泊松
泊松(Siméon Denis Poisson,1781年6月21日-1840年4月25日),出生于法兰西王国皮蒂维耶(今属法国卢瓦雷省),毕业于巴黎综合工科学校,法国数学家、几何学家和物理学家。
泊松最重要的贡献是将数学应用到物理学主题的部分,而其中最有创新意义、最有永久影响的是他关于电磁理论的草稿,其实质建立了描述随机现象的一种概率分布。
基本信息
生平
1798年,他以当年第一名成绩进入巴黎综合理工学院,并立刻受到教授们的注意,他们让他自由按自己爱好进行学习。在1800年,不到入学两年,他已经发表了两本备忘录,一本关于艾蒂安·贝祖的消去法,另外一个关于有限差分方程的积分的个数。后一本备忘录由西尔韦斯特·弗朗索瓦·拉克鲁瓦和阿德里安-马里·勒让德检验,他们推荐将它发表于《陌生学者集》(Recueil des savants étrangers),对于18岁的青年来讲这是无上的荣誉。这次成功立刻给了泊松进入科学圈子的机会。他在理工学院上过拉格朗日函数理论的课,拉格朗日很早认识到他的才华,并与他成为朋友;泊松追随了拉普拉斯的足迹,后者将他几乎当作儿子看待。终其职业生涯,也即直至他于巴黎郊外的索镇去世,他几乎一直在写作和发表他的数量巨大的著作,并承担了他后来所担任的各种教职。
在理工学院完成他的学业之后,他立刻被聘为复讲员,他其实还在学生时代就业余担任过;因为他的同学们经常在困难的课程之后到他房间求助于他,要求他重复并解释该堂课。他在1802年成为代课教授(professeur suppléant),并于1806年成为正教授,接替傅立叶,因为拿破仑把后者送去格勒诺布尔。1808年,他成为子午线局的天文学家;当1809年,科学教员团体建立时,他被聘为理论力学教授。他于1812年成为学院的会员,于1815年成为圣西尔军事专科学校的检查员,于1816年离开理工学院的检查员职位,于1820年成为大学的顾问,并于1827年继拉普拉斯之后成为子午线局的几何学家。
1817年,他娶了南茜·德巴迪。他父亲因为早年经历而痛恨贵族,以第一共和国的教条来培养他。在大革命时期,帝国时期和复辟时期,泊松对政治毫无兴趣,专心于数学。他于1821年被授予男爵荣誉;但是他从未拿出证书或者使用头衔。1830年七月革命威胁到他损失所有的荣誉;路易-菲利普政府的这个不光彩的事情被弗朗索瓦·阿拉戈有技巧的避免了,他在泊松正在被内阁密谋取消头衔的时候,邀请泊松到皇宫赴宴,在那里被公民国王公开欢迎,并“记住”了他。此后,当然剥夺他的荣誉不可能再发生,七年后,他被称为法国贵族院议员(Pair de France),不是因为政治原因,而是作为法国科学界的代表。
和当时许多科学家一样,他是一个无神论者。
作为数学教师,泊松不是一般的成功,就如他早年成功担任理工学院的复讲员时所预示的那样。作为科学工作者,他的成就罕有匹敌。在众多的教职工作之余,他挤出时间发表了300余篇作品,有些是完整的论述,很多是处理纯数学、应用数学、数学物理、和理论力学的最艰深的问题的备忘录。有句通常归于他名下的话:“人生只有两样美好的事情:发现数学和教数学。”(La vie n'est bonne qu'à deux choses: découvrir les mathématiques et enseigner les mathématiques.)
重要成就
泊松给自己出的著作列表,放在Arago撰写的传记之后,而这里没办法给出详细的分析,因此只简单地提及最重要的部分。泊松在数学所有方面皆有涉略,但是他最重要的贡献:将数学应用到物理学主题的部分。而其中最有创新意义,最有永久影响,是他关于电磁理论的草稿,其实质创建了数学物理一个新分支。
数学物理
下一个(可能有些观点认为是第一个)最重要的是天体力学的备忘录,其中他证明自己是拉普拉斯的当之无愧的继任。这些备忘录中最重要的是《关于行星平均运动的久期不均等》(Sur les inégalités séculaires des moyens mouvements des planètes)、《关于力学问题中任意常数的变化》(Sur la variation des constantes arbitraires dans les questions de mécanique),都发表于理工学院期刊(1809年);《关于月球的天平动》(Sur la libration de la lune),发表于《时间的知识》(Connaiss. des temps, 1821年),等等;以及《关于地球围绕其重心的运动》(Sur la mouvement de la terre autour de son centre de gravité),发表于《科学院备忘录》(Mém. d. l'acad., 1827年),等等。在这些备忘录中的第一本,泊松讨论了行星轨道的稳定性的著名问题,在第一阶近似在扰动力作用下的情况已经被拉普拉斯解决。泊松表明可以扩展到二阶近似,从而作出了行星理论的重要进步。该备忘录是引人注目的,它还刺激了拉格朗日,使得他在一段不活跃时期之后,在他晚年写出了他的备忘录中最重要的之一,题为《关于行星因素变化的理论,特别是它们轨道主轴的变化》(Sur la théorie des variations des éléments des planètes, et en particulier des variations des grands axes de leurs orbites)。他对泊松的备忘录如此重视,以至于他亲手抄了一份,在死后被发现在他的论文堆中。泊松作出了引力理论的重要贡献。
他著名的对势的拉普拉斯的偏微分方程的二阶修正:
今天以他命名为泊松方程或者叫位势论方程,最初发表于Bulletin de in société philomatique (1813年)。如果给定点的函数ρ = 0,我们得到了拉普拉斯方程:
1812年,泊松发现拉普拉斯方程只在固体之外是正确的。可变密度的质量的情况的严格证明由高斯于1839年第一次给出。两个方程在矢量代数中都有对应。从给定其梯度的散度ρ(x, y, z) 得到的标量场导出三维空间的泊松方程:
例如,对于曲面电势Ψ的泊松方程,显示对于电荷密度ρe在特定点的依赖性:
流体中的电荷分布是未知的,我们必须使用泊松-波尔兹曼方程: