数学史 · 中文镜像

数学家传记

约斯特·伯基Jost Bürgi

出生
1552年2月28日 瑞士圣加仑州利希滕施泰格
逝世
1632年1月31日 黑森-卡塞尔卡塞尔(今属德国)

约斯特·伯基是一位瑞士数学家,独立于苏格兰数学家约翰·纳皮尔发现了对数。

完整传记

约斯特·伯基的名字有时写作伯基、Jobst或Justus,而他的第二个名字有时以拉丁形式Byrgius书写。他出生在利希滕施泰格,当时是一个约有400名居民的小村庄。他的祖父Lienhard 伯基是一名锁匠,也是这个因新教改革而分裂的村庄的主要官员。伯基家族在一个新教徒和罗马天主教徒平分秋色的村庄里是新教徒。

据推测,伯基决定离开利希滕施泰格,部分原因是宗教分歧,部分原因是这个小镇缺乏教育机会。在离开之前,他在小学获得了阅读和算术知识,但没有机会超越这一基础阶段。从他在随后几年获得的技能可以清楚地看出,伯基一定当过铁匠、仪器制造者和钟表匠的学徒,但关于他在哪些城镇当学徒没有任何资料。当时钟表制造技能的主要城市是纽伦堡、奥格斯堡和克雷莫纳,因此,鉴于他高超的工艺水平,可以猜测他一定在这些城镇中的一个或多个工作过。我们能够更确定地说,他在1570-74年期间曾在斯特拉斯堡待过一段时间,当时Josia和Isaac Habrecht正在为斯特拉斯堡大教堂建造一座天文钟。瑞士数学家Konrad Dasypodius是斯特拉斯堡大学的数学教授,设计了这座天文钟,伯基很可能从Dasypodius或其学生那里获得了数学专业知识。尽管伯基从未学过拉丁语(当时科学语言),但他在数学和天文学方面知识渊博,其技能与曾融入斯特拉斯堡科学界相符,但肯定不是作为大学课程的一部分。

此时奥托·黑塞-卡塞尔的伯爵是威廉四世,他是一位杰出的数学家和天文学家,曾与斯特拉斯堡保持联系,并在那里接受了科学训练。威廉当然知道伯基是他那个时代最技艺精湛的仪器制造者,因为他从1579年起就雇用了他。1579年7月25日,黑塞-卡塞尔的伯爵威廉四世要求伯基成为卡塞尔宫廷的钟表匠,以研制科学仪器,并协助观测恒星,以证实尼古拉·哥白尼所描述的日心模型。正如我们提到的,这位伯爵受过天文学训练,人们往往没有意识到他是一位非凡的天文学家,其观测,尤其是对恒星的观测,总体上至少与第谷·布拉赫的观测一样精确。在卡塞尔,伯爵建造了一座天文台,这是最早专门为天文观测而建造的建筑之一。作为其职责的一部分,伯基制作了六分仪、天球仪和高度精确的时钟,供这座天文台使用。伯爵还于1584年任命数学家Christoph Rothmann到天文台工作;他在那里工作了六年。伯爵于1586年4月14日写信给第谷·布拉赫,告诉他伯基制造了一台高度精确的时钟,这台时钟首次带有分针、能记录秒,并且在24小时内的误差不到一分钟。Christoph Rothman写到了这台非凡的新时钟[14]:-

一秒的持续时间并不很短,而是类似于一首中等缓慢歌曲中最短音符的长度。摆轮不像当前的模型,而是以这样一种方式发明的:它的每一次摆动代表一秒。

钟及其表盘的图片在THIS LINK

伯基的一个天球仪的图片见THIS LINK

伯基的钟有一个创新的交叉擒纵机构,在传统的轮系上增加了一个独立系统,使擒纵机构受到的压力更加恒定,从而提高了精度。这是第一次有钟表足够精确,可用于天文学,通过计时恒星穿过望远镜瞄准器来计算恒星的相对位置。Landgraf对伯基的能力感到高兴,并在给第谷·布拉赫的信中描述他道:-

