出生在顯赫世家是怎樣的體驗?

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出生在显赫世家是怎样的体验?

今天我們將送出三本由未讀•探索家提供的優質科普書籍《一想到還有95%的問題留給人類,我就放心了》

出生在显赫世家是怎样的体验?

這是一本“逆向科普”的科普書。你以為你知道的事情,其實連世界頂尖科學家都不知道。這本書告訴你那些“頂尖科學家都不知道的事情” 。但這並非一本“答案”之書。本書旨在告訴你人類最前沿科學的邊界,帶領你一起從未知探索到已知。這是一本趣味和嚴謹並存的科普書。一個科學家,放棄科研,改畫漫畫。20年後,他邀請一位頂尖科學家共同創作了這本“科普未知”的科普書。這是一本你不看就會“落伍”的科普書。為什麼“黑洞” “暗物質” “暗能量”“宇宙”“平行空間”等概念對人類有著深深的吸引力?那是因為它們是“未知”的。只有未知的事物才能勾起人類強大的好奇心而好奇心正是人類發展的源動力。

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翻譯:Nothing

審校:loulou

丹尼爾·伯努利出生於1700年,他來自一個數學世家。他的父親約翰·伯努利是荷蘭格羅寧根大學的數學系主任。這個家庭內部充滿了競爭:大約30年後,當他和父親逐漸疏遠時,他感到很痛苦。

在他五歲時,伯努利一家搬回了瑞士巴塞爾,因此約翰的妻子可以照顧她生病的父親。幾年前,約翰申請成為巴塞爾大學的數學教授。但他沒能如願,這是因為他的哥哥雅各布·伯努利設法阻止他得到這個職位。之後雅各布自己得到了這個職位。在去巴塞爾的路上,約翰得知他的哥哥雅各布死於肺結核,他說:“...我可以繼承我哥哥的職位。”於是他開始遊說各方來爭取那個職位,不到兩個月,他如願以償。

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丹尼爾·伯努利

伯努利:商人,醫生,數學家

約翰試圖操控兒子丹尼爾的生活,他為丹尼爾選了一個妻子並認為他應該成為一名商人。但是奇怪的是,約翰自己的父親當初也是這樣操控自己生活的,他拒絕了自己的父親,當然丹尼爾也拒絕了約翰。然而,丹尼爾和約翰在一起待了相當長的時間,並從他那裡學來了關於微積分的知識,正是這些知識讓約翰聲名鵲起。在丹尼爾13歲時,約翰已經接受了自己兒子成不了商人的事實,但是他也不同意丹尼爾研究數學,因為這樣賺不到錢。他命令丹尼爾以醫生為職業,丹尼爾在接下來的幾年內照做了,但是他一直沒有放棄學習數學。

顯然,丹尼爾對數學並不是三分鐘熱情,因此他的父親開始輔導他。在他們談論的大量眾多話題中,有一個對丹尼爾未來的發現產生了重大影響。它就是“活力守恆定律(Law of Vis Viva Conservation)”現在我們稱它為“能量守恆定律”。年輕的伯努利發現英國內科醫生威廉·哈維有相似的想法,哈維在自己關於動物體內熱量和血液流動的書中寫倒,心臟像一個泵,使得血液在血管中運動。丹尼爾被哈維的工作所吸引,因為哈維的工作結合了數學和流體兩個方面,這都是丹尼爾鍾愛的領域,同時,丹尼爾拿到了他父親期盼的醫學學位。

在21歲完成醫學研究後,他找到一個科研崗位以便進一步研究流體運動的基本規律;這是他父親甚至偉大的艾薩克·牛頓所沒有想到的。(約翰·伯努利從來沒有把牛頓在微積分方面的發現歸功於他,而是幾乎全部歸功於萊布尼茨。)丹尼爾在巴塞爾申請了解剖學和植物學的兩個教授職位。這些職位都是由抽籤決定的,不幸的是,丹尼爾兩次都沒抽中。

在意大利

23歲時,丹尼爾來到意大利帕多瓦。在從疾病中康復的同時,他設計了一種船上用的沙漏,它即使在暴風雨天氣也能正常使用。他把他的設計提交給法國科學院並獲得一等獎。與此同時,他的一個朋友克里斯蒂安·戈德巴赫將丹尼爾的一些其他作品以《一些數學練習(Some Mathematical Exercises)》為題出版了一本書。

在俄國

25歲那年,丹尼爾回到巴塞爾,他看到一封俄國女皇凱瑟琳一世寄來的信,信中女皇邀請他成為聖彼得堡皇家學院的數學教授。起初,丹尼爾不想到如此遙遠的地方去,但他的哥哥尼古拉斯主動提出要和他一起去。凱瑟琳是非常渴望丹尼爾的到來,她甚至同意給尼古拉斯提供一個職位!不幸的是,一年後尼古拉斯死於肺結核。起初丹尼爾想回家,但當他的父親提議讓自己的一個學生萊昂納德·歐拉給他當助手時,他留下了。

伯努利發現測量血壓的方法

伯努利和歐拉一起合作想要發現更多關於流體流動的知識。他們尤其想知道血液流動速度和壓力之間的關係。為了研究這個問題,丹尼爾用一根開口的稻草刺穿了一根管子的管壁,並指出液體上升的高度與管子中液體的壓力有關。

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伯努利測量液體壓強的裝置示意圖

很快,全歐洲的醫生都用通過將尖端玻璃管直接插入動脈的方法來測量病人的血壓。直到大約170年後的1896年,一位意大利醫生才發現了一種不那麼痛苦的方法,這種方法至今仍在使用。然而,伯努利的壓力測量方法至今仍在現代飛機上用於測量通過飛機飛過時空氣的速度,即空氣速度。

伯努利發現流體方程

隨著他的發現的進一步深入,丹尼爾·伯努利現在又回到了他早期關於能量守恆的工作中。眾所周知,一個運動的物體在向上運動時動能轉換成勢能。丹尼爾意識到,以類似的方式,運動的流體將動能轉換為壓力。從數學上講,這條定律現在被寫成:

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其中p是壓力,ρ是流體的密度,u是流體的速度。這個定律在說,如果速度增加,那麼壓強就會下降。

伯努利傷心返鄉

丹尼爾30歲的時候,他的父親剛剛被法國科學院授予了一個獎項。丹尼爾也幾乎完成了他的《流體動力學(Hydrodynamica)》論文,他渴望回到巴塞爾。儘管嘗試了多次,丹尼爾還是屢次在巴塞爾的職位競爭上失利,兩年後他終於成功了。1734年,他回到家中,發現他和父親曾被法國科學院聯合授予另一個獎項。他的父親很生氣,並不願意承認他的兒子至少和自己一樣優秀,結果丹尼爾被禁止進入自己父親的家。

丹尼爾又花了3年的時間完成了他關於流體的研究工作。丹尼爾在扉頁寫了“流體動力學,作者:約翰的兒子丹尼爾·伯努利”。人們認為他以這種謙卑的方式表明自己是在試圖彌合他和父親之間的不和。但一年後,他的父親出版了他自己的作品《水力學(Hydraulics)》,這本書與他兒子的作品有很多共同之處,據說有明顯的剽竊行為。在某種程度上,丹尼爾·伯努利在經歷這些事件之後失去了研究數學的大部分動力,轉向了醫學和生理學。1782年3月17日,他在巴塞爾去世,享年82歲。

原文鏈接:

https://plus.maths.org/content/daniel-bernoulli-and-making-fluid-equation

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