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伯努利家族主要成就

生活 更新时间:2024-12-27 00:48:38

翻開科學史,會發現伯努利這個姓氏随處可見。在數學上,有伯努利分配、伯努利原理;伯努利方程式,伯努利數、伯努利多項式,還有伯努利雙紐線,在流體力學上,有伯努利原理、伯努利方程,如果要細究一下的話,大數定理、變量、變分法也都是伯努利提出來的,另外洛必達法則,歐拉數其實也是伯努利的成果,為什麼叫了洛必達法則呢?因為洛必達有錢,這個成果是他買的,歐拉數就是自然常數,最早也是伯努利計算并提出的,為什麼叫做歐拉數呢?這可不是因為歐拉有錢,而是因為歐拉用的多,比如著名的歐拉方程,所以被後人稱為歐拉數。

這樣看來,伯努利也太偉大了,幾乎是無所不通無所不曉啊,這确實是個誤解了,伯努利是一個姓氏,而不是一個名字,這些成就都是伯努利家族的不同伯努利研究出來的。

不過,這不是簡單了,而是更難了,我們常問為什麼愛因斯坦的兒子沒有獲得諾貝爾獎,這就好比說為什麼沒有比珠穆朗瑪峰更高的山峰一樣,因為愛因斯坦已經是他家族中的最高峰了,而伯努利家族則是一山更比一山高,長江後浪推前浪,而且後浪都把前浪拍死在了沙灘上。

一、兄弟阋牆

雅各布.伯努利是哥哥,這是一個數學天才,幾乎無師自通了當時數學的各個領域,俗話說"一般一般,天下第三",這句話就是說他的,在微積分上的造詣他可以稱得上天下第三了,要知道第一是牛頓,第二就是萊布尼茨,對于兩個開創者來說,排第三已經是莫大榮耀了,而且積分這個概念就是他提出的。

伯努利家族主要成就(科學家族之勾心鬥角的伯努利家族)1

雅各布.伯努利

大數定理也是雅各布提出的,這是概率論的内容了,所以他也是概率論的創始人。

不過他最喜歡的還是各種曲線,比如對數螺線,以至于他的墓碑上刻的都是對數螺線。

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對數螺線

雅各布還有一個重大貢獻,就是計算出來了自然常數,就是e,這個e又被稱為歐拉數,為什麼呢,因為歐拉用的多啊,比如這個最美的方程。

伯努利家族主要成就(科學家族之勾心鬥角的伯努利家族)3

歐拉公式

歐拉的老師叫做約翰.伯努利,沒錯,他就是雅各布.伯努利的弟弟,當然也是一位數學天才。一家子出了兩個數學天才,這是祖墳上冒青煙啊,無論哪個當爹都得覺得自己上輩子拯救了銀河系啊。

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約翰.伯努利

可是老伯努利不這麼想,他要的是兒子出人頭地,而不是名留青史,老伯努利本來打算讓兒子讀個商科,一起發家緻富,實在不行,就讀個神學,當個高級神職人員,那多牛啊,可是雅各布得了神學碩士之後,就開始研究數學,讓老伯努利火冒三丈,不過沒關系,家裡又不缺天才,還有約翰啊,可是約翰讀完神學碩士後,也要研究數學,老伯努利隻能長歎一聲,罵一聲逆子。

得不到父親的理解,總能得到哥哥的支持吧,約翰是這麼想的,确實開始雅各布也這麼想的,他積極指導約翰學習,可兄弟情義在懸鍊線問題上出現了裂痕。

懸鍊線最早由達芬奇提出,大意就是兩端固定的繩子由于重力下垂,那麼繩子是什麼形狀,伽利略認為是抛物線,惠更斯說不是,不過惠更斯也沒有說出是什麼曲線。

雅各布覺得這活得用微積分解決,研究了一年,可也沒有結果,于是在《教師學報》上發出英雄令,問道天下英雄,沒想到,第二天早晨約翰就興沖沖地跑來,說自己解決了,本來約翰想得到大哥的表揚,沒想到雅各布卻火冒三丈。

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懸鍊線

在雅各布心中,約翰就是他的學生,他的小弟,現在自己琢磨了一年的問題,小弟一個晚上就解決了,能不生氣嗎?

