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数学家传记

让·勒朗·达朗贝尔Jean Le Rond d'Alembert

出生
1717年11月17日 法国巴黎
逝世
1783年10月29日 法国巴黎

让·勒朗·达朗贝尔是一位法国数学家,是微分方程及其在物理学中应用研究的先驱。他研究了流体的平衡和运动。

完整传记

让·勒朗·达朗贝尔 的父亲是一名炮兵军官,路易-夏尔·艾蒂安·路易·加缪 德图什,他的母亲是德唐辛夫人。她曾是一名修女,但在1714年获得了教皇的豁免,允许她开始 [4]:-

……一段辉煌的社交生涯,其中政治阴谋和爱情纠葛争夺首位;及时参与著名的 弗瑞兹·约翰 法律计划使她能够在完全财务安全的情况下追求这些活动。

[约翰 法律是一位苏格兰货币改革家,他于1716年在巴黎创办了一家银行,有权发行纸币。起初非常成功,正是德唐辛夫人赚钱的时候,但在1720年崩溃了。]

德达朗贝尔是德唐辛夫人一段风流韵事所生的私生子。他的父亲路易-加缪·德图什在达朗贝尔出生时不在国内,他的母亲把刚出生的孩子放在圣达朗贝尔勒达朗贝尔教堂的台阶上。孩子很快被发现并送到无家可归儿童收容所。他受洗时取名达朗贝尔勒达朗贝尔,以发现他的台阶所在的那座教堂命名。

当他的父亲回到巴黎时,他与年幼的儿子取得了联系,并安排由玻璃匠的妻子Mme Rousseau照顾他。在他自己眼中,她永远是达朗贝尔的母亲,特别是因为他的亲生母亲从未承认他是她的儿子,他一直住在Mme Rousseau的房子里直到中年。

达朗贝尔上的第一所学校是一所私立学校,他的教育由他的父亲安排。他的父亲于1726年去世,当时达朗贝尔九岁,他给他留下了刚好足够给他安全感的钱。德图什家族继续照顾达朗贝尔的教育,他们安排他进入詹森派的四国学院。他以达朗贝尔-巴蒂斯特·达朗贝尔的名字注册,但很快改名为达朗贝尔。

Collège des Quatre Nations是达朗贝尔学习数学的绝佳场所,尽管课程是初级的。由Carron教授讲授的数学课程基于皮埃尔·伐里农的讲座,达朗贝尔能够利用学院优秀的数学图书馆。除了数学训练,他在学院还了解了勒内·笛卡儿的物理思想,但当他后来形成自己的思想时,他对勒内·笛卡儿的观点几乎没有尊重。

Jansenist Collège des Quatre Nations的主要目标是培养能够成为神学专家并论证Jansenist反对Jesuits的学者。然而,达朗贝尔在学院对神学研究失去了兴趣。1735年毕业后,他决定从事法律职业,但他真正的热情是数学,他继续在业余时间研究这个主题。1738年,达朗贝尔取得了律师资格,但他似乎已经决定这不是他的职业。第二年,达朗贝尔学习了医学,但这是他发现比神学更糟糕的科目。在他学习的所有科目中,他真正热衷的是数学,他在这方面的进步相当显著,特别是考虑到他几乎完全自学,而且在他本应为其他资格学习的时候。

1739年7月,达朗贝尔向巴黎科学院宣读了他的第一篇论文,内容是关于他在Reyneau的标准教材Analyse démontrée(《分析论证》)中发现的一些错误,这些错误并不十分重要,但标志着他数学生涯的开端。1740年,他提交了第二篇关于流体力学的工作,受到了亚历克西斯·克劳德·克莱罗的赞扬。1741年5月,凭借这些工作以及关于积分学的论文,达朗贝尔被接纳为巴黎科学院成员。他接连提交了三次申请均未成功,之后才获得任命,这需要他下相当大的决心。

在讨论达朗贝尔的贡献之前,先讨论一下他的个性是有益的,因为这对他的科学工作的发展方式产生了重大影响。从某种意义上说,达朗贝尔的一生平淡无奇。他很少旅行,一生都在巴黎科学院和法国科学院工作。从另一个层面看,他的一生充满戏剧性,因为他几乎与身边的每一个人都发生过争论。正如[5]中所说:——

达朗贝尔总是被争议所包围。……他是一根避雷针,从所有哲学家的敌人那里引来火花。……不幸的是,他把这种……好斗带入了他的科学研究中,一旦卷入争议,他便以活力和固执为自己的事业辩护。他对可能出错的可能性闭目塞听……

