Daniel Bernoulli นิวตันแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 18

ทุกท่านสามารถเขียนเรื่องราวอะไรก็ได้เกี่ยวกับฟิสิกส์ หรือบทความที่แปลมาจากที่อื่น<br>
ท่านสามารถเขียนเทคนิคการเรียนฟิสิกส์ของท่านในห้องก็ได้

Moderator: koalar, Super_R, ศรีธนนชัย

Daniel Bernoulli นิวตันแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 18

โพสต์โดย ศรีธนนชัย » พุธ พ.ย. 20, 2013 9:29 am

From ASTV-manager

รูปภาพ
Daniel Bernoulli

การสืบค้นประวัติความเป็นมาของตระกูล Bernoulli แสดงให้เห็นว่า สมาชิกของตระกูลนี้ประมาณ 120 คนล้วนเป็นคนมีชื่อเสียง หลายคนประสบความสำเร็จจนยิ่งใหญ่ระดับโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสาขาคณิตศาสตร์ ทั้งๆ ที่เมื่อแรกเริ่มมิได้มีใครตั้งใจจะเป็นนักคณิตศาสตร์ แต่ในที่สุดโชคชะตาได้ผลักดันให้หันไปใช้ชีวิตเป็นนักคณิตศาสตร์ อาทิเช่น Daniel Bernoulli ซึ่งได้ตั้งปณิธานว่าจะต้องเป็น Newton แห่งคริสต์ศตวรรษที่ 18 ให้จงได้ (Newton มีชีวิตตั้งแต่ปี 1642 – 1727) โดยได้พบกฎทรงพลังงานในของเหลวและแก๊ส (ซึ่งเรียกรวมว่า ของไหล) ส่วน Jacob Bernoulli ผู้เป็นลุงของ Daniel นั้นก็คือบุคคลแรกที่นำแนวคิดเรื่องโอกาสความเป็นไปได้มาเขียนในตำรา Ars Conjectandi (Conjectural Arts) ในปี 1713 ผลงานนี้ทำให้ Jacob Bernoulli ได้รับการยกย่องว่าเป็นบิดาของวิทยาการการสุ่ม เพราะได้แสดงให้เห็นความแตกต่างระหว่างผลคำนวณทางทฤษฎีกับผลการทดลอง สำหรับ Johann Bernoulli ซึ่งเป็นบิดาของ Daniel เองก็มีชื่อเสียงโด่งดังไม่แพ้พี่ชาย (Jacob) แต่พี่น้องคู่นี้ไม่ถูกกัน เพราะต่างก็ชอบจับผิด และเหยียดหยามกันและกัน ไม่ว่าจะในที่สาธารณะหรือในจดหมายที่เขียนถึงกัน จนสถาบัน Paris Academy of Sciences ต้องเข้ามาตัดสินความและห้ามทะเลาะเบาะแว้งกันอีก โดยแจ้งว่าจะเลือกทั้งสองคนเป็นสมาชิกของสมาคม ถ้าเลิกวิวาทกัน

ย้อนอดีตไปถึงเมื่อเริ่มคริสต์ศตวรรษที่ 17 ทวดของ Daniel ที่ชื่อ Jacob the Elder เป็นคนที่นับถือคริสตศาสนานิกายโปรเตสแทนต์ ซึ่งศรัทธาในคำสอนของ John Calvin เมื่อได้พบว่าชีวิตของพวก Haguenot ในเบลเยี่ยมไม่ปลอดภัย เพราะถูกพวกนับถือคริสตศาสนานิกายแคทอลิกทำร้ายร่างกายเนืองๆ จนบางคนในบางครั้งถึงขั้นทุพพลภาพ หรือมิฉะนั้นก็ถูกฆ่า ด้วยเหตุนี้ชน Haguenot จึงพากันอพยพหลบหนีไปอาศัยอยู่ที่สวิสเซอร์แลนด์หรือในอเมริกา