約翰也很生氣,他認為自己是大哥的合作者,是和大哥并駕齊驅的,根本就不是小弟,看到大哥這樣,約翰更得意了,四處宣揚自己"春宵一刻值千金",不對,應該是一夜風流,也不對,就這意思吧,反正就是弟弟一晚上超過了哥哥一年。

約翰覺得自己太牛了,于是就申請巴塞爾大學的教職,因為巴塞爾大學的數學教職是哥哥雅各布的,這也算是對哥哥雅各布的挑戰吧,可是校方的回複擊碎了弟弟的美夢,校方聲稱"我們已經有了雅各布,不需要别的數學家",約翰隻好背井離鄉,遠走天涯,兄弟兩人從此分道揚镳。

弟弟四處宣揚哥哥不過如此,哥哥見人就說弟弟的一切都是他教的,不過該通信還是通信,畢竟象他們兄弟倆這麼高明的數學家太少了,這就是寂寞高手啊。關鍵是哥哥還掌握着數學界的發言權,弟弟人微言輕,并不能直接和《教師學報》聯系,隻能委托哥哥,每次弟弟的文章寄過來,哥哥就喜歡修改一下,當然不能白費力氣,修改完之後就順便署個名,于是弟弟的文章就成了哥倆合作,弟弟有點慘啊。

弟弟也打算找到别的數學家聊聊,比如洛必達侯爵,可是沒想到卻造成了一生的遺憾。據說當年約翰新婚,就被丈母娘逼着買車買房,看來丈母娘創造GDP這個道理不但古今皆然,中外亦皆然,而窮小子約翰就想到了自己的學生洛必達侯爵,他和侯爵約定侯爵可以引用他的研究成果,于是洛必達法則就橫空出世了,想一想洛必達法則在微積分中的作用,都有點心疼弟弟。

不過機會還是來了,這就是最速降線問題,這個問題又和伽利略有關。這是伽利略最早提出的,就是一個小球放在高處,除了垂直下落外,速度最快的線是什麼曲線,伽利略認為是圓弧,不出所料,這又是錯的。

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最速降線

約翰第一個解決了這個問題,頓覺一覽衆山小,又感覺高處不勝寒,于是和當年雅各布一樣,也在《教師學報》上發出英雄令,弟弟和哥哥的不同是,哥哥的問題是解決不了才問的,弟弟是解決了要顯擺一番。

很快弟弟收到了三份答案,一份是來自老師萊布尼茨,一份來自學生洛必達侯爵,還有一份自然是來自哥哥雅各布了。

約翰經過分析,認為自己的解法最簡潔,而哥哥雅各布的解法最繁瑣,還不如自己的學生洛必達呢,可是約翰在解題過程中,直接采用了費馬定理,不是大定理啊,而費馬從來就不證明自己的定理,因為他缺紙,所以當時的費馬定理就是一片流沙,因此約翰的證明就是個空中樓閣,而雅各布的證明第一次使用了變分法,這是微積分上的大突破,所以說這一次應該是哥哥勝出了。

但是這場較量的勝利者還不是哥哥雅各布,而是來自英國的老獅子——牛頓,牛頓隻用了幾個小時就解決了這個問題,而且還沒有署名,不過約翰還是認出了王者的風範。

恩斯特·馬赫曾如此評價兩兄弟:"他們一個有藝術家一般的直覺與激情,一個有批判性的思維縱深。這是天才的兩面,如果結合在同一個人身上,就會造就偉大的科學家。可惜這兩面分開了,那麼沖突就是必然。"

殺神馬赫說的确實有道理,牛頓愛因斯坦都是這樣具有兩面的人,所以都做出了無與倫比的貢獻,而麥克斯韋和法拉第兩人分别具有天才的一面,可是他們兩人精誠合作,開創了電磁時代,做出了不亞于牛頓愛因斯坦的成就,要是兄弟攜手,那麼必然要開創一個數學新時代,無論如何都要比争鬥一輩子的貢獻大。

兄弟倆就這麼争來鬥去一輩子,直到雅各布去世,這下約翰可算安心了,因為此時牛頓萊布尼茨也都去世了,笑傲江湖,非他莫屬了。

二、父子恩仇

可是挑戰還是來了,這次挑戰還是來自内部,挑戰者就是他的兒子丹尼爾.伯努利。

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丹尼爾.伯努利

也許是數學家的日子确實清苦,要不也不會把洛必達法則賣給洛必達侯爵,約翰也建議自己的兒子學學商業來發家緻富,這個時候,約翰一定想起了老父親的諄諄教誨,當年老父親也是要求他們兄弟學商業啊,這就是"不聽老人言,吃虧在眼前",好在約翰能懸崖勒馬,就把希望寄托在了兒子身上。

