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数学家传记

克里斯蒂安·多普勒Christian Dopplerr

出生
1803年11月29日 奥地利萨尔茨堡
逝世
1853年3月17日 威尼斯(今意大利)

克里斯蒂安·多普勒是奥地利数学家,最著名的是波动理论中的克里斯蒂安·多普勒效应。

完整传记

克里斯蒂安·多普勒的家族是石匠,自1674年起在奥地利萨尔茨堡拥有一家成功的企业。繁荣的生意使他们在萨尔茨堡的Hannibal Platz[现名Makart Platz]靠近河边建造了一座精美的房子。多普勒出生在这座家族住宅中,当然,家族传统本会让他长大接管石匠生意。然而他的健康从来不是很好,而且相当虚弱,所以他无法遵循家族传统。

多普勒在萨尔茨堡上小学,然后在林茨上中学。他的父母不确定他的学术潜力,咨询了萨尔茨堡中学的数学教授,教授建议多普勒应该在维也纳理工学院学习数学。理工学院成立于1815年,所以当多普勒于1822年开始在那里学习时,它仍然是一个新成立的机构。他在数学和其他学科上表现出色,并于1825年毕业。此后,他回到萨尔茨堡,在萨尔茨堡中学听哲学讲座,然后前往维也纳大学学习高等数学、力学和天文学。

1829年在维也纳大学完成学业后,多普勒被任命为该校高等数学与力学教授A Burg的助手。在担任Burg助手的四年间,他发表了四篇数学论文,其中第一篇是A contribution to the theory of parallels。这个助手职位只是临时性的,而多普勒比大多数其他人年长,在30岁时开始寻求永久职位。在[12]中,Seidlerova解释了当时奥地利的申请流程:-

从1825年起,奥地利大学和理工学院的所有空缺教授职位均通过公开竞争填补。这实际上意味着入学考试,其中题目是确定的……君主国各地学校的申请人必须以书面形式作答,这可能长达十二小时。考试的一部分还包括在指定委员会面前就任意主题进行简短的试用讲座。密封的答卷连同讲座评估随后被送往宣布竞争的学校。

最终决定由维也纳的委员会做出,但申请人仅根据其教学能力被选拔,任何更高知识水平的迹象都会被视为对候选人不利。多普勒参加了多次这类竞争,既有学校职位也有大学职位。他申请了林茨、萨尔茨堡、戈里齐亚和卢布尔雅那的学校,以及维也纳理工学院的高等数学讲席,并于1833年3月23日申请布拉格技术中学的算术、代数、理论几何和会计学教授职位。

在此期间,多普勒不得不谋生,他在一家棉纺厂担任了18个月的簿记员。这对多普勒来说是一段悲伤和极度困难的时期,他决定放弃不平等的斗争并移民到美国并不奇怪。他开始出售自己的财产,并拜访了慕尼黑的美国领事以做出必要的安排。然而,当他接近做出最终决定时,他收到了布拉格技术中学的职位邀请。任命过程花了很长时间才得出结论,多普勒于1835年3月上任,几乎正好是在参加竞争两年后。

多普勒雄心勃勃,在技术学校教授初等数学并不太合他的心意。他尝试申请布拉格理工学院的高等数学教授职位,但没有成功。然而,在1836-38年间,他能够每周在理工学院教授四小时高等数学。这带来了额外的收入,他肯定需要这些收入,因为他于1836年结婚。

然而,多普勒确实又获得了一次在理工学院任职的机会,1837年底,实用几何和初等数学的教授职位空缺。多普勒承担了该职位的职责,但事情并不那么简单。尽管他正在履行这些职责,但该职位的竞争于1839年10月3日举行。多普勒不必参加竞争,但竞争竟然举行这一事实伤害了他。他于1841年3月正式被任命到该职位。

多普勒在理工学院的教学并不轻松。Seidlerova在12中写道:-

考试压力很大。口试和笔试的条件都必须提前向地方委员会报告,该委员会还提名考试专员。例如,1843年1月和2月,多普勒必须在17天内对256名学生进行算术和代数的笔试和口试。考试每天至少需要六小时。同年6月和7月,同样数量的学生参加了“理论几何”的考试,考试为期十二天。此外,在7月和8月,必须在八天内对145名学生进行大地测量学考试。……1847年7月,多普勒口试了526名学生的数学和289名学生的测量学。

