? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?拉普拉斯：天體力學(xué)的主要奠基人

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 2019-5-5 青野云麓

拉普拉斯是法國(guó)分析學(xué)家、概率論學(xué)家和物理學(xué)家，法國(guó)科學(xué)院院士。1749年3月23日生于法國(guó)西北部卡爾瓦多斯的博蒙昂諾日，1827年3月5日卒于巴黎。1816年被選為法蘭西學(xué)院院士，1817年任該院院長(zhǎng)。1812年發(fā)表了重要的《概率分析理論》一書，在該書中總結(jié)了當(dāng)時(shí)整個(gè)概率論的研究，論述了概率在選舉審判調(diào)查、氣象等方面的應(yīng)用，導(dǎo)入「拉普拉斯變換」等。他是決定論的支持者，提出了拉普拉斯妖。他致力于挽救世襲制的沒落：他當(dāng)了六個(gè)星期的拿破侖的內(nèi)政部長(zhǎng)，后來成為元老院的掌璽大臣，并在拿破侖皇帝時(shí)期和路易十八時(shí)期兩度獲頒爵位，后被選為法蘭西學(xué)院院長(zhǎng)。拉普拉斯曾任拿破侖的老師，所以和拿破侖結(jié)下不解之緣。

?

皮埃爾-西蒙?拉普拉斯是天體力學(xué)的主要奠基人、天體演化學(xué)的創(chuàng)立者之一，他還是分析概率論的創(chuàng)始人，因此可以說他是應(yīng)用數(shù)學(xué)的先驅(qū)。1749年3月23日生于法國(guó)西北部卡爾瓦多斯的博蒙昂諾日，曾任巴黎軍事學(xué)院數(shù)學(xué)教授。1795年任巴黎綜合工科學(xué)校教授，后又在高等師范學(xué)校任教授。1799年他還擔(dān)任過法國(guó)經(jīng)度局局長(zhǎng)，并在拿破侖政府中任過6個(gè)星期的內(nèi)政部長(zhǎng)。1816年被選為法蘭西學(xué)院院士，1817年任該院院長(zhǎng)。1827年3月5日卒于巴黎。拉普拉斯在研究天體問題的過程中，創(chuàng)造和發(fā)展了許多數(shù)學(xué)的方法，以他的名字命名的拉普拉斯變換、拉普拉斯定理和拉普拉斯方程，在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

拉普拉斯生于法國(guó)諾曼底的博蒙，父親是一個(gè)農(nóng)場(chǎng)主，他從青年時(shí)期就顯示出卓越的數(shù)學(xué)才能，18歲時(shí)離家赴巴黎，決定從事數(shù)學(xué)工作。于是帶著一封推薦信去找當(dāng)時(shí)法國(guó)著名學(xué)者達(dá)朗貝爾，但被后者拒絕接見。拉普拉斯就寄去一篇力學(xué)方面的論文給達(dá)朗貝爾。這篇論文出色至極，以至達(dá)朗貝爾忽然高興得要當(dāng)他的教父，并使拉普拉斯被推薦到軍事學(xué)校教書。

此后，他同拉瓦錫在一起工作了一個(gè)時(shí)期，他們測(cè)定了許多物質(zhì)的比熱。1780年，他們兩人證明了將一種化合物分解為其組成元素所需的熱量就等于這些元素形成該化合物時(shí)所放出的熱量。這可以看作是熱化學(xué)的開端，而且，它也是繼布拉克關(guān)于潛熱的研究工作之后向能量守恒定律邁進(jìn)的又一個(gè)里程碑，60年后這個(gè)定律終于瓜熟蒂落地誕生了。

?

拉普拉斯把注意力主要集中在天體力學(xué)的研究上面。他把牛頓的萬有引力定律應(yīng)用到整個(gè)太陽(yáng)系，1773年解決了一個(gè)當(dāng)時(shí)著名的難題：解釋木星軌道為什么在不斷地收縮，而同時(shí)土星的軌道又在不斷地膨脹。拉普拉斯用數(shù)學(xué)方法證明行星平均運(yùn)動(dòng)的不變性，即行星的軌道大小只有周期性變化，并證明為偏心率和傾角的3次冪。這就是著名的拉普拉斯定理。此后他開始了太陽(yáng)系穩(wěn)定性問題的研究。同年，他成為法國(guó)科學(xué)院副院士。

1784～1785年，他求得天體對(duì)其外任一質(zhì)點(diǎn)的引力分量可以用一個(gè)勢(shì)函數(shù)來表示，這個(gè)勢(shì)函數(shù)滿足一個(gè)偏微分方程，即著名的拉普拉斯方程。1785年他被選為科學(xué)院院士。

1786年證明行星軌道的偏心率和傾角總保持很小和恒定，能自動(dòng)調(diào)整，即攝動(dòng)效應(yīng)是守恒和周期性的，不會(huì)積累也不會(huì)消解。拉普拉斯注意到木星的三個(gè)主要衛(wèi)星的平均運(yùn)動(dòng)Z1，Z2，Z3服從下列關(guān)系式：Z1-3×Z2+2×Z3=0。同樣，土星的四個(gè)衛(wèi)星的平均運(yùn)動(dòng)Y1，Y2，Y3，Y4也具有類似的關(guān)系：5×Y1-10×Y2+Y3+4×Y4=0。后人稱這些衛(wèi)星之間存在可公度性，由此演變出時(shí)間之窗的概念。

1787年發(fā)現(xiàn)月球的加速度同地球軌道的偏心率有關(guān)，從理論上解決了太陽(yáng)系動(dòng)態(tài)中觀測(cè)到的最后一個(gè)反常問題。

?

1796年他的著作《宇宙體系論》問世，書中提出了對(duì)后來有重大影響的關(guān)于行星起源的星云假說。在這部書中，他獨(dú)立于康德，提出了第一個(gè)科學(xué)的太陽(yáng)系起源理論——星云說?？档碌男窃普f是從哲學(xué)角度提出的，而拉普拉斯則從數(shù)學(xué)、力學(xué)角度充實(shí)了星云說，因此，人們常常把他們兩人的星云說稱為“康德-拉普拉斯星云說”。

?

他長(zhǎng)期從事大行星運(yùn)動(dòng)理論和月球運(yùn)動(dòng)理論方面的研究，尤其是他特別注意研究太陽(yáng)系天體攝動(dòng)，太陽(yáng)系的普遍穩(wěn)定性問題以及太陽(yáng)系穩(wěn)定性的動(dòng)力學(xué)問題。在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上取得大量重要成果，他的這些成果集中在1799～1825年出版的5卷16冊(cè)巨著《天體力學(xué)》之內(nèi)。在這部著作中第一次提出天體力學(xué)這一名詞，是經(jīng)典天體力學(xué)的代表作。因此他被譽(yù)為法國(guó)的牛頓和天體力學(xué)之父。 1814年拉普拉斯提出科學(xué)假設(shè)，假定如果有一個(gè)智能生物能確定從最大天體到最輕原子的運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)時(shí)狀態(tài)，就能按照力學(xué)規(guī)律推算出整個(gè)宇宙的過去狀態(tài)和未來狀態(tài)。后人把他所假定的智能生物稱為拉普拉斯妖。

他在數(shù)學(xué)，特別是概率論方面，也有很大貢獻(xiàn)。

?

拉普拉斯曾任拿破侖的老師，所以和拿破侖結(jié)下不解之緣。拉普拉斯在數(shù)學(xué)上是個(gè)大師，在政治上是個(gè)小人物、墻頭草，總是效忠于得勢(shì)的一邊，被人看不起，拿破侖曾譏笑他把無窮小量精神帶到內(nèi)閣里。在席卷法國(guó)的政治變動(dòng)中，包括拿破侖的興起和衰落，沒有顯著地打斷他的工作。盡管他是個(gè)曾染指政治的人，但他的威望以及他將數(shù)學(xué)應(yīng)用于軍事問題的才能保護(hù)了他，同時(shí)也歸功于他顯示出的一種并不值得佩服的在政治態(tài)度方面見風(fēng)使舵的能力。