Daniel Bernoulli
Daniel Bernoulli opublikował swoje dzieło Hydrodynamica w 1738 roku tylko po to, by zobaczyć, że zostało ono splagiatowane przez jego własnego zazdrosnego ojca. Bernoulli wyjaśnił, jak prędkość płynu wpływa na jego ciśnienie: efekt Bernoulliego wyjaśnia, jak skrzydła samolotu generują siłę nośną. Teoria kinetyczna Bernoulliego wyprzedziła teorię Jamesa Clerka Maxwella o ponad wiek, a Bernoulli przeprowadził przełomową pracę nad teorią ryzyka, wykorzystywaną w tak różnych dziedzinach jak ekonomia i ewolucja.
Początki
Daniel Bernoulli urodził się w mieście Groningen w Holandii 8 lutego 1700 roku.
Jego rodzicami byli Johann Bernoulli i Dorothea Falkner.
Matematyka była w ich krwi
Matka Daniela, Dorothea Falkner, pochodziła ze znanej i zamożnej rodziny z Bazylei w Szwajcarii.
Ojciec Daniela, Johann Bernoulli, również pochodził z Bazylei. Był on wykwalifikowanym lekarzem i genialnym matematykiem, jednym z pierwszych, którzy opanowali i rozwinęli nową matematykę rachunku. Reputacja Johanna była tak wysoka, że nazywano go „Archimedesem swojej epoki”
Nic dziwnego, że mając takiego ojca jak Johann, Daniel czynił szybkie postępy w matematyce. Dwaj bracia Daniela również stali się pierwszorzędnymi matematykami. Daniela prawdopodobnie bardziej uczył jego starszy brat Nicolaus niż ojciec, który, choć genialny, potrafił być niesympatyczny i surowy dla Daniela.
Matematyka najwyraźniej występowała w rodzinie Bernoulli, ponieważ starszy brat Johanna, Jacob, również był genialnym matematykiem.
Cokolwiek robisz, nie zostań matematykiem!
Ojciec Daniela prowadził katedrę matematyki na Uniwersytecie w Groningen.
W 1705 roku, gdy Daniel miał pięć lat, jego rodzina przeniosła się do Bazylei w Szwajcarii, rodzinnego miasta jego rodziców, gdzie jego ojciec objął katedrę matematyki na Uniwersytecie Bazylejskim.
Pomimo wysokiej reputacji, jaką cieszył się jako matematyk, ojciec Daniela miał za złe niskie zarobki, jakie jego zdaniem otrzymywali matematycy. Rodzina Bernoulli była niegdyś zamożnymi kupcami i ojciec Daniela wierzył, że osobiste cechy Daniela są tymi, które są potrzebne, by przywrócić rodzinie dawną świetność.
Popychał niechętnego Daniela do studiowania biznesu. Daniel miał jednak gorącą pasję do matematyki. Po kilku kłótniach – obaj byli dość uparci – ojciec i syn doszli do pewnego rodzaju kompromisu: Daniel będzie studiował medycynę.
Bernoulli’s European Tour
Daniel dotrzymał słowa. Począwszy od 15 roku życia studiował medycynę w Heidelbergu, w Niemczech, w Strasburgu, we Francji i w Bazylei, w Szwajcarii. Jego ojciec, zadowolony z tego, że Daniel wypełnia swoją część umowy, zgodził się uczyć go zaawansowanej matematyki i fizyki – w szczególności jego własnych pomysłów na temat zachowania energii.
Dziwny proces selekcji
Daniel Bernoulli ukończył studia jako doktor medycyny w 1721 roku, w wieku 21 lat, z pracą na temat oddychania.
Miał nadzieję dostać pracę nauczyciela na uniwersytecie w Bazylei, ale przegrał w dziwacznej procedurze selekcji, w której kandydaci losowali, kto dostanie pracę nauczyciela.
Próbując i nie mogąc znaleźć pracy w Bazylei, Bernoulli kontynuował studia matematyczne.
Wenecja, zabawa i matematyka
W 1723 roku Bernoulli przeniósł się do Wenecji we Włoszech, aby nauczyć się praktycznej medycyny. Odwiedzał pacjentów i pracował w szpitalach u boku lekarzy. Spędzał też czas w operze, teatrze i na wytwornych przyjęciach.
Nie mógł jednak porzucić swojej miłości do matematyki – zwłaszcza matematyki stosowanej. Z zapałem zgłębiał tajemnice wszechświata, idąc w ślady Galileusza i Newtona.
Bernoulli przeprowadził eksperymenty z mechaniki płynów, w których mierzył wodę wypływającą z naczynia. Zauważył, że woda wypływała szybciej, gdy zwiększała się wysokość cieczy w naczyniu. Ustalił matematyczną zależność między wysokością wody w naczyniu a jej ciśnieniem i prędkością wypływu z naczynia. Rozpatrywał też sytuację z punktu widzenia zamiany energii potencjalnej na kinetyczną.