尽管有与周围所有人争吵的倾向,他的贡献确实非常杰出。德达朗贝尔通过在他1743年出版的Traité de dynamique(《动力学论》)中改进艾萨克·牛顿对力的定义,帮助解决了数学物理中关于动能守恒的争议。这部著作还包含了达朗贝尔的力学原理。这是一部重要著作,其序言包含了达朗贝尔对为力学奠定坚实基础的尝试的明确陈述。在[5]中,达朗贝尔在这篇序言中提出的思想被描述为:——

……达朗贝尔是一位数学家,不是物理学家,他认为力学和几何学或代数学一样,都是数学的一部分。理性力学是一门基于简单必然原理的科学,所有具体现象都可以通过严格的数学方法从中推导出来。……达朗贝尔认为力学应该成为一个完全理性主义的数学体系。

D'达朗贝尔在1742年末开始向科学院宣读他的Traité de dynamique的部分内容,但不久之后亚历克西斯·克劳德·克莱罗开始向科学院宣读他自己关于动力学的工作。显然,竞争很快出现,达朗贝尔停止向科学院宣读该工作,并匆忙将该论著付印。这两位数学家得出了相似的想法,事实上,这种竞争在接下来的几年里变得严重得多。

D'达朗贝尔明确表明了他的立场,即他认为力学基于形而上学原理,而非实验证据。他在阅读艾萨克·牛顿Principia时似乎没有意识到,艾萨克·牛顿的运动定律在多大程度上基于实验证据。对达朗贝尔来说,这些运动定律是逻辑必然。

1744年,达朗贝尔将其结果应用于流体的平衡和运动,并出版了Traité de l'équilibre et du mouvement des fluides(《流体平衡与运动论》)。这部著作给出了与丹尼尔·伯努利所出版的流体处理不同的另一种处理方式。D'达朗贝尔认为这是一种更好的方法,当然,正如人们可能预料的那样,丹尼尔·伯努利并不认同这一观点。

达朗贝尔在巴黎科学院变得不快乐,几乎可以肯定是因为他与亚历克西斯·克劳德·克莱罗的竞争以及与他人的分歧。1745年,当皮埃尔·莫佩尔蒂离开巴黎去担任柏林科学院负责人一职时,他的处境变得更加不快乐,当时莱昂哈德·欧拉正在那里工作。

大约在1746年,达朗贝尔的生活发生了相当突然的变化。这在[4]中描述如下:——

直到[1746年],他一直满足于在其养母家中过着隐居但思维活跃的生活。1746年,他被介绍给Geoffrin夫人,这位富有、专横、缺乏学识但慷慨的沙龙创始人,达朗贝尔突然被邀请参加她的沙龙。他很快进入了一种社交生活,令人惊讶的是,他在其中开始享有巨大的成功和声望。

大约在同一时期,达朗贝尔开始参与一个重大项目,即与Diderot一起编辑Encyclopédie。他签约担任编辑,负责数学和物理天文学,但他的工作涵盖了更广泛的领域。当第一卷于1751年出版时,其中包含一篇由达朗贝尔撰写的序言,该序言被广泛誉为天才之作。布丰说:——

这是人类知识的精华……

达朗贝尔为Encyclopédie工作了许多年。事实上,这部28卷著作中的大部分数学文章都是他写的。然而,他在为Encyclopédie工作的同时继续着自己的数学工作。他是偏微分方程研究的先驱,并开创了它们在物理学中的应用。他关于这一主题的工作最早出现在他为1747年柏林科学院Réflexions sur la cause générale des vents(《关于风的普遍原因的思考》)的征文而提交的一篇文章中,他确实赢得了该奖。然而,莱昂哈德·欧拉看到了达朗贝尔所引入的方法的力量,并很快将这些方法发展得远远超过了达朗贝尔。事实上,达朗贝尔关于风的这项工作存在一个缺陷,这一缺陷是他所有工作的典型特征,即它在数学上非常严谨,但所依据的物理证据却相当薄弱。例如,在这种情况下,达朗贝尔假设风是由潮汐对大气的作用产生的,而大气的加热只起了很小的作用。亚历克西斯·克劳德·克莱罗攻击了达朗贝尔的方法[5]:-

为了避免精细的实验或漫长乏味的计算,为了代之以麻烦较少的分析方法,他们常常提出自然界中并不存在的假设;他们追求与目标无关的理论,而只要在实施一种极其简单的方法时稍加坚持,就必定能达到目标。

达朗贝尔与亚历克西斯·克劳德·克莱罗之间的一场激烈争论,导致这两位优秀的数学家在当时的科学期刊上互相辱骂。

1747年对达朗贝尔来说是重要的一年,因为那一年他的第二部重要著作问世,即他关于振动弦的文章。这篇文章首次在印刷品中出现了波动方程,但同样存在缺陷,即他使用了某些boundary conditions在数学上令人愉悦的简化,导致结果与观察不符。

