数学史 · 中文镜像

数学家传记

威廉·约翰·麦夸恩·兰金William John Macquorn Rankine

出生
1820年7月5日 苏格兰爱丁堡
逝世
1872年12月24日 苏格兰格拉斯哥

威廉·约翰·麦夸恩·兰金研究应用数学的几个领域,包括力学、热力学和波。

完整传记

威廉·约翰·麦夸恩·兰金的母亲是芭芭拉·格雷厄姆,一位格拉斯哥银行家的女儿,他的父亲是David Rankine,一位土木工程师,也是步枪旅的中尉。尽管他是父母孩子中的第二个,但他的哥哥弗洛伦斯·南丁格尔·大卫年幼时便去世了,所以兰金是作为独生子被抚养长大的。那是一种严格的宗教教育,他的父亲不仅教他算术技能,还教他力学。兰金小时候身体不好,只能短期上学。他的大部分教育是在家里由私人教师完成的,但他确实在1828-29年间在艾尔学院上过大约一年学,1830年还在格拉斯哥高中短暂就读过。

兰金的兴趣在音乐和数学之间。起初他强烈地被数论吸引,但当他14岁时,他的一个叔叔给了他一本艾萨克·牛顿Principia的拉丁文版本,他急切地阅读了它。从1836年到1838年的两年间,兰金在爱丁堡大学学习,参加了广泛的科学科目讲座,但选择不参加数学课。他在1836年因一篇关于The wave theory of light的论文获得了一枚金牌,两年后又因一篇关于Methods in physical investigation的论文获得了另一枚金牌。他没有取得学位,而是选择在1838年离开大学,成为工程师弗瑞兹·约翰本杰明·麦克尼尔的学徒。这不是兰金第一次接触工程,因为他在爱丁堡大学学习期间,曾参与他父亲监督的爱丁堡和达尔基斯铁路的工作。

从1839年到1841年,兰金参与了约翰本杰明·麦克尼尔涉及的众多项目,包括河流改善、供水工程、铁路和两个港口。一些工作将兰金带到了爱尔兰。回到爱丁堡后,他与父亲一起进行了一些调查工作,他们发表了An experimental inquiry into the advantages attending the use of cylindrical wheels on railways(1842年)。提交给土木工程师学会的更多论文受到了高度评价,其中几篇为兰金赢得了奖项。

兰金于1855年被任命为格拉斯哥大学土木工程与力学钦定讲席教授。他的[2]:-

……就职演说主张力学中理论与实践的统一,并概述了一种三分知识理论——理论、实践以及理论在实践中的应用——这为新一类工程科学家跨越理论与实践的领域留下了空间。

他决定创立一个苏格兰版本的土木工程师学会,因此于1857年辞去了总部位于伦敦的学会职务,并成为新成立的苏格兰工程师学会的首任会长。除了在1857-59年担任会长外,他还在1869-70年被选为第二任期。

兰金对数学应用的研究在他作为工程师的职业生涯早期就开始了。在当学徒工程师期间,他对地球冷却进行了数学分析(1840年)。他研究热学,阅读埃米尔·克拉佩龙的著作,并试图从他自己的假设推导出萨迪·卡诺定律。R H Atkin在评论[14]时,描述了兰金关于热力学的思想,并特别将其方法与鲁道夫·克劳修斯的方法进行了比较:-

兰金显然像我们今天一样,将能量分为两种,即动能和势能,他的热力学理论是通过考虑一种能量向另一种能量的转化而发展起来的。他从物质由分子涡旋构成的假设出发(未考虑循环过程),并由此考虑得出了“压力”、“比热”等量。他对能量的分类与鲁道夫·克劳修斯的分类相似,但并不完全相同。兰金和鲁道夫·克劳修斯都从一种能量向另一种能量转化的角度探讨热力学第二定律。但是,鲁道夫·克劳修斯考虑的是循环过程中热与功之间的转换以及热从高温向低温的流动,而兰金则专注于动能(分子)向势能的转变,并通过使用他的“热势”函数将这种变化与热流联系起来。

Hutchison在[9]和[10]中考察了兰金所定义的熵函数及其对他所发展的热力学理论的影响。兰金的工作由詹姆斯·克拉克·麦克斯韦加以扩展。兰金还撰写了关于铁路车轴金属疲劳、土力学中的土压力以及墙体稳定性的著作。他还发展了求解框架结构中力分布的方法,并从事流体力学和船舶设计的研究。他于1849年当选为爱丁堡皇家学会会士,1853年当选为伦敦皇家学会会士。他还于1856年当选为美国艺术与科学院院士,1868年当选为瑞典皇家科学院院士。他于1857年获得都柏林三一学院的名誉学位。

他最重要的著作包括Manual of Applied Mechanics(1858年)、Manual of the Steam Engine and Other Prime Movers(1859年)、Civil Engineering(1862年)、Machinery and Millwork(1869年)、Useful Rules and Tables(1866年)、Mechanical Textbook(1873年)和On the Thermodynamic Theory of Waves of Finite Longitudinal Disturbance

至于他在专业研究之外的兴趣,他是[2]:-

他是一位热忱的大提琴手、钢琴家和声乐家,他唯一出版的作品是一首名为《铁马》的歌曲的钢琴伴奏;作为英国协会红狮,他在1871年被誉为狮王,写下了古怪而幽默的诗作,如《恋爱中的数学家》和《三英尺规则》(对公制体系的抗议)。这些《歌曲与寓言》(1874年)在他去世后出版,配有Jemima 休‧布来克本的插图,她是格拉斯哥学院数学教授的夫人。

兰金在生命的最后六个月里健康状况迅速恶化。最初的症状是他的视力受损,然后他的言语功能丧失,最后他变得部分瘫痪。

参考文献

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