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数学家传记

皮埃尔·杜埃姆Pierre Duhem

出生
1861年6月10日 法国巴黎
逝世
1916年9月14日 法国卡布雷皮讷

皮埃尔·杜埃姆是一位法国物理学家、数学家、科学史家和科学哲学家,研究流体动力学和弹性。

完整传记

皮埃尔·杜埃姆的父亲是Pierre-Joseph Duhem,一位商业旅行者,他的母亲是Alexandrine Fabre。这是一个佛兰芒家庭。杜埃姆是他父母四个孩子中的长子,在父母搬到巴黎后出生在巴黎的Rue des Jeûneurs。他十一岁时进入斯坦尼斯拉斯学院,在那里他证明是一个才华横溢的学生。

离开斯坦尼斯拉斯学院时,他在拉丁语、希腊语、科学、数学和其他科目上取得了杰出成就,他不得不在巴黎综合理工学院(原则上培养工程师)和巴黎高等师范学院(两者中更学术的)之间选择。杜埃姆的父亲希望他在巴黎综合理工学院学习科学,因为他希望儿子从事技术职业。另一方面,杜埃姆的母亲希望他在巴黎高等师范学院学习拉丁语和希腊语,主要是因为她担心学习科学会让他背离她灌输给孩子们的罗马天主教信仰。杜埃姆在两所机构的入学考试中均排名第一,但他选择在巴黎高等师范学院学习纯科学,以不取悦父母任何一方。他于1882年8月2日开始学习。

雅克·阿达马来到高等师范学校时,杜埃姆正在那里读第三年。然而两人很快成了挚友。雅克·阿达马17中写道:-

在这些漫长而珍贵的交谈中,从我进入高等师范学校那一刻起,我们的友谊便日渐深厚,我如何感受到他被夏尔·埃尔米特的天才所激动,或是被儒勒·昂利·庞加莱的天才所激动,后者他比我们大多数人(我指的是数学上最专门化的人)都更了解其著作!但总的来说,所有伟大的数学思想,所有真正富有成果的思想,他都熟悉。从那时起,我得益于他给我的启示、洞见(多么宽广,多么不屑于细节,而着眼于真正本质的东西!),这些对我来说,毫不费力地、仿佛不知不觉地,取代了数月的学习。

1884年,还在高等师范学校时,杜埃姆发表了他的第一篇论文,是关于电化学电池的。甚至在获得数学学位之前,杜埃姆就于1884年提交了他的博士论文。突然,他辉煌的职业生涯戛然而止。这篇论文是关于物理和化学中的热力学势,在其中他以自由能定义了化学反应的判据。在此他取代了马塞兰·贝特洛二十年前提出的错误判据。杜埃姆非常正确地批评了贝特洛的理论,提出了正确的替代方案。遗憾的是,正确并不总是足够,像贝特洛这样有影响力的科学家能够设法让杜埃姆的论文被拒绝。

杜埃姆知道自己是对的,并于1886年大胆地发表了被拒绝的论文。可以想象,这当然无助于他与Berthelot的关系,而对杜埃姆来说坏消息是Berthelot于1886年成为法国教育部长。与此同时,杜埃姆在撰写第二篇论文,这次明智地选择了一个数学主题,不太可能受到他第一篇论文命运的影响。他关于磁性的数学工作于1888年被接受,但他一生都因Berthelot而受苦。

在第二篇论文提交之前,杜埃姆已经在里尔教书。他从1887年10月13日接受任命起在那里工作,直到1893年。在里尔,他讲授流体动力学、弹性和声学,并于1891年出版了这些讲义。在里尔期间,他于1890年10月与Adèle Chayet结婚。她两年后在他们第二个女儿出生时去世,女儿也夭折了。这一个人悲剧可能使他更难与里尔的上司相处,尽管他有许多良好的个人友谊,但他总是觉得这很难。

正是在与院长德马特尔先生发生争执之后,杜埃姆请求从里尔调离,并于1893年10月被任命为雷恩的讲师。到达雷恩后,他发现那里对他的工作条件不佳,便立即请求另一个职位。他于1894年10月13日成为波尔多大学的理论物理学教授,但调往巴黎——一位像他这样杰出能力的科学家自然会期望的——却被阻挠了。亚基在4中写道:-

尽管贝特洛已经意识到杜埃姆在科学上胜过自己,他却无法承认到让他获得巴黎讲席的程度。利害攸关的是贝特洛对其庞大而极有价值的实验研究所作的理论解释的声誉。贝特洛保护那种解释免受杜埃姆毁灭性批评,这实在太人之常情了,而那种批评如果从巴黎的讲席上发出,就会迫使贝特洛公开表态。这就是杜埃姆三十年来——从他第一篇博士论文直到他去世,也就是他的整个学术生涯——所遭受轻视的线索。不仔细审视这一点,对杜埃姆生平的呈现就不会显出它实际上那样的凄美戏剧。

杜埃姆接任波尔多的讲席时,雅克·阿达马已在波尔多待了一年。他在17中写道:-

就我而言,我们在波尔多理学院的重逢,使我有幸通过宝贵而持续的观点交流来补充我的阅读。我后来的大部分著作都归功于这种阅读和这些观点交流,这些著作几乎全都涉及变分法、杜埃姆理论、双曲型偏微分方程、克里斯蒂安·惠更斯原理。杜埃姆本人在其浩大工作的后续部分中几乎重新讨论了所有这些问题,而他曾如此成功、如此清晰地阐述的大多数理论,有时使他提出一些细节上的观察,有时则促使他作出一些具有根本重要性的补充。