莱昂哈德·欧拉大约在1743年通过丹尼尔·伯努利的来信得知了达朗贝尔的工作。然而,丹尼尔·伯努利在阅读了他的Traité de l'équilibre et du mouvement des fluides (关于流体的平衡和运动的论文)后,由于我们上面提到的原因,对达朗贝尔变得非常挑剔。当达朗贝尔凭借他关于风的论文赢得柏林科学院的奖项时,他创作了一部莱昂哈德·欧拉认为优于丹尼尔·伯努利的作品。当然,此时莱昂哈德·欧拉和达朗贝尔与莱昂哈德·欧拉关系非常好,高度尊重达朗贝尔的工作,两人就许多共同感兴趣的话题通信。

然而,在涉及约翰·萨穆埃尔·柯尼希柏林科学院争论于1751年开始后,莱昂哈德·欧拉和达朗贝尔之间的关系很快恶化。1752年,当达朗贝尔被邀请成为柏林科学院的主席时,情况变得更加相关。达朗贝尔对莱昂哈德·欧拉感到愤怒的另一个原因是他觉得莱昂哈德·欧拉在窃取他的想法,没有给予他应有的荣誉。从某种意义上说,达朗贝尔是有道理的,但另一方面,他的工作通常如此混乱,以至于莱昂哈德·欧拉无法理解,只能从头开始来澄清正在解决的问题。

Paris Academy不是达朗贝尔在与那里同事闹翻后发表文章的地方,他在1750年代将他的数学论文寄给了柏林科学院。然而,莱昂哈德·欧拉不愿意发表这些作品,达朗贝尔停止发表他的数学文章,将它们收集起来并出版为Opuscules mathématiques (数学小册子),于1761年至1780年间出版了八卷。

普鲁士国王腓特烈二世再次试图说服达朗贝尔接受柏林科学院院长一职。莱昂哈德·欧拉对此强烈反对,并写信给约瑟夫·拉格朗日(见[5]):-

……达朗贝尔试图用各种吹毛求疵来贬低[我对振动弦问题的解答],而唯一的理由就是他自己没有得出这个解答。……他以为凭自己的雄辩就能欺骗半吊子学者。……他想在我们的期刊上发表的不是一个证明,而只是宣称我的解答有缺陷的赤裸裸的断言。……由此你可以判断,如果他成为我们的院长,他会掀起怎样的轩然大波。

然而莱昂哈德·欧拉不必担心,因为达朗贝尔于1764年拜访了腓特烈二世三个月,再次拒绝了院长一职的邀请,并试图说服腓特烈二世让莱昂哈德·欧拉担任院长。这并不是达朗贝尔拒绝的唯一邀请。他还拒绝了叶卡捷琳娜二世邀请他去俄国担任她儿子家庭教师的邀请。

D'达朗贝尔 对数学还做出了我们尚未提及的其他重要贡献。在1754年发表于Encyclopédie第4卷的一篇题为Différentiel的文章中,他提出应当把极限理论建立在牢固的基础之上。他是最早理解函数重要性的人之一,并在这篇文章中把函数的导数定义为增量之商的极限。他在极限方面的思想使他得出了收敛性判别法,即今天所称的达朗贝尔比值判别法,它出现在Opuscules mathématiques第5卷(数学小册子)中。

在他生命的后期,达朗贝尔更多地转向了文学和哲学。D'达朗贝尔的哲学著作主要出现在五卷本著作Mélanges de littérature et de philosophie (文学与哲学的混合物)中,该书于1753年至1767年间问世。在这部著作中,他阐述了对形而上学问题的怀疑论。他接受支持上帝存在的论证,其依据是认为智慧不可能仅仅是物质的产物。然而,尽管他在书中持这种公开观点,来自他朋友的证据表明,在1770年之前,他被狄德罗说服转向了唯物主义。

达朗贝尔于1754年11月28日当选为法兰西科学院院士。1772年,他当选为法兰西科学院终身秘书,并花费大量时间为该科学院撰写讣告[1]:-

他成为该科学院最有影响力的成员,但尽管他努力,该机构在他的主导时期未能产生任何值得注意的文学作品。

达朗贝尔从1765年起,在一次疾病发作后抱怨他的头脑不再能够专注于数学。1777年,在给约瑟夫·拉格朗日的一封信中,他表达了他对此的遗憾:-

最让我烦恼的是,几何学,这是唯一真正让我感兴趣的工作,却是我无法做的事情。我在文学方面所做的一切,尽管在法兰西科学院的公开会议上很受欢迎,但对我来说只是填补时间的方式,因为没有更好的事情可做。

他多年来健康状况不佳,他的死亡是膀胱疾病的结果。作为一个已知的不信者,达朗贝尔被埋葬在一个普通的无标记坟墓中。

参考文献

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