Jacob the Elder จึงพาครอบครัวอพยพไปเมือง Basel ในสวิสเซอร์แลนด์ในปี 1622 เพื่อทำธุรกิจค้าเครื่องเทศและเภสัชภัณฑ์ จนมีฐานะร่ำรวย ครอบครัวของ Jacob the Elder มีทายาท 10 คน ซึ่ง 2 ใน 10 คนนั้นชื่อ Jacob กับ Johann โดยบิดาได้กำหนดให้ Jacob เรียนวิชาศาสนาเพื่อจะได้ประกอบอาชีพเป็นนักเทศน์ และได้กำหนดให้ Johann ทำธุรกิจร้านขายยาเหมือนตน แต่ลูกๆ ทั้งสองคนกลับสนใจจะเรียนคณิตศาสตร์กับวิทยาศาสตร์มากกว่า โดยเฉพาะ Jacob ได้แอบหนีเรียนและลอบเดินทางไปเรียนต่อที่ Geneva เพราะต้องการจะเป็นนักดาราศาสตร์ และเรียนจนจบจึงได้งานทำ ถึงปี 1683 Jacob ได้ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์คณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Basel ด้าน Johann ก็ไม่ชอบขายยา เพราะพบว่าตนไม่มีความสามารถด้านธุรกิจเลย จึงขออนุญาตบิดาเปลี่ยนไปเรียนแพทย์แทน เพื่อเอาใจบิดา เพราะแพทย์ก็สามารถขายยาได้ แต่ในขณะเดียวกัน Bernoulli ก็แอบเรียนคณิตศาสตร์ไปด้วย เพราะรู้สึกรักวิชานี้มากเป็นชีวิต ครั้นเมื่อบิดาของ Johann พบความชอบที่แท้จริงของลูก จึงก็ได้ตัดทุนการศึกษาทันที และบอกให้ไปทำงานหาเงินเอง Johann จึงเลิกเรียนแพทย์และทุ่มเทเรียนคณิตศาสตร์เต็มตัว จนประสบความสำเร็จเป็นศาสตราจารย์คณิตศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัย Groningen ในเนเธอร์แลนด์ เมื่อปี 1695 (ขณะนั้นลูกชายของ Johann ชื่อ Daniel มีอายุ 5 ขวบ)

Daniel Bernoulli เกิดเมื่อวันที่ 8 กุมภาพันธ์ ค.ศ.1700 (ตรงกับรัชสมัยพระเพทราชา) ที่เมือง Groningen ในเนเธอร์แลนด์ บิดาชื่อ Johann และมารดาชื่อ Dorothea แต่ Johann ผู้เป็นพ่อมิได้ทำตัวเป็นพ่อที่ดีของลูกเหมือนพ่อทั่วไป เพราะ Johann กลับอิจฉา และประสงค์ร้ายต่อลูก โดยการกล่าวหาและใส่ความลูกในไส้ตลอดเวลา ดังนั้นกว่า Daniel จะผ่านด่านบิดา Johann ออกมาได้ และประสบความสำเร็จในบั้นปลายชีวิต จึงเป็นเรื่องที่ไม่ธรรมดาเลย

Daniel Bernoulli เป็นบุตรคนที่สองของครอบครัว เมื่อลุง Jacob เสียชีวิต บิดา Johann รู้สึกดีใจมาก เพราะคนที่เป็นคู่แข่งซึ่งตนเกลียดที่สุดในโลกได้จากไปแล้ว ดังนั้นตำแหน่งศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัย Basel ก็จะว่างลงให้ตนเข้าครองแทน ครอบครัว Johann Bernoulli จึงอพยพไป Basel