……具有第二个阿基米德的创新才能。

1590年Rothmann离开卡塞尔天文台后,伯基成为宫廷的官方数学家和天文学家。后来威理博·斯涅尔在[14]中描述伯基道:-

……一个非凡的人物,同时是一位杰出的钟表匠、称职的天文学家和优秀的数学家——这是钟表制造史上独一无二的组合。

1591 年,伯基 在卡塞尔市入籍。他娶了 弗洛伦斯·南丁格尔·大卫 Bramer 的女儿,Bramer 是卡塞尔附近 Felsberg 的牧师,但这段婚姻没有子女。1591 年,大卫 Bramer 去世,伯基 收养了他妻子的弟弟,即 大卫 Bramer 三岁的儿子 Benjamin Bramer。伯基 后来教这个男孩数学和天文学,水平之高使他成为当时最杰出的科学家之一。1591 年对 伯基 来说还有另一层重要意义,因为就在那一年,他完成了基于 尼古拉·哥白尼 日心体系的天文钟;在教会正打压任何持日心说观点之人的时代,这是相当大胆的举动。人们有理由问,不懂拉丁语的 伯基 怎么可能知道哥白尼体系的细节;这里我们可以给出明确答案,因为 Nicolaus Reimers 于 1586—1587 年在卡塞尔天文台工作,并把 尼古拉·哥白尼De revolutionibus orbium coelestium 从拉丁文翻译成德文,供 伯基 研究。这份译本的一个副本,称为“Grazer Handschrift”,一直保存至今。到 伯基 制作他的天文钟时,他已经在使用自己版本的对数,那是他为便于天文计算而自创的。目前尚不清楚他究竟何时开始使用对数,但大多数历史学家认为他大约在 1588 年发明了它们。更早的时候,伯基 就在使用三角公式

sinasinb=12[cos(ab)cos(a+b)]\sin a \sin b = \large\frac{1}{2}\normalsize [\cos(a - b) - \cos(a + b)]

cosacosb=12[cos(ab)+cos(a+b)]\cos a \cos b = \large\frac{1}{2}\normalsize [\cos(a - b) + \cos(a + b)]

为了帮助进行数的乘法运算。为了使用这些公式,伯基计算了称为Canon Sinuum的正弦表,这些表从未出版,如今遗憾的是似乎已经失传。

1592年2月,神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世要求伯基亲自交付一个机械天文地球仪。7月4日,伯基在布拉格觐见了鲁道夫,交付了地球仪。他返回卡塞尔后不久,黑塞-卡塞尔的领主威廉四世于1592年8月去世,由其子莫里茨继位。这对伯基影响不大,因为他从莫里茨那里获得的雇佣条件与其父相似。同样在1592年,伯基为其基于三角测量法的测量仪器获得了专利。1596年以及1604年,伯基再次前往布拉格。第谷·布拉赫已于1599年在布拉格被任命为神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世的皇家数学家,约翰内斯·开普勒为其助手。第谷·布拉赫于1601年去世,约翰内斯·开普勒成为布拉格的皇家数学家。经莫里茨同意,伯基于1604年12月被神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世任命,并迁往布拉格。他在布拉格城堡的赫拉德恰尼获得了一个工作坊,配有两名助手,还与约翰内斯·开普勒合作,后者因伯基引介代数而受其恩惠。有强有力的证据表明,约翰内斯·开普勒关于行星运动第三定律的想法源于对对数的思考,而对数之所以成为赫拉德恰尼的常见话题,必定是通过与伯基的讨论。神圣罗马帝国皇帝鲁道夫二世于1612年去世,伯基继续在布拉格为其继任者马蒂亚斯工作。约翰内斯·开普勒说服伯基写下他关于对数的原创而有趣的工作(手稿大部分是约翰内斯·开普勒的笔迹),并于1620年印刷出版。伯基的方法与约翰·纳皮尔的不同,显然是独立发明的。约翰内斯·开普勒在其Rudolphine Tables (1627年)的引言中写到了伯基的对数:-

……作为计算的辅助手段,尤斯图斯·比尔吉在约翰·纳皮尔的体系出现许多年前就被引向了这些对数;但由于他生性懒散,又很不善交流,他没有为自己的孩子谋取公众利益,而是在其出生时就将其遗弃了。

伯基的第一任妻子去世,他于1611年与卡塔琳娜·布劳恩结婚;他们没有孩子。在伯基于布拉格工作的那些年里,他曾多次回访卡塞尔。1631年他回到卡塞尔,并于次年1月在那里去世。他的坟墓已不复存在,但墓地里立了一块牌匾,以纪念他葬于此地。你可以在THIS LINK看到它。
上面写着:

在这片墓地中安葬着
黑塞的领主和
皇帝的钟表匠与数学家
伯基
1552年2月28日生于瑞士利希滕施泰格
1632年1月31日卒于卡塞尔
测量仪器和天文地球仪的天才设计者,16世纪最精密时钟的制造者,
对数的发明者。

参考文献

正文里的方括号编号指向这里,悬停即可直接看到条目。书目保留原文——译了书名反而查不到文献。

延伸资源

原站列出的延伸阅读与外部数据库,照原样保留,目标多为英文页面。

相关专题

原站的交叉引用。指向本站已镜像专题的留在站内,其余仍指回原站。