Im większa wysokość wody, tym szybciej wypływa ona ze statku.
W 1724 roku opublikował swoje pierwsze dzieło, Ćwiczenia matematyczne, w którym wniósł użyteczny wkład do nauk o mechanice płynów, teorii prawdopodobieństwa, równań różniczkowych i geometrii.
Nagroda i profesura
Podczas pobytu w Wenecji, mieście żeglarzy, Bernoulli dowiedział się, że Akademia Paryska oferuje hojną nagrodę za najlepszy projekt zegara piaskowego do odmierzania czasu na morzu. Jego odpowiedzią było zaprojektowanie szkła godzinowego, którego strużki piasku byłyby niewzruszone na wzburzone morze. Za tę pracę otrzymał nagrodę główną. To, w połączeniu z jego Ćwiczeniami matematycznymi, które zostały dobrze przyjęte, przyniosło mu propozycję profesury w Akademii Nauk w Sankt Petersburgu, w Rosji.
W 1725 roku udał się tam razem ze swoim starszym bratem Nicolausem, któremu zaproponowano profesurę matematyki w Petersburgu.
Saint Petersburg
Pierwsze prace Bernoulliego w Petersburgu odzwierciedlały jego pozycję – napisał prace na takie tematy, jak nerw wzrokowy, mięśnie i matematyka medyczna.
Choć w późniejszych latach Bernoulli był podobno łagodny, nie było tak na początku w Akademii, gdzie wdał się w kilka ostrych sporów akademickich z innymi profesorami.
Niestety, niecały rok po przybyciu do Rosji Nicolaus zmarł na febrę. Daniel był nieszczęśliwy, a gorzka rosyjska pogoda nie poprawiła jego nastroju.
Jego ojciec próbował pomóc, wysyłając swojego najlepszego studenta matematyki, Leonharda Eulera, do Petersburga, aby pracował z samotnym synem.
Euler, którego nazwisko wkrótce miało być czczone jako jednego z największych matematyków w historii, dotarł do Petersburga w 1727 roku. Nie tylko przywiózł herbatę, kawę i brandy, za którymi tęsknił Bernoulli, ale wkrótce para zaczęła szczęśliwie wymieniać się pomysłami, inspirując Bernoulliego do wykonania najlepszej pracy w jego karierze.
Należy pamiętać, że Daniel Bernoulli był genialny sam w sobie, niezależnie od Eulera. Wykazał się szczególnym geniuszem w swojej zdolności do przeprowadzania sensownych eksperymentów i przekładania swoich obserwacji na prawa fizyczne i matematykę. Euler, potężniejszy matematyk, mógł udoskonalić matematykę Bernoulliego.
W 1730 roku Bernoulli został mianowany profesorem matematyki w Akademii, ale już wtedy planował odejście.
„…nie ma filozofii, która nie opierałaby się na wiedzy o zjawiskach, ale aby uzyskać jakikolwiek zysk z tej wiedzy, absolutnie konieczne jest bycie matematykiem.”
Wkład Bernoulliego do nauki
Wiele z największych odkryć Bernoulliego zostało zawartych w jego arcydziele na temat mechaniki płynów – Hydrodynamica, ukończonym w Petersburgu w 1733 roku i uporządkowanym do publikacji w Strasburgu w 1738 roku.
Kinetyczna teoria gazów
Schemat Bernoulliego z Hydrodynamica ilustrujący jego kinetyczną teorię gazów. Siła skierowana w dół przez ciężar jest równoważona przez siłę skierowaną w górę przez cząsteczki gazu zderzające się idealnie elastycznie z tłokiem.
Wcześniej w 1700 roku niektórzy naukowcy, prowadzeni przez Jamesa Hermanna, zaczęli wierzyć, że materia składa się z małych poruszających się cząsteczek. Im szybszy ruch, tym wyższa temperatura.
Tego typu teoria kinetyczna pozostawała kontrowersyjna, dopóki nie została powszechnie zaakceptowana w latach 1800.
W 1729 roku Euler podjął próbę matematycznego wyjaśnienia zachowania gazów za pomocą teorii kinetycznej opartej na danych gazowych Roberta Boyle’a z 1662 roku. Euler popełnił błąd, zakładając, że wszystkie cząsteczki gazu będą poruszać się z tą samą prędkością.
Geniusz Bernoulliego polegał na tym, że cząsteczki będą miały rozkład różnych prędkości.
Efekt Bernoulliego
Bernoulli powrócił do idei, których nauczył się od ojca i rozwinął je. Zastosował ideę zachowania energii do płynów w ruchu.
W ten sposób odkrył efekt Bernoulliego, odkrycie, z którego jest najbardziej znany, że kiedy płyn przepływa przez region, w którym jego prędkość wzrasta, jego ciśnienie spada. Prawidłowo opisał ten efekt matematycznie.
Efekt Bernoulliego ma wiele rzeczywistych zastosowań i jest często wymieniany jako powód, dla którego skrzydła samolotu zapewniają siłę nośną.