Johann เองต้องการให้ Daniel มีอาชีพเป็นพ่อค้า เพราะจะได้มีฐานะดี แต่ Daniel ต้องการเรียนคณิตศาสตร์ และไม่ชอบทำธุรกิจ Johann จึงขอร้องให้ Daniel เรียนแพทย์ ซึ่ง Daniel ก็ยินยอมทำตามที่บิดาขอ แต่ก็ได้ขอให้บิดาช่วยสอนคณิตศาสตร์ให้ ในยามที่บิดาว่าง Daniel จึงได้เรียนวิชาปรัชญา ตรรกวิทยาและคณิตศาสตร์กับ Johann ผู้เป็นนักคณิตศาสตร์ที่เก่งที่สุดในโลก (ในขณะนั้น) ขณะยังเป็นนักศึกษาแพทย์ Daniel ได้ไปฝึกทำงานที่โรงพยาบาลหลายแห่งในยุโรป เช่นที่ Basel, Heidelberg และ Strassbourg จนสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาแพทย์ศาสตร์คะแนนเกียรตินิยม ด้วยวิทยานิพนธ์เรื่อง “De respiratione” ซึ่งเกี่ยวข้องกับกลศาสตร์การหายใจของคน แล้วไปสมัครเป็นอาจารย์ที่มหาวิทยาลัย Basel แต่โชคไม่ดีที่จับฉลากไม่ได้ (ในสมัยนั้นการได้งาน ใช้วิธีจับฉลาก) เมื่อไม่ได้รับความช่วยเหลือใดๆ ในการหางานทำจากพ่อ Daniel จึงไปสมัครเป็นแพทย์ฝึกหัดที่ Venice ในอิตาลี

ขณะทำงานที่นั่น Daniel ได้ล้มป่วย ขณะนอนพักที่โรงพยาบาล Daniel Bernoulli อ่านตำราคณิตศาสตร์หลายเล่ม จนเข้าใจทะลุปรุโปร่ง และได้ตีพิมพ์ผลงานชื่อ Exercitationes quaedam mathematicae ซึ่งเกี่ยวข้องกับพลศาสตร์การเคลื่อนที่ของของไหล ในวารสาร Venice Mathematics ในปี 1724 ผลงานนี้ทำให้ Daniel Bernoulli เป็นที่รู้จักและมีชื่อเสียงโด่งดังมาก จึงได้รับเชิญให้ไปดำรงตำแหน่งนักคณิตศาสตร์แห่งราชสำนักที่ St.Petersburg Academy of Sciences and Arts ขณะอยู่ที่นั่นนักวิทยาศาสตร์รัสเซียต่างพากันยกย่อง Daniel ว่ายิ่งใหญ่เทียบเท่า Newton และเชิญให้เป็นสมาชิกของ St.Petersburg Academy ด้วย ยิ่ง Daniel มีชื่อเสียง บิดา Johann ก็ยิ่งรู้สึกไม่พอใจ เพราะคิดว่าลูก Daniel กำลังทาบรัศมีตน


Daniel Bernoulli นิวตันแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 18

รูปภาพ
Leonhard Euler
สังคมวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์ในยุโรปสมัยนั้นชอบจัดประกวดชิงรางวัลวิจัยกันบ่อย โดยคณะกรรมการประกวดจะตั้งโจทย์วิทยาศาสตร์ให้ผู้เข้าแข่งขันแสดงวิธีหาคำตอบ โดยทุกคนต้องใช้ชื่อปลอมในการนำเสนอผลงาน และเขียนชื่อจริงใส่ในซองปิดผนึก เวทีวิชาการลักษณะนี้จึงเปิดโอกาสให้นักวิจัยมือใหม่ และนักวิจัยรุ่นเดอะได้เปรียบเทียบลีลาความสามารถของกันและกัน

ในปี 1734 มหาวิทยาลัยปารีสได้จัดให้มีการประกวดการวิจัยเรื่องวิถีโคจรของดาวเคราะห์ในสุริยะจักรวาล ซึ่งผู้ชนะเลิศจะได้รับรางวัลที่มีเกียรติเทียบเท่ารางวัลโนเบลในสมัยนี้ ผลปรากฏว่า Johann กับ Daniel Bernoulli ได้รับรางวัลชนะเลิศร่วมกัน

