Scientific heritage of Russia

Бернулли Даниил

Date of Birth:

1700, 29 января

Place of Birth:

Гронинген (Нидерланды)

Date of death:

1782, 17 марта

Activities

mathematics
mechanics

Curriculum Vitae +

Даниил Бернулли (Daniel Bernoulli; 1700, Гронинген, Нидерланды - 1782, Базель, Швейцария) - математик; профессор физиологии (1725), профессор математики (1727), иностранный почетный член (1733) Петербургской академии наук.

Родился Даниил Бернулли 29 января 1700 года в семье выдающегося математика Иоганна Бернулли, профессора Гронингенского университета, преподававшего там математику и экспериментальную физику. В 1705 году семья перебралась в Базель, где Иоганн Бернулли получает кафедру математики, которую до этого занимал выдающийся математик Яков Бернулли (родной брат Иоганна Бернулли, скончался 16 августа 1705 года). В 1713 году Даниил закончил гимназию, затем был на год отправлен во Францию для совершенствования французского языка. В 1716 году в Базеле получил звание магистра философии. Далее начинает усердно изучать медицину сначала в Базеле, в 1718 году в Гейдельберге, затем в Страсбурге. В 1720 году в Базеле он защищает диссертацию «О дыхании» и становится лиценциатом медицины. И хотя Даниил не оставляет также интенсивных занятий математикой (к чему всегда имел наклонность), в 1723 году он едет сначала в Венецию, «чтобы утвердиться в практическом знании медицины ... под руководством знаменитейшего врача Микелотти», затем в Падую. В 1724 году в Венеции вышел первый математический (в большой степени полемический) труд Даниила Бернулли «Математические упражнения», который принес ему широкую известность. Только что учрежденная Академия наук в Болонье сразу же внесла Д. Бернулли в число своих членов, а организаторы Академии в Генуе предложили пост президента. В этот же период Бернулли получил свою первую премию от Парижской академии наук за конкурсную работу «О средствах сохранять равномерность водяных или песочных часов на море» (напечатана в 1725 году). (В работе из принципа неразрывности и формулы Торричелли было получено уравнение образующей часов). Следует отметить, что в течение жизни Д. Бернулли Парижской академией было премировано множество его работ: «О морском приливе и отливе», «О лучшем способе определения времени в море», «Теория магнита», «О теории течений и о лучшем способе их наблюдать», «О наилучшем способе уменьшения боковой и килевой качки судна» и т.д. Интересно, что в конкурсе 1732 года «О взаимном наклонении планет» присужденная премия была поделена между двумя конкурсантами, выбранными из большого количества участников. Когда вскрыли конверты с девизами, оказалось, что награду получили отец и сын Бернулли. В 1724 году, когда подбирались претенденты на кафедры математики и механики в Петербургской академии наук, известных математиков из семейства Бернулли было четверо: Даниил, его отец Иоганн, старший брат Даниила Николай и двоюродный брат Даниила тоже Николай. После довольно путаной переписки по поводу приглашения в Академию (в январе 1725 года Даниил писал Х. Гольдбаху, что Блюментрост неясно различает его, его родного брата Николая и двоюродного брата Николая) получили и приняли приглашение Даниил и его брат Николай. (Л.Л. Блюментрост – президент Петербургской академии наук с 1725 года по 1733). В октябре 1725 года братья прибыли в Петербург. Николай занял кафедру механики, а Даниил - кафедру анатомии и физиологии, где собирался решать проблемы физиологии методами механики и математики. К сожалению, в Петербурге Николай прожил недолго – через восемь месяцев он заболел и скончался. Даниил прожил в Петербурге восемь лет. Именно в эти годы он написал свою основную работу – «Hydrodynamica sive de viribus et motibus fluidorum commentarii» («Гидродинамика или записки о силах и движениях жидкостей»). Трактат был опубликован на латинском языке в 1738 году в Страсбурге. В предисловии Бернулли написал: «Я охотно объявляю, что главнейшая часть этой работы обязана руководству, замыслам и поддержке со стороны Петербургской Академии наук». В трактате были собраны отдельные идеи и части некоторых предшествующих сочинений Бернулли. По мере работы над «Гидродинамикой» он обсуждал свои идеи в личной переписке, докладывал их на заседаниях академической Конференции, печатал труды в «Комментариях Петербургской академии наук», проверял свои идеи на опытах. В архиве АН сохранилась рукопись первого варианта трактата под несколько иным заглавием «Записки о равновесии и движении жидкостей». Первоначально предполагалось, что «Гидродинамика» – только первая часть трактата, во второй части которого будет приложение гидродинамики к физиологии. Однако этот фундаментальный труд занял не только все время до окончания контракта в Академии, но и дорабатывался в дальнейшем в Базеле. Интересно, что Даниил в письме от 9 августа 1738 года просил Леонарда Эйлера петербургскую рукопись уничтожить, как имеющую ошибки. К счастью для историков науки, Эйлер не исполнил этой просьбы. «Гидродинамика» состоит из 13 частей. Первая часть является вводной. В ней Д. Бернулли, во-первых, обсуждает исходные принципы («начала») своей теории течения жидкостей. (В своих рассуждениях он опирается на принцип сохранения живых сил, т.е. на современном языке получает соотношения из энергетических соображений, и на принцип неразрывности в форме гипотезы перпендикулярных слоев. Термин «неразрывность» был введен позднее, вероятно, Иоганном Бернулли.) Во-вторых, в вводной части Бернулли кратко излагает содержание своего трактата. Замечательно, например, краткое изложение заключительной (но не самой значительной) 13-й части, посвященной реакции вытекающей жидкости и её «натиске на плоскость»: «... вытекая через отверстие, вода так же давит в противоположную сторону на сосуд, как ядро толкает обратно орудие, из которого оно выбрасывается взрывом. Таким образом, открываются новые свойства этого обратного толчка, прекрасно поясняющие природу давления. ... мне представлялось, что это может когда-нибудь дать повод для изобретения нового мореходства без весел или опоры для ветра. ... хотя хорошо знаю, что первые начала всех подобного рода вещей сами по себе кажутся большинству смешными». 10-я глава посвящена статике и динамике сжимаемой жидкости (рассуждения «преимущественно относятся» к воздуху). В этой главе сформулированы начальные представления кинетической теории газов и даны некоторые её следствия. Среди современников Даниила Бернулли подобные взгляды на теорию газов имел М.В. Ломоносов, в последний период жизни их разделял Г.В. Рихман. Однако в мировом научном сообществе эта идея прижилась только век спустя. В 9-главе впервые вводится понятие работы («абсолютной мощи или абсолютной потенции») и в неявном виде вводится понятие коэффициента полезного действия. Однако центральной частью трактата является «Часть двенадцатая, которая излагает статику движущихся жидкостей, названную мной гидравлико-статикой». В двенадцатой части Даниил Бернулли впервые установил разницу между гидростатическим давлением и гидродинамическим давлением, ввел понятие установившегося движения жидкости, и, самое главное, с помощью «начал» и нетривиального мысленного эксперимента получил всем хорошо известный закон Бернулли (интеграл Бернулли, уравнение Бернулли), утверждающий, что при установившемся движении жидкости давление жидкости убывает с увеличением квадрата скорости. Этот результат оказался столь удивительным для современников, что даже Леонард Эйлер назвал его «великим парадоксом», поскольку «от большей скорости получается меньшее сопротивление». Даниил Бернулли лучше многих понимал масштабность своего труда. Это был величайший научный триумф. И можно себе представить, насколько для него было ужасно увидеть четвертый том «Собрания трудов» Иоганна Бернулли с помещенной там «Гидравликой, впервые открытой и доказанной из чисто механических основ», обозначенной 1732-ым годом, в то время как его «Гидродинамика» была издана лишь в 1738. Четвертого сентября 1743 года он пишет Леонарду Эйлеру: «... я могу с полным основанием быть недовольным этой книгой: новые механические задачи по большею частью принадлежат мне; мой отец видел даже мои решения, прежде чем он решил их на свой лад. При этом он ни одним словом не упоминает обо мне. ... У меня целиком отбирает всю мою гидродинамику, ни одной буквой из которой я воистину не обязан моему отцу ... заклинаю Вас, как своего лучшего друга, если представится подходящий случай, снять с меня несправедливое подозрение в плагиате, без того, чтобы виноватым оказался мой отец, и сделать так, чтобы истина в этом, что касается спора между моим отцом и мной, не потерпела никакого ущерба. Было бы ниже моего достоинства, если бы я стал защищаться сам». Сложность ситуации заключалась ещё и в том, что тщеславный Иоганн Бернулли не только казался себе величайшим математиком современности, но и был одним из величайших математиков.