到1844年,多普勒一直不佳的健康在压力下崩溃了。他不得不放弃教学并请求病假。他得到了伯纳德·波尔查诺的支持,后者写道[14]:-

很难相信奥地利在这个人身上拥有多么富有成果的天才。我已写信给……许多能够为科学拯救多普勒、不让他死在枷锁下的人。不幸的是,我担心最坏的情况。

多普勒的学生抱怨他考试过于严厉,使情况变得更糟。多普勒受到调查和训斥,而学生被允许重考。多普勒认为自己完全无辜,并要求撤销训斥。最终,训斥在1844年底被勉强撤销,但多普勒直到1846年才恢复到足以履行职责。

在布拉格度过如此艰难的时期后,多普勒想要离开就不足为奇了,他获得了班斯卡什佳夫尼察矿业与林业科学院的数学、物理学和力学讲席教授职位。Stoll写道[14]:-

当多普勒离开布拉格前往班斯卡什佳夫尼察时,他并未料到在这座城市的停留会如此短暂。动荡的1848年震动了君主国的各个部分,革命在布拉格、维也纳和布达佩斯爆发。由于政治动乱,班斯卡什佳夫尼察的局势变得复杂,多普勒再次寻求避难。

他现在已是一位有一定重要性的人物,因此搬迁变得不那么困难。他被任命到维也纳理工学院,随后于1850年1月17日被任命为维也纳大学新物理研究所的第一任所长。多普勒达到了他职业生涯的高峰。

是什么品质使多普勒从早年的挣扎经历中走到这一重要职位?看来并不是他卓越的数学才能,因为尽管他以数学家的身份为业,但在数学研究方面他始终未能达到最高水平。事实上,他对数学的掌握可能比这还要差,因为他写了一本初等教科书Arithmetic and algebra,于1843年在布拉格出版。Seidlerova在[12]中描述这部著作时写道:-

多普勒的阐述方式非常不幸,表明在数学的基本问题上,他比同时代的杰出人物摸索得更多。

然而,尽管如此,多普勒内心确实有天才。这是一种伯纳德·波尔查诺从一开始就看到的天才。伯纳德·波尔查诺审阅了多普勒于1837年提交给皇家波希米亚科学学会的第一篇论文。在推荐多普勒关于应用分析的论文发表后,伯纳德·波尔查诺对多普勒本人作了评论。这份报告日期为布拉格1839年9月25日,内容如下[14]:-

多普勒先生已经通过他在数学和物理学领域发表的众多著作,向科学界展示了他非常有前途的能力。迄今为止他发表的著作所引发的期望,在与他本人结识后会成倍增长。你不仅会惊讶于这样一位年轻的科学家能够在许多知识领域产生如此多极其有趣且富有成果的想法,而且你还会极其愉快地确信,这种非凡的精神力量与和蔼的性格、真诚而不做作的决心以及对科学和真理的纯粹热爱结合在一起……

因此,伯纳德·波尔查诺本人作为一位伟大的数学创新者,能够看到多普勒身上的天才。然而并非每个人都能看到这一点。Kulik在多普勒于布拉格理工学院工作期间担任布拉格查理大学的数学教授,[14]:-

……对多普勒的独创性或他直觉式的思维方式并不太理解。

伯纳德·波尔查诺于1842年搬到布拉格,成为皇家波希米亚科学学会数学分会的秘书。当时他与多普勒有更密切的接触,伯纳德·波尔查诺在1844年写道[14]:-

多普勒教授在数周内用他的想法激发了我,一个比一个更精彩。我必须日夜思考它们。

然而在伯纳德·波尔查诺写下这段话的两年前,多普勒已经向皇家波希米亚学会提交了他最著名的精彩想法。1842年5月25日,多普勒提交了论文On the coloured light of the double stars and certain other stars of the heavens。会议记录对多普勒的演讲作了如下报道[11]:-