Daniel จึงเดินทางจากรัสเซียมาหาพ่อที่ Basel ด้วยความคาดหวังว่าพ่อคงจะดีใจและภูมิใจในตัวลูกชาย แต่กลับเป็นว่าพ่อโกรธมาก เพราะระแวงว่าลูก Daniel กำลังพยายามยื้อแย่งตำแหน่งนักคณิตศาสตร์ที่ปราดเปรื่องที่สุดแห่งยุโรปไปครอง Johann จึงไล่ลูกออกจากบ้าน และ Daniel ก็ไม่ได้หวนกลับไปหาพ่ออีกเลย

ขณะ Daniel ทำงานอยู่ที่ St.Petersburg ในรัสเซีย Leonhard Euler ซึ่งเป็นเพื่อนสนิทคนหนึ่งได้เดินทางมาเยี่ยม และคนทั้งสองได้ทำงานวิจัยเรื่อง สมบัติยืดหยุ่นของคาน ผลงานนี้ทำให้โลกมีสมการ Euler- Bernoulli

ในตำแหน่งศาสตราจารย์ Daniel ต้องสอนทั้งวิทยาศาสตร์และคณิตศาสตร์หลายวิชา อีกทั้งต้องทำงานวิจัยเรื่องการยืดตัวและหดตัวของกล้ามเนื้อ การทำงานของประสาทตา การแกว่งของเพนดูลัม สถิติในการเล่นพนัน ดาราศาสตร์ แรงโน้มถ่วง ปรากฏการณ์น้ำขึ้นน้ำลง สมบัติแม่เหล็ก การไหลของกระแสน้ำและเทคนิคการเดินเรือในทะเล ฯลฯ ผลงานเหล่านี้ทำให้ Daniel ได้รับรางวัลวิจัยของสถาบัน Paris Academy of Sciences มากถึง 10 รางวัล และมีชื่อเสียงมาก แต่มีทุกข์ เพราะอากาศที่ St.Petersburg หนาวจัดจน Daniel ล้มป่วยบ่อย จึงคิดจะย้ายที่ทำงาน

ดังนั้นเมื่อมหาวิทยาลัย Basel มีตำแหน่งอาจารย์กายวิภาคศาสตร์ว่าง ทั้งๆ ที่ Daniel ไม่มีความรู้ชีววิทยาเลย แต่ก็สมัคร และได้รับการตอบรับให้เข้าดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์กายวิภาคศาสตร์ (บิดาเป็นศาสตราจารย์คณิตศาสตร์ในมหาวิทยาลัยเดียวกัน) เพราะในช่วงเวลานั้น Newton ได้เสียชีวิตไปแล้ว Bernoulli ทั้งคู่จึงหวังจะยิ่งใหญ่แทน Newton

ผลงานที่ทำให้ Daniel มีชื่อเสียงโด่งดังมากที่สุด คือ การสร้างทฤษฎีพลศาสตร์ของของไหล เพราะ Bernoulli ได้พบหลักของ Bernoulli ที่แถลงว่า เมื่อความเร็วของๆ ไหลเพิ่ม ความดันในของไหลนั้นจะลด ในทำนองตรงกันข้าม เมื่อความเร็วของๆ ไหลลด ความดันในของไหลจะเพิ่ม ซึ่งภาษาวิชาการสำหรับหลักการนี้คือ ความดันในของไหลแปรผกผันกับความเร็วของๆ ไหลนั้น

หลักการนี้มีประโยชน์ในการอธิบายเหตุการณ์ในชีวิตหลายเรื่อง เช่น เวลาพายุทอร์นาโดพัดผ่านหลังคาบ้านเรือน ความเร็วสูงของพายุ ทำให้ความดันอากาศที่บริเวณด้านบนของหลังคามีค่าน้อย ในขณะที่ความดันอากาศที่ด้านล่างของหลังคา (คือในบ้าน) จะมีค่ามาก ดังนั้น หลังคาจึงถูกความดันอากาศภายในดันให้กระเด็นออก