Даниил Бернулли подобно многим ученым своего времени в разные периоды своей жизни занимался проблемами, относящимися к различным научным областям. Он занимался физиологией, физикой, математикой и в каждой науке имел значительные (а порою выдающиеся) достижения и идеи. Особое место в его научном творчестве занимают теория колебаний, теория рядов, теория вероятности и статистика. В теории вероятности Бернулли ввел понятие морального ожидания (в современной теории не используется, но сыграло историческую роль) и предложил применять методы дифференциального исчисления (считая единицу бесконечно малой по сравнению с большими числами, входящими в задачи, получил асимптотические выражения ответов). По теории рядов Даниил Бернулли имеет несколько замечательных работ, но самый значительный научный вклад был сделан на стыке теории рядов и теории колебаний – представление решения волнового уравнения тригонометрическим рядом. Проблемой колебаний механических систем Бернулли заинтересовался еще в петербургский период, а точнее после ознакомления в 1727 году с работой английского ученого Б. Тейлора о колебаниях натянутой струны, закрепленной на концах. В течение жизни Даниил Бернулли рассмотрел ряд конкретных задач по линейным колебаниям механических систем и ввел принципиально важные новые представления: представление о простых колебаниях, представление о возможности получить общее колебание системы сложением простых колебаний (принцип суперпозиции). Бернулли представил решение уравнения колебания струны (волновое уравнение) в виде тригонометрического ряда и отстаивал универсальность своего метода. Универсальность и математическое обоснование метода стали очевидны после работы Ж. Фурье «Аналитическая теория тепла» (1822 год).

В 1733 году Бернулли в сопровождении своего младшего брата Иоганна покидает Петербург. Связь с Петербургской академией наук он сохранял до конца жизни: большая часть всех работ Даниила Бернулли была напечатана в Петербурге. В 1733 году Бернулли получил кафедру анатомии и ботаники в университете Базеля. В 1750 году освободилась «более близкая его сердцу» кафедра физики, и в виде исключения без конкурса Бернулли становится профессором физики.

В последние годы жизни он тяжело болел: мучили приступы удушья. 17 марта 1782 года ночью он скончался.

Даниил Бернулли был почетным членом Болонской академии наук (1724 г.), Петербургской академии наук (1730 г.), Берлинской академии наук (1747 г.), Лондонского Королевского общества (1750 г.).

Труды Д. Бернулли в фондах БЕН РАН:

1) Бернулли Даниил. Гидродинамика или записки о силах и движениях жидкостей. – Л., Изд-во Акад. наук СССР, 1959. – 551 с., 1 л. портр.: ил.

Литературные источники:

2) Бернулли Данiилъ, академикъ сначала по кафедре физиологии, а потомъ высшей математики // Пекарский Петр. История императорской Академiи наукъ въ Петербурге. – Т. 1. – СПб., 1870. - С. 98-124.

3) Д. Бернулли, 1700-1782 // Голин Г.М., Филонович С.Р. Классики физической науки. – М., Высшая школа, 1989. – С. 170-179.

4) Д. Бернулли // Интернет. Биография РУ.

5) Григорьян, Ашот Тигранович, Ковалев, Борис Демьянович. Даниил Бернулли, 1700-1782. – М., Наука: 1981. – 318 с.: ил.

6) Никифоровский В.А. Великие математики Бернулли. – М.: Наука, 1984. – 176 с.: ил.

7) Смирнов В.И. Даниил Бернулли (1700-1782) // Данил Бернулли. Гидродинамика или записки о силах и движениях жидкости. – Л., Изд-во Акад. наук СССР, 1959. – С. 433-501.

Publications 34+