Efekt Bernoulliego na skrzydle samolotu. Skrzydło jest tak ukształtowane, że powietrze przepływa szybciej przez górną część skrzydła niż przez dolną. Powoduje to różnicę ciśnień, która wytwarza siłę nośną.
Pomiar ryzyka
W początkach lat 1730-tych Bernoulli napisał pracę w zupełnie innej dziedzinie niż jego zwykła mechanika. Ponownie zajęło mu to aż do 1738 roku, aby ją opublikować – Exposition of a New Theory on the Measurement of Risk. Bernoulli wykorzystał średnią geometryczną danych do oceny ryzyka, sposobów minimalizacji ryzyka oraz sytuacji, w których najlepiej jest całkowicie unikać ryzyka.
Praca dotyczyła różnicy między bogactwem a użytecznością. Wywarł wpływ na teorię ekonomii, teorię portfela, biologię ewolucyjną i ekologię behawioralną.
„…określenie wartości przedmiotu nie może być oparte na jego cenie, lecz raczej na użyteczności, jaką przynosi. Cena rzeczy zależy tylko od samej rzeczy i jest jednakowa dla wszystkich; użyteczność natomiast zależy od szczególnych okoliczności osoby dokonującej oszacowania. Nie ulega więc wątpliwości, że zysk tysiąca dukatów jest bardziej znaczący dla nędzarza niż dla bogacza, choć obaj zyskują tę samą kwotę.”
„…przy braku niezwykłości, użyteczność wynikająca z każdego niewielkiego wzrostu bogactwa będzie odwrotnie proporcjonalna do ilości dóbr poprzednio posiadanych.”
Kilka szczegółów osobistych i zakończenie
Bernoulli nie mógł osiedlić się w Petersburgu, a jego zdrowie nigdy nie było tam dobre.
Powrócił do Bazylei w 1733 roku, aby rozpocząć nową rolę jako katedra anatomii i botaniki. W tym samym roku jego zgłoszenie do Wielkiej Nagrody Akademii Paryskiej – praca na temat nachylenia orbit planet – zajęła pierwsze miejsce.
Okazało się to nie do końca dobrą wiadomością. Kłopot w tym, że podzielił się nagrodą z ojcem, który był oburzony, że ktokolwiek może uważać jego syna za równego sobie w matematyce. Od tej pory ojciec nie chciał rozmawiać z synem.
Mistrzowskie dzieło Daniela Hydrodynamica zostało ostatecznie opublikowane w 1738 roku, choć było już ukończone i przedłożone Akademii w Petersburgu w 1733 roku. W nikczemnym akcie zemsty jego ojciec splagiatował Hydrodynamikę i wydał książkę pod tytułem Hydraulica, którą datował jako ukończoną w 1732 roku.
Daniel był wstrząśnięty zachowaniem ojca, pisząc:
„Zostałem okradziony z całej mojej Hydrodynamiki, której ani jednej części nie zawdzięczam mojemu ojcu i zostałem pozbawiony owoców 10 lat pracy.”
Na szczęście dla Daniela, został on oceniony jako prawdziwy pomysłodawca idei zawartych w książce.
Daniel zdobył Wielką Nagrodę Akademii Paryskiej w sumie 10 razy, często za prace o tematyce żeglarskiej, w tym: najlepszy kształt kotwicy okrętowej; teoria pływów; magnetyzm; prądy oceaniczne; poprawa stabilności statków na pełnym morzu.
W 1750 roku, w wieku 50 lat, Daniel Bernoulli został powołany na katedrę fizyki na Uniwersytecie w Bazylei. Jego wykłady i demonstracje cieszyły się ogromną popularnością, a on sam pełnił tę funkcję aż do przejścia na emeryturę w wieku 76 lat.
Otrzymał oferty objęcia katedr w innych miastach, ale nigdy już nie opuścił Bazylei. Dużo korespondował z innymi naukowcami, z których jego ulubionymi byli Pierre Bouguer, Alexis Clairaut, Pierre Louis Maupertuis, jego stary przyjaciel Leonhard Euler i syn Eulera Johann Euler.
Żył dla swojej pracy; nigdy się nie ożenił i nie miał dzieci. Rozważał małżeństwo, gdy był młodszy, ale kobieta, o której mowa, okazała się bardzo skąpa, jeśli chodzi o pieniądze, co go zniechęciło. Bernoulli szanował prostotę stylu życia i oszczędność, ale nie podłość.
W końcu zbyt wysoko cenił swoją wolność i cichy, spokojny, akademicki sposób życia, by się ożenić.
Daniel Bernoulli zmarł w wieku 82 lat 17 marca 1782 roku we śnie w Bazylei, w Szwajcarii.
Autor tej strony: The Doc
Obrazy Bernoulliego cyfrowo ulepszone i pokolorowane przez tę stronę. © Wszelkie prawa zastrzeżone.
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, translated by 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): ewolucja i ekonomia w warunkach ryzyka
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