หรือในกรณีเครื่องบิน การที่เครื่องบินสามารถลอยตัวขึ้นได้ เพราะอากาศที่ไหลผ่านผิวบนของปีกเครื่องบิน มีความเร็วมากกว่าอากาศที่ไหลผ่านผิวล่างของปีก (โดยปีกบนได้รับการออกแบบให้โค้ง ส่วนปีกล่างถูกทำให้แบนราบ) เมื่อความเร็วอากาศเหนือปีกมีค่ามาก ความดันเหนือปีกจะน้อย ดังนั้นจึงมีค่าน้อยกว่าความดันอากาศใต้ปีก เครื่องบินจึงลอยขึ้นได้ หลักการทรงพลังงานของ Bernoulli นี้ทำให้เราเข้าใจการเคลื่อนที่ของของไหล และขยายขอบเขตการใช้ได้ของกฎของ Newton ว่าสามารถใช้ได้ทั้งกับอนุภาคและสสารที่เป็นเนื้อต่อเนื่อง และพลังงานทั้งหมดของของไหลจะมีค่าคงตัวไม่ว่าของไหลนั้นจะเคลื่อนที่อย่างไร หรือมีรูปลักษณ์เช่นไร


Daniel Bernoulli นิวตันแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 18
รูปภาพ
การที่เครื่องบินสามารถลอยตัวขึ้นได้ เพราะอากาศที่ไหลผ่านผิวบนของปีกเครื่องบิน มีความเร็วมากกว่าอากาศที่ไหลผ่านผิวล่างของปีก (โดยปีกบนได้รับการออกแบบให้โค้ง ส่วนปีกล่างถูกทำให้แบนราบ) เมื่อความเร็วอากาศเหนือปีกมีค่ามาก ความดันเหนือปีกจะน้อย ดังนั้นจึงมีค่าน้อยกว่าความดันอากาศใต้ปีก เครื่องบินจึงลอยขึ้นได้
ในปี 1738 Bernoulli ได้นำองค์ความรู้ที่ตนพบนี้มาเรียบเรียงเป็นตำราชื่อ Hydrodynamics แต่มีคนแอบอ้างว่าหลักการและสมการต่างๆ ที่ปรากฏในตำรานั้น มีคนพบก่อนเป็นเวลานานแล้ว ซึ่งคนที่อ้างนี้ไม่ใช่ใคร เขาชื่อ Johann Bernoulli บิดาบังเกิดเกล้าของ Daniel เอง โดย Johann ได้เขียนตำรา Hydraulics ขึ้นมา ซึ่งมีเนื้อหาเหมือน Hydrodynamics แต่อ้างปีที่พิมพ์เป็นปี 1732 ก่อนที่ตำราของ Daniel จะปรากฏถึง 6 ปีเหตุการณ์นี้ทำให้ Daniel เสียใจมาก จึงปรารภกับ Euler ว่า ถูกบิดาขโมยผลงานวิชาการที่ได้เพียรพยายามทำมาถึง 10 ปี แต่ในที่สุดกรรมก็ติดจรวด เพราะเมื่อทุกคนรู้ความจริง ชื่อเสียงของ Johann ก็แตกดับไปกับตา และได้ประกาศไม่ให้อภัยลูกชายจนกระทั่งตาย

จากนั้น Bernoulli ก็ยังได้สร้างทฤษฎีจลน์ของอากาศด้วย โดยใช้จินตนาการว่า อากาศประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กที่เคลื่อนที่ตลอดเวลาแบบสะเปะสะปะเมื่อปะทะกับผนังภาชนะ การชนแบบยืดหยุ่นสมบูรณ์ จะทำให้โมเมนตัมของอนุภาคเปลี่ยน ซึ่งตามกฏของ Newton จะทำให้เกิดแรง การวิเคราะห์ การเคลื่อนที่ของอนุภาคตามหลักกลศาสตร์ จึงทำให้ทุกคนเข้าใจว่า ความดันของอากาศเกิดจากสาเหตุใด และเหตุใดกฎของ Boyle จึงเป็นจริง แต่ผลกระทบที่สำคัญ คือ ทฤษฎีจลน์นี้ทำให้ทุกคนเข้าใจว่า อุณหภูมิของอากาศขึ้นกับพลังงานจลน์ของอนุภาคทั้งหมดอย่างไร อันเป็นการโยงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกลกับพลังงานความร้อนในเวลาต่อมา และพลังงานทั้งหมดมีค่าคงตัว