多普勒先生谈到了双星及天空中其他一些恒星彩色光的一种奇妙现象。他通过构建一种新的普遍理论来寻求这一显著现象的解释,该理论本身将詹姆斯·布拉德利的理论作为一个组成部分包含在内。

该论文首次提出了多普勒原理,它将光源的频率与其相对于观察者的速度联系起来。多普勒用几行推导出了这一原理,分别将光和声视为以太和物质中的纵波。多普勒关于光是纵波的观点是错误的。事实上,奥古斯丁·菲涅耳已经发表了他的理论,即光是横波,但是,尽管多普勒读过奥古斯丁·菲涅耳的著作,他并不接受。然而,这个错误实际上并不影响多普勒原理的结果。多普勒在试图通过应用于双星颜色来说明他的理论时也错了。尽管多普勒说他的原理会改变双星的颜色,取决于哪颗星正在接近或远离地球,这是正确的,但效应太小,不足以显著。

然而,多普勒在他的论文中做出了一个非凡的预测:-

几乎可以肯定的是,在不久的将来,这将为天文学家提供一种受欢迎的手段,以确定这类恒星的运动和距离,由于它们离我们不可测量的距离以及由此产生的视差角很小,直到此刻几乎没有人希望进行这样的测量和确定。

尽管用当时的仪器无法观察到颜色的变化,但声音的情况则相当不同。早在1845年,就进行了实验,让火车上的音乐家演奏乐器,其他受过训练的音乐家记录下火车接近和远离他们时的表观音符。1846年,多普勒发表了他的原理的一个更好的版本,其中他同时考虑了光源的运动和观察者的运动。

当然,并非每个人都立即被多普勒的理论说服。他最激烈的反对者是约瑟夫·佩兹瓦尔,此时已是维也纳大学的数学教授。他们的争论基于一种误解,从某种意义上说,双方都是正确的,但他们看不到他们争论的是不同的事情。

多普勒的其他著作都无法与他在多普勒原理方面的出版物的重要性相提并论。他确实发表了关于电和磁、磁偏角随时间变化的文章,以及几篇关于光学和天文学主题的出版物。他的头脑不断涌现新想法,因此他发明了许多仪器,特别是光学仪器,并改进了现有的仪器。他的大多数想法都相当具有革命性,他无疑是一位非常有独创性的思想家,但不利的一面是,大多数想法在实践中根本行不通。然而,人们常常可以在那里看到未来某些重要发现的萌芽,尽管多普勒提出的想法基本上是不正确的。

尽管有伯纳德·波尔查诺的大力支持以及他与该学会的良好关系,多普勒在成为皇家波希米亚学会会员方面仍遇到了一些困难。1837年,当他审阅多普勒提交给学会的第一篇论文时,伯纳德·波尔查诺在其报告中请求选举多普勒为学会会员。此事未获处理,但在次年,多普勒再次被提名,但在投票中未当选。

1840年6月28日,多普勒在一次7票赞成、5票反对的接近投票后,被选为皇家波希米亚学会的准会员。看起来,在1842年的论文之后,他获得了更多的支持,因为他在1843年11月5日以9票赞成、仅1票反对被选为该学会的正式会员。1847年,他被选为该学会的副书记,并成为该学会的领导人之一,根据伯纳德·波尔查诺的话[11]:-

……对科学与真理的纯粹热爱,它高高超越于狭隘的党派精神以及自负的顽固不化。

1848年多普勒获得的其它荣誉包括当选为维也纳帝国科学院的正式成员,以及布拉格大学授予的名誉博士学位。

多普勒作为维也纳大学物理研究所第一任所长的时期很短暂。他于1850年1月17日由帝国法令任命。他的健康状况继续恶化,出现严重的胸部问题,1852年11月,他前往威尼斯,希望更温暖的气候能带来一些改善。然而,事与愿违,到1853年3月,显然他正在迅速衰弱。多普勒的妻子在整个婚姻期间给予他坚定的支持,她与他们的三个儿子和两个女儿留在维也纳等待他归来,但在意识到他的生命即将结束时,她前往威尼斯,在多普勒去世时陪伴在他身边。

参考文献

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