曆史總是驚人的相似,約翰的兒子們也都紛紛表示,自己還是願意學習科學,這似乎是伯努利家族的一個魔咒,後人将伯努利家族對數學的狂熱稱之為"像酒鬼碰到了烈酒",約翰的兒子們無疑都是酒鬼,尤其是丹尼爾.伯努利,那簡直就是酒神。

那一年的法國科學院征文大賽,約翰當然是獲獎者,丹尼爾也是獲獎者,父子兩人一同登上了領獎台,這要是放别人家,還不得擺宴慶賀啊,想想咱們老百姓兒子上個大學都得擺兩桌,那時候的法國科學院大獎差不多就是諾貝爾獎啊,可是伯努利家族一般都不走尋常路,約翰勃然大怒,命令兒子不許回家,認為兒子奪了他的光輝,這都是什麼新奇的腦回路啊。

丹尼爾也表示不能理解父親新奇的腦回路,不過,"百善孝為先",丹尼爾還是決定尊重老爸的指責,從此以後,不再研究數學,但是,世界那麼大,又不止隻有數學,丹尼爾把目光投向了物理學。

研究物理學必将投入牛頓的懷抱,沒辦法,爵爺就是物理學上的神,這更讓約翰惱火。作為萊布尼茨的學生,約翰一直對牛頓爵爺心懷不滿,畢竟牛頓爵爺和萊布尼茨在微積分的發明權上争了半輩子,約翰也曾想為老師萊布尼茨讨個公道,比如最速降線問題,可是被爵爺重重地打了一次臉。

現在兒子居然栖身于牛頓羽翼之下,怎麼能不讓約翰惱火,這樣約翰就過分了,研究數學吧,你不讓兒子回家,研究物理吧,還冒犯了師爺,總不能真讓丹尼爾這樣的天才去做生意吧。

不過,面對丹尼爾這樣的天才,是壓制不住的,丹尼爾寫出了《流體力學》,其中就有著名的伯努利原理,這是流體力學的最基本的原理,要是說丹尼爾開創了流體力學也并不為過。

伯努利家族主要成就(科學家族之勾心鬥角的伯努利家族)8

伯努利方程

看到兒子的巨大成就,老約翰又動起來歪心思,不讓回家這招肯定不靈了,畢竟孩子大了,象哥哥那樣要求署名,這也得拉下老臉來啊,況且他遠沒有當年哥哥雅各布在數學界的影響力,這招也不好使,約翰為此也是一夜白頭啊,都趕上伍子胥了。

最後,約翰決定他也寫一本書吧,當然不能叫流體力學,他寫了本水力學以示區别,關鍵是出版時約翰把世間提前了五年,這樣以來,可就成了兒子抄襲老子了,可問題是内容基本抄襲了兒子的著作,丹尼爾曾痛苦地說道:"我寫出的《流體力學》從頭到尾都不用感謝我父親……我被搶劫了,失去了10年辛苦的成果。"

不過曆史是公正的,就象現在人們都知道洛必達法則應該叫做伯努利法則一樣,後來人們也承認了丹尼爾的地位,因為約翰抄的不高明,錯漏百出,明眼人一看就知道孰是孰非。

三、榮譽魔咒

當約翰.伯努利違背父命,決定投身數學的時候,是雅各布.伯努利諄諄教導,一手把他帶入了數學王國,當丹尼爾.伯努利在異地求學時,是約翰.伯努利把弟子歐拉送到丹尼爾身邊,伴他度過艱難歲月。

在科學道路上,伯努利家族都是相互提攜,但是面對榮譽的時候,卻是争吵不斷,這也是伯努利家族的魔咒。

恩偉大的斯特·馬赫曾如此評價伯努利兩兄弟:"他們一個有藝術家一般的直覺與激情,一個有批判性的思維縱深。這是天才的兩面,如果結合在同一個人身上,就會造就偉大的科學家。可惜這兩面分開了,那麼沖突就是必然。"

殺神馬赫說的确實有道理,牛頓愛因斯坦都是這樣具有兩面的人,所以都做出了無與倫比的貢獻,而麥克斯韋和法拉第兩人分别具有天才的一面,可是他們兩人精誠合作,開創了電磁時代,做出了不亞于牛頓愛因斯坦的成就,要是兄弟攜手,父子相幫,那麼必然要開創一個數學新時代,無論如何都要比争鬥一輩子的貢獻大。

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