การค้นพบของ D. Bernoulli จึงเป็นการค้นพบที่ยิ่งใหญ่ชิ้นหนึ่งในประวัติวิทยาศาสตร์
ในปี 1743 D. Bernoulli ได้รับแต่งตั้งให้ดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์สรีรวิทยา และเป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ในอีก 7 ปีต่อมา ซึ่งเป็นตำแหน่งที่ตรงกับความเชี่ยวชาญที่สุด ในปีเดียวกันนั้นเองก็ได้รับเลือกเป็นสมาชิกของ Royal Society เพราะมีผลงานฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่ช่วยในการวิเคราะห์โจทย์กลศาสตร์ที่มิสามารถแก้ได้โดยใช้เทคนิคของ Newton ตรงๆ ซึ่งกฎทรงพลังงานที่ Bernoulli เกือบได้พบนี้ถือว่า เป็นกฎที่สำคัญที่สุดของวิทยาศาสตร์

ขณะทำงานที่ St. Petersburg Bernoulli มีเพื่อนสนิทคนหนึ่งชื่อ Leonhard Euler คนทั้งสองได้ร่วมมือกันศึกษาหาความสัมพันธ์ระหว่างความดัน และความเร็วของเลือดในเส้นเลือด โดยได้เจาะรูที่ผนังของถังน้ำที่เต็มแล้วสังเกตดูระยะทางที่ของเหลวตกถึงพื้นว่าขึ้นกับระยะสูงของรูอย่างไร

นอกจากนี้ Bernoulli ก็ยังสนใจใช้คณิตศาสตร์วิเคราะห์ความถี่ของคลื่นเสียงที่เกิดจากอุปกรณ์ดนตรีด้วย และพบว่าอุปกรณ์ทุกชิ้นเวลาสั่น จะสั่นด้วยความถี่ต่างๆ ซึ่งความถี่ต่ำสุดคือความถี่พื้นฐาน ส่วนความถี่สูงกว่า เรียก overtone และดนตรีกับคณิตศาสตร์มีความสัมพันธกัน

Daniel Bernoulli สอนหนังสือที่มหาวิทยาลัย Basel จนเกษียณเมื่ออายุ 76 ปี และเสียชีวิตเมื่อวันที่ 17 มีนาคม ค.ศ.1782 สิริอายุ 82 ปีที่เมือง Basel ในสวิสเซอร์แลนด์

อ่านเพิ่มเติมจาก Dictionary of Scientific Biography Volume II โดย Hans Straub จัดพิมพ์โดย C.C. Gillipsie, New York 1970

Daniel Bernoulli นิวตันแห่งคริสต์ศตวรรษที่ 18

เกี่ยวกับผู้เขียน
รูปภาพ

สุทัศน์ ยกส้าน
ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์
ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ สุทัศน์ ยกส้าน ได้ทุกวันศุกร์
ยินดีต้อนรับสู่ Sudipan.net ครับ
ศรีธนนชัย
ผู้ดูแลเว็บ
 
โพสต์: 1513
ลงทะเบียนเมื่อ: เสาร์ ก.พ. 22, 2003 3:01 pm

ย้อนกลับไปยัง บทความ-ฟิสิกส์

ผู้ใช้งานขณะนี้

่กำลังดูบอร์ดนี้: ไม่มีสมาชิกใหม่ และ บุคคลทั่วไป 1 ท่าน

cron