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数学家传记

菲利克斯·沙伐Félix Savart

出生
1791年6月30日 法国梅济耶尔
逝世
1841年3月16日 法国巴黎

菲利克斯·沙伐是一位法国数学家,研究电学并阐述了让-巴蒂斯特·毕奥-菲利克斯·沙伐定律。

完整传记

菲利克斯·沙伐的父亲是Gérard 沙伐,他是一名工程师。这个家族与Mézières有着长期的联系,Gérard的父亲(沙伐的祖父)也是该城本地人,曾参与1748年当地工程学校的创办。Gérard 沙伐搬到Metz,在那里负责工程学校的绘图员。沙伐和他的哥哥Nicolas(生于1790年)在Metz接受早期教育。由于家族有参与军事工程学校的浓厚传统,人们可能会以为沙伐也会走上这条路。事实上,他早期的训练确实把他引向那个方向,但在1808年,十七岁时,他决定接受医学职业的训练。

沙伐从1808年到1810年大约两年时间在Metz的一家医院学习。当然,他成长于法国在拿破仑统治下享受军事胜利的时期,拿破仑在1792年至1797年间率领法国军队战胜了奥地利、普鲁士、英国、西班牙和荷兰的军队。对为遏制法国势力而组建的另外三个联盟的胜利,使拿破仑在1810年达到权力巅峰。正是在这个时候,在Metz医院接受培训之后,沙伐成为拿破仑军队中的团级外科医生。他确实遵循了某些家族传统,在第一工兵营服役。然而,在他1810年至1814年服役的这些年里,拿破仑在西班牙和俄国战役中遭受失败。1814年,沙伐从军队退役,重新开始他的医学训练。

沙伐于1814年前往斯特拉斯堡,两年后,他从该大学获得医学学位。他的学位论文题目是静脉曲张。在医学学习期间,沙伐对Aulus Cornelius Celsus(公元一世纪)产生了兴趣,他是最伟大的罗马医学作家之一,著有De medicina (《论医学》)。完成学位后,沙伐留在斯特拉斯堡,在那里他既获得了进一步的医学经验,也从事Celsus的De medicina (《论医学》)的翻译工作。1817年回到Metz并开设诊所后,沙伐花在物理学研究上的时间比治疗病人的时间还多。他建立了一个出色的物理实验室来进行实验,并迷上了对声音的研究,特别是小提琴等乐器的声学。他开始制作小提琴,试图将乐器的形式建立在数学原理之上。

沙伐对他的医疗实践兴趣寥寥,患者也无意前来就诊,于是他决定在1819年前往巴黎,为他的塞尔苏斯De medicina(《论医学》)译本寻找出版商。他前往巴黎还有另一个原因,那就是去见让-巴蒂斯特·毕奥,以便与他讨论当时令沙伐着迷的乐器声学。碰巧的是,当沙伐抵达巴黎时,让-巴蒂斯特·毕奥正在理学院讲授声学。他发现沙伐关于弓弦乐器声学的工作非常有趣,于是将沙伐撰写的一篇论文Mémoire des instruments à chordes et à archet(《关于带弓弦乐器的论文》)提交给科学院;该论文于1819年发表。这篇论文包含一种梯形小提琴的设计,沙伐声称其声学性能优于传统小提琴。他使用了与克拉尼类似的技术所获得的实验结果。人们有理由问,他的梯形小提琴有多成功。多斯特罗夫斯基写道[1]:-

当这件乐器在一个包括让-巴蒂斯特·毕奥、作曲家凯鲁比尼以及科学院和美术学院的其它成员在内的委员会面前演奏时,其音色被评判为极其清晰均匀,但略显柔和。

沙伐抵达巴黎时,让-巴蒂斯特·毕奥除了讲授声学外,还在进行电学研究。两人开始了合作,当1820年初汉斯·克里斯蒂安·奥斯特报告说,放置在载流导线附近的罗盘指针指向与导线成直角时,他们开始更深入地研究导线产生的场。利用磁偶极子的振荡来确定载流导线附近的场强,他们发现了今天所谓的让-巴蒂斯特·毕奥-沙伐定律。电流产生的磁场可以用让-巴蒂斯特·毕奥-沙伐定律来计算,他们于1820年10月30日向科学院提交了该定律。他们把磁性视为基本属性,而不是采用安德烈-马里·安培的方法,后者将其视为源自电路。一篇让-巴蒂斯特·毕奥-沙伐的联合论文Note sur le magnétisme de la pile de Volta(《关于伏打电堆的磁性》)于1820年发表在Annales de chemie et de physique上。

