如果地球上没有数学家,真正的物理学会更好。
Daniel Bernoulli是一位瑞士数学家和物理学家,也是来自Basel的著名Bernoulli数学家族中的杰出成员之一。他因其在力学(特别是流体力学)中的数学应用,以及在概率论和统计学中的开创性工作而被铭记。他的名字被铭刻在Bernoulli原理中,这是能量守恒的一个特殊例子,描述了20世纪两项重要技术的运作机制:化油器和飞机机翼。
早年生活
Daniel Bernoulli出生于荷兰的Groningen,出身于一个杰出数学家的家族。Bernoulli家族最初来自当时属于西班牙Netherlands的Antwerp,但为了逃避西班牙对新教徒的迫害而移居。在Frankfurt短暂停留后,全家移居到瑞士的Basel。
Daniel是Johann Bernoulli的儿子,Johann Bernoulli是微积分的早期开发者之一,也是Jacob Bernoulli的侄子,Jacob Bernoulli是概率论的早期研究者和数学常数e的发现者。他有两个兄弟,Niklaus和Johann II。Daniel Bernoulli被W. W. Rouse Ball描述为"年轻的Bernoulli家族中迄今为止最有才能的人"。据说他与父亲的关系不太好。当他们都参加巴黎大学的科学竞赛并并列获得第一名后,Johann无法忍受与Daniel平等比较的"耻辱",将Daniel赶出了家门。Johann Bernoulli还从Daniel的书《Hydrodynamica》中剽窃了一些关键思想,并将其放入自己的书《Hydraulica》中,并将其日期标注得早于《Hydrodynamica》。尽管Daniel多次尝试和解,但他的父亲一直怀恨在心直到去世。
到了上学年纪,他的父亲Johann Bernoulli鼓励他学习商业,因为数学家没有什么回报。但是Daniel拒绝了,因为他想学习数学。后来他还是屈服于父亲的愿望而学习了商业。他的父亲随后要求他学习医学,Daniel同意了,条件是父亲会私下教他数学,这种教学持续了一段时间。Daniel在Basel、Heidelberg和Strasbourg学习医学,并在1721年获得了解剖学和植物学博士学位。
他是Leonhard Euler的同代人和亲密朋友。1724年,他前往St. Petersburg担任数学教授,但在那里感到非常不快,1733年的一场暂时性疾病给了他离开St. Petersburg的借口。他回到Basel大学,先后担任医学、形而上学和自然哲学的教授,直到去世。
1750年5月,他被选为皇家学会会员。
数学成就
他最早的数学作品是《Exercitationes Mathematical Exercises》,1724年在Goldbach的帮助下出版。两年后,他首次指出了将复合运动分解为平移运动和旋转运动的频繁需要性。他的主要著作是《Hydrodynamica》,发表于1738年。它与Joseph Louis Lagrange的《Mécanique Analytique》相似,都是以所有结果都是单一原理(即能量守恒)的结果而编排的。随后是关于潮汐理论的论文,与Euler和Colin Maclaurin的论文一起获得了法国科学院的奖励;这三篇论文包含了Isaac Newton的《Philosophiae Naturalis Principia Mathematica》出版与Pierre-Simon Laplace的研究之间在这个主题上所做的全部工作。Bernoulli还撰写了大量关于各种力学问题的论文,特别是关于振动弦的问题,以及Brook Taylor和Jean le Rond d'Alembert给出的解决方案。
Bernoulli和Euler一起努力了解更多关于流体流动的知识。特别是,他们想了解血液流动的速度与其压力之间的关系。为了调查这一点,Daniel通过用一根小的开口吸管刺穿管子的壁进行实验,并注意到液体上升到吸管中的高度与管道中液体的压力有关。

很快,欧洲各地的医生都开始通过将尖端玻璃管直接插入患者的动脉来测量血压。直到大约170年后的1896年,一位意大利医生才发现了一种更不痛苦的方法,至今仍在使用。然而,Bernoulli的压力测量方法至今仍用于现代飞机中,以测量通过飞机的空气速度;即其空速。
深化他的发现,Daniel Bernoulli现在回到了他早期关于能量守恒的工作。已知移动的物体在获得高度时会将其动能转换为势能。Daniel意识到类似地,移动的流体将其比动能转换为压力,前者是每单位体积的动能。数学上这个定律现在写成:
其中P是压力,ρ是流体的密度,u是其速度。
经济学和统计学
在他1738年的著作《Specimen theoriae novae de mensura sortis Exposition of a New Theory on the Measurement of Risk》中,Bernoulli提供了对St. Petersburg悖论的解决方案,作为经济学中风险厌恶、风险溢价和效用理论的基础。Bernoulli经常注意到,当做出涉及某种不确定性的决定时,人们并不总是试图最大化他们可能的货币收益,而是试图最大化"效用",一个包含他们个人满足和利益的经济学术语。Bernoulli意识到,对于人类来说,获得的金钱与效用之间存在直接关系,但随着获得金钱的增加而递减。例如,对于年收入为10,000美元的人来说,增加100美元的收入将比对年收入为50,000美元的人提供更多的效用。

最早尝试分析涉及删失数据的统计问题之一是Bernoulli在1766年对天花发病率和死亡率数据的分析,以证明接种的功效。
物理学
在1738年的《Hydrodynamica》中,他为气体动理论奠定了基础,并应用这一思想来解释Boyle定律。
他与Euler在弹性和Euler-Bernoulli梁方程的发展方面进行了合作。Bernoulli原理在空气动力学中具有至关重要的用途。
根据Léon Brillouin的说法,叠加原理首次由Daniel Bernoulli在1753年陈述:"振动系统的一般运动由其本征振动的叠加给出。"
遗产
2002年,Bernoulli被列入San Diego Air & Space Museum的国际航空与太空名人堂。