还必须补充的是,杜埃姆的学位论文并不是他未能在巴黎获得任命的唯一原因。除了科学上的争论之外,杜埃姆在宗教问题上也与Berthelot不和。此外,正如Miller在[1]中所写,他:-

……性情好斗而尖刻,具有在科学事务上树敌的才能。

在1900年7月30日成为Académie des Sciences通讯院士之后,次年他再次请求从波尔多调离,但再次遭到拒绝。

很少有科学家像杜埃姆那样,在科学哲学、科学史学和科学本身方面做出了具有头等重要意义的贡献。然而,必须看到他的许多著作深受其极端天主教观点的影响,这使他无法以开放的心态接近这些主题。他的母亲曾不希望他学习科学,唯恐科学会削弱他的宗教信仰。也许实际情况恰恰相反,他的宗教信仰在形成他的科学信念方面起了过大的作用。然而,这些评论不应被视为以任何方式贬低杜埃姆在其所有三个兴趣领域所提出的观点的重要性。

他对科学本身的兴趣主要在数学物理领域,尤其是热力学、流体动力学、弹性、数学化学和力学。他把力学视为更一般的空间理论的一个特例,并认为广义的热力学将提供一种解释全部物理学和化学的理论。论文[27]考察了杜埃姆的:-

……理论物理学的统一:热力学势、拉格朗日分析形式体系以及杜埃姆关于理论物理学的哲学构想。这种统一的数学方面以及杜埃姆在热力学公理化中的优先权得到了强调。

在许多方面,杜埃姆的研究方法可以被视为非常现代。他会首先建立他所研究的物理系统所满足的公理。然后,他深入研究初始公理的推论,仅从公理发展出的数学定理中推导出物理系统的性质。然而,他反对研究并非源自物理情境的数学问题。

他对热力学的贡献具有重大重要性,他还在约西亚·威拉德·吉布斯赫尔曼·冯·亥姆霍兹的工作之后研究了磁性。他在这些主题上的一些最重要的论文是Étude sur les travaux thermodynamiques de J Willard Gibbs (爱德华·斯图迪论J Willard 约西亚·威拉德·吉布斯的热力学功)(1887)和Commentaire aux principes de la theormodynamique (热力学原理评注)(1892)。三部主要论著是Thermodynamique et chimie (热力学与化学)(1902)、两卷本著作Recherches sur l'hydrodynamique (流体动力学研究)(1903-4)和Recherches sur l'élasticité (弹性研究)(1906)。

除了对科学的主要贡献外,他还撰写了关于科学哲学的重要文章。他的方法与他进行科学研究的方式非常一致,正如我们上面所概述的。他写道:-

一个物理理论……是一个数学命题系统,从少量原理中推导出来,其目标是以尽可能简单、完整和精确的方式表示一组实验定律。

可以想象,杜埃姆在科学哲学的许多方面与儒勒·昂利·庞加莱意见不合,两人进行了激烈的辩论。他在科学哲学方面最重要的著作之一是La Théorie physique, son objet et sa structure (物理理论、目的和结构)(1906年)。

如果说科学工作本身将杜埃姆引向了科学哲学,那么科学哲学又将他引向了科学史。他1902年的论文L'évolution de la mécanique (力学的演进)实际上是一篇关于科学哲学的文章,但它大量基于历史事例的使用。较早的科学史重要著作是1895年出版的Les théories de la chaleur (热理论)。然而,他在科学史方面最重要的著作是表明从1200年起并非一个科学被忽视的时期的研究。当然,他非常热衷于证明这一点,因为天主教会曾被许多人指责在这一时期阻碍了科学工作。

1903年深秋,杜埃姆在研究Les origines de la statique (静力学的起源)时,遇到了在列奥纳多·达·芬奇之前工作的科学家Jordanus Nemorarius。在此之前,杜埃姆接受了中世纪没有科学工作的普遍观点。正是这一意外发现促使杜埃姆去寻找其他在文艺复兴力学发展之前工作的科学家。他在这一领域最著名的著作包括Études sur Léonard de Vinci (列奥纳多·达·芬奇研究)(1906-13)。1913年,他开始出版Le Système du monde, Histoire des doctrines cosmologiques, de Platon à Copernic (世界体系:从柏拉图到尼古拉·哥白尼的宇宙学学说史)(1913-17),但在他去世前只完成了计划10卷中的5卷。

杜埃姆认为不同的民族特征导致不同的科学方法。他不喜欢英国科学,特别是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦的工作,他将其描述为广博而浅薄,而他说法国科学是狭窄而深刻的。他声称德国科学高度几何化,这对杜埃姆来说是一种批评,因为他认为使用分析风格的数学方法远优于几何方法。雅克·阿达马写道(例如见[7]):-

在第一次世界大战开始时,我们最伟大的科学家和科学史家之一,物理学家杜埃姆,被[民族主义激情]所误导。……在一篇相当详细的文章中,他将德国科学家,特别是数学家,描绘为缺乏直觉,甚至故意将其搁置……

在职业生涯后期,杜埃姆被提供了一份巴黎的教授职位,是作为科学史家而非数学物理学家。杜埃姆拒绝了去巴黎工作的机会,尽管他一直渴望去那里,他说自己是数学物理学家,不想通过后门去巴黎。

他在卡布雷皮讷徒步度假时去世。有些报道说是心脏病发作,另一些说是胸部感染。

参考文献

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