让-巴蒂斯特·毕奥帮助沙伐在巴黎找到了一份教职,从1820年起他在那里的一所私立学校教授科学。1827年11月5日,沙伐当选为科学院物理学部成员,接替于当年7月去世的奥古斯丁·菲涅耳。他从1828年起在法兰西学院任教,接替安德烈-马里·安培成为那里的实验物理学教授。他一直担任此职直到1841年去世,距他五十岁生日仅差几个月。

除了上面提到的1819年论文外,沙伐还进行了关于声音的实验,这些实验对后来的声学研究者很重要。在他就这一主题发表的其他论文中,我们提到Mémoire sur la communication des mouvements vibratoires entre les corps solides(关于固体之间振动运动传递的回忆录)(1820年)、Recherches sur les vibrations de l'air(关于空气振动的研究)(1823年)和Mémoire sur les vibrations des corps solides, considérées en général(关于固体振动的一般考虑回忆录)(1824年)。他对音乐的贡献总结在Grove的Dictionary of Music and Musicians[2]中:-

总的来说,他阐明了作为声源的振动体与与其相连的其他物体之间复杂关系的本质,凭借这种关系,原始声音的强度被放大,音质被改变,这种安排的著名例子由小提琴族和钢琴的音板提供。

他还开发了沙伐圆盘,这是一种产生已知频率声波的装置,使用旋转的齿轮作为测量设备。McKusick和Wiskind写道[5]:-

大约1830年,沙伐发明了一种齿轮,用于确定给定音乐音调中的振动次数。他将硬纸板舌片附在轮的箍上,并安排这些在轮转动时撞击一个突出物体。或者,他让轮的齿轮撞击硬纸板舌片。据推测,他使用这种仪器来确定他从实验模型中引出的音调每秒的振动次数。他会加快轮的旋转,直到产生与实验音调匹配的音调。由于轮产生的音调频率可以很容易地确定,模型产生的未知音调的频率就被确定了。通过这种方法的扩展,沙伐复合了音乐音符。例如,他会结合使用齿数彼此有简单关系的轮。他使用这种方法来探索和谐和不和谐声音的物理基础。

还有其他主题让沙伐感兴趣,并进行了研究。例如,他研究了湍流,其研究的医学意义在[5]中详细研究。作者在总结中写道:-

在19世纪后半叶,关于心脏杂音起源的医学和生理学著作中,沙伐的“流体静脉”被反复提及。当人们意识到,在血液流动部分阻塞的情况下,杂音不是在阻塞部位或其近端产生,而是在其后的流体中产生时,人们推测涉及一种像沙伐所揭示的机制。

论文[4]讨论了当圆柱形射流以垂直于圆盘的速度冲击时水钟存在的详细实验研究,这最早由沙伐在1833年研究。

让我们以两个后记结束这本传记。首先让我们注意,尽管沙伐去巴黎的主要目标之一是出版他对Celsus的De medicina的翻译,但这部作品从未出现。看来沙伐转向了更有趣的方向。作为第二个后记,我们注意到关于沙伐的哥哥Nicolas Savart的一些事实。与沙伐不同,Nicolas在巴黎综合理工学院学习,然后遵循家族传统成为工程兵团的军官。在这个后记中提到他的原因是,Nicolas像他的兄弟一样,也发表了关于声学的论文。例如,他发表了Quelques faits résultant de la réflexion des ondes sonores(声波反射产生的一些事实)(1839年),以及在沙伐去世后至少三篇进一步的论文。

沙伐获得荣誉,在Mézières有一条以他命名的街道。

参考文献

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延伸资源

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