数学史 · 中文镜像

数学家传记

克洛德-路易·纳维Claude-Louis Navier

出生
1785年2月10日 法国第戎
逝世
1836年8月21日 法国巴黎

克洛德-路易·纳维是一位法国数学家,最著名的是描述了不可压缩流体行为的克洛德-路易·纳维-Stokes方程。

完整传记

克洛德-路易·纳维的父亲是一名律师,在法国大革命期间是巴黎国民议会的成员。然而,纳维的父亲于1793年去世,当时纳维只有八岁。此时全家住在巴黎,但在纳维的父亲去世后,他的母亲回到了她的家乡索恩河畔沙隆,将纳维留在巴黎,由她的叔叔埃米兰·戈泰照顾。

Emiland Gauthey 是一名土木工程师,在巴黎的桥梁与道路工程队工作。他被认为是法国顶尖的土木工程师,无疑使纳维对工程学产生了兴趣。尽管鼓励纳维进入巴黎综合理工学院,Gauthey 在教导纳维方面似乎并不那么成功,后者可能只是一个晚熟者,因为他在1802年才勉强考入巴黎综合理工学院。然而,从入学时几乎垫底的成绩开始,纳维在巴黎综合理工学院的第一年取得了如此大的进步,以至于在年末成为前十名学生之一,并在第二年被选中参加布洛涅的特别野外工作。

在巴黎综合理工学院的这第一年里,纳维由约瑟夫·傅里叶教授分析,后者对这位年轻人产生了显著的影响。约瑟夫·傅里叶成为纳维的终身朋友,同时也是他的老师,并且从那时起就对纳维的职业生涯产生了积极的兴趣。1804年,纳维进入桥梁公路学校,两年后作为该校最优秀的学生之一毕业。纳维毕业不久后,他的叔祖父Emiland Gauthey去世,而已经离开巴黎从事野外工作的纳维应桥梁公路工程团的要求返回巴黎,承担起编辑Gauthey著作的任务。奥斯卡·安德尔森在[3]中写道:-

在接下来的13年里,纳维被公认为工程科学学者。他编辑了他叔祖父的著作,这些著作代表了土木工程众多应用中的传统经验方法。在这一过程中,基于他自己在理论力学方面的研究,纳维为Gauthey的著作增添了一些分析的色彩。这一点,结合纳维为执业工程师编写的教科书,将工程科学的基本原理引入了一个此前几乎完全依赖经验的领域。

纳维于1819年负责桥梁公路学校的应用力学课程,并于1830年被任命为该校教授。他不仅仅延续学校的传统教学,而是改变了教学大纲,更加注重物理学和数学分析。此外,他从1831年起接替奥古斯丁·路易·柯西担任巴黎综合理工学院的教授。然而,他的教学理念并非所有人都认同,在他被任命为巴黎综合理工学院教授后不久,纳维就因约瑟夫·傅里叶的热理论教学问题与西莫恩·德尼·泊松发生了争执。

作为道路与桥梁建筑专家,他第一个发展了悬索桥理论,在此之前悬索桥都是按经验原则建造的。然而,他在塞纳河上建造悬索桥的重大项目最终以失败告终。项目遇到困难的真正原因是市议会从未支持过它。尽管如此,工程还是继续进行,但当桥几乎完工时,一端的下水道破裂,导致桥的一个支座移动。桥梁与道路工程队认为这不是大问题,报告说修复很简单,但市议会正在寻找借口停止项目,于是他们将桥拆除了。

今天人们记住纳维,不是因为他当年作为著名桥梁建造者的名声,而是因为流体动力学中的纳维-乔治·加布里埃尔·斯托克斯方程。他研究工程、弹性和流体力学等应用数学课题,此外还对Fourier series及其在物理问题中的应用做出了贡献。他于1821年给出了著名的不可压缩流体的纳维-乔治·加布里埃尔·斯托克斯方程,1822年又给出了粘性流体的方程。

然而,我们应该注意到,尽管纳维并未完全理解他所建模情况的物理学,他还是推导出了纳维-乔治·加布里埃尔·斯托克斯方程。他不理解流体中的剪应力,而是基于修改莱昂哈德·欧拉的方程以考虑流体中分子之间的力来开展他的工作。尽管他的推理在今天看来是不可接受的,正如安德尔森在[3]中写道:-

具有讽刺意味的是,尽管纳维对剪应力没有概念,也没有打算获得描述涉及摩擦的运动的方程,但他还是得出了这类方程的正确形式。

纳维获得了许多荣誉,其中也许最重要的是1824年当选为巴黎的Académie des Sciences。他于1831年成为荣誉军团骑士。

最后,我们应该稍微谈谈纳维的政治立场。当然,他经历了一个整个欧洲,尤其是法国,政治运动风起云涌的时期。对纳维政治思想影响最大的两个人是Auguste Comte——被誉为社会学和实证主义创始人的法国哲学家,以及Henri de Saint-Simon——他发起了圣西门主义运动,提出了一种基于社会利用科学技术的社会主义意识形态。

Comte曾在巴黎综合理工学院接受教育,1814年入学,在那里学习数学。纳维任命他为巴黎综合理工学院的助手之一,这一联系使纳维成为Comte和Saint-Simon思想的热情支持者。纳维相信一个工业化的世界,在那里科学和技术将解决大部分问题。他还反对战争,反对法国大革命的流血和拿破仑的军事侵略。

从1830年起,纳维受雇于政府担任顾问,就如何利用科学技术改善国家提供建议。他就道路运输政策、公路和铁路的建设提出建议。他的许多报告既显示了他作为工程师的卓越才能,也显示了他对建设一个惠及所有人的工业化社会的强烈政治观点。

参考文献

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延伸资源

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