Accademia di Parigi per un totale di 10 volte, spesso per lavori a tema nautico, tra cui: la forma migliore per l’ancora di una nave; teoria delle maree; magnetismo; correnti oceaniche; e miglioramento della stabilità delle navi in alto mare.
Nel 1750, all’età di 50 anni, Daniel Bernoulli fu nominato alla cattedra di fisica dell’Università di Basilea. Le sue lezioni e dimostrazioni erano enormemente popolari, ed egli continuò in questa posizione fino al suo ritiro all’età di 76 anni.
Ha ricevuto offerte di cattedre in altre città, ma non lasciò mai più Basilea. Corrispose ampiamente con altri scienziati, tra i quali i suoi preferiti erano Pierre Bouguer, Alexis Clairaut, Pierre Louis Maupertuis, il suo vecchio amico Leonhard Euler e il figlio di Eulero, Johann Euler.
Viveva per il suo lavoro; non si sposò mai e non ebbe figli. Considerò il matrimonio quando era più giovane, ma la donna in questione si rivelò essere molto avara di denaro, cosa che trovò sconveniente. Bernoulli rispettava la semplicità dello stile di vita e la frugalità, ma non la meschinità.
Alla fine, apprezzava troppo la sua libertà e uno stile di vita tranquillo, pacifico e accademico per sposarsi.
Daniel Bernoulli morì a 82 anni il 17 marzo 1782 nel sonno a Basilea, Svizzera.
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"Daniel Bernoulli." Famous Scientists. famousscientists.org. 26 May. 2016. Web. <www.famousscientists.org/daniel-bernoulli/>.
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Altre letture
Danielis Bernoulli
Hydrodynamica, sive De viribus et motibus fluidorum commentarii. Opus academicum ab auctore, dum Petropoli ageret, congestum
Johannis Reinholdi Dulseckeri, 1738
Daniel Bernoulli, tradotto da Louise Sommer
Esposizione di una nuova teoria sulla misurazione del rischio
Econometrica, Vol. 22, No. 1. pp. 23-36, gennaio 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): evoluzione ed economia sotto rischio
J. Bioscience Vol. 25, No. 3. pp. 221 – 228, Settembre 2009
C. Truesdell
Essays in the History of Mechanics
Springer Science & Business Media, 2012
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