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拉普拉斯

来源:数学家的故事 作者: 发布时间:2022-11-03 11:27:49 浏览次数: 【字体:

提示语:天体力学奠基人 天文学家

拉普拉斯(Pierre Simon Laplace,1749—1827),法国数学家、天文学家,法国科学院院士。1749年,3月23日拉普拉斯生于法国西北部卡尔瓦多斯的博蒙昂诺日,1827年3月5日卒于巴黎,曾任巴黎军事学院数学教授。他于1795年任巴黎综合工科学校教授,后又在高等师范学校任教授;1816年被选为法兰西学院院士;1817年任该院院长。

拉普拉斯是天体力学的主要奠基人,是天体演化学的创立者之一,是分析概率论的创始人,是应用数学的先驱。拉普拉斯用数学方法证明了行星的轨道大小只有周期性变化,这就是著名的拉普拉斯定理。他发表的天文学、数学和物理学论文有270多篇,专著合计有4000多页。其中最有代表性的专著有《天体力学》《宇宙体系论》和《概率分析理论》。1796年,他发表的《宇宙体系论》,因研究太阳系稳定性的动力学问题被誉为法国的牛顿和天体力学之父。

拉普拉斯从青年时期就显示出卓越的数学才能,18岁时离家前往巴黎,决定从事数学工作。于是他带着一封推荐信去找当时法国的著名学者达朗贝尔,但被拒绝接见。拉普拉斯就给达朗贝尔寄去一篇力学方面的论文。这篇论文出色至极,所以达朗贝尔忽然非常高兴地要当他的教父,并将拉普拉斯推荐到军事学校教书。此后,他同拉瓦锡在一起工作了一个时期,他们测定了许多物质的比热。1780年,他们两人证明了将一种化合物分解为其组成元素所需的热量就等于这些元素形成该化合物时所放出的热量,这可以看作是热化学的开端。而且,它也是继布拉克关于潜热的研究工作之后向能量守恒定律迈进的又一个里程碑,60年后,这个定律终于诞生了。

拉普拉斯的注意力主要集中在天体力学的研究上面,尤其是太阳系天体摄动,以及太阳系的普遍稳定性问题。他把牛顿的万有引力定律应用到整个太阳系,在1773年解决了一个当时著名的难题:解释木星轨道为什么在不断地收缩,而同时土星的轨道又在不断地膨胀。拉普拉斯用数学方法证明行星平均运动的不变性,即行星的轨道大小只有周期性变化,并证明为偏心率和倾角的3次幂,这就是著名的拉普拉斯定理。从此以后,他开始了太阳系稳定性问题的研究。同年,他成为法国科学院副院士。

1784年到1785年,他求得天体对其外任一质点的引力分量可以用一个势函数来表示,这个势函数满足一个偏微分方程,即著名的拉普拉斯方程。1785年,他被选为科学院院士。1786年,他证明行星轨道的偏心率和倾角总保持很小和恒定,能自动调整,即摄动效应是守恒和周期性的,既不会积累也不会消解。1787年,他发现月球的加速度同地球轨道的偏心率有关,从理论上解决了太阳系动态中观测到的最后一个反常问题。1796年,他的著作《宇宙体系论》问世,书中提出了对后来有重大影响的关于行星起源的星云假说。

拉普拉斯长期从事大行星运动理论和月球运动理论方面的研究,在总结前人研究的基础上取得了大量重要成果。他的这些成果被集中在1799年到1825年出版的5卷16册巨著《天体力学》之中,这部著作第一次提出“天体力学”这一名词,是经典天体力学的代表作。这一时期席卷法国的政治变动,包括拿破仑的兴起和衰落,都没有打断他的工作,尽管他是个曾参与过政治的人,是他的威望以及他将数学应用于军事问题的才能保护了他。拉普拉斯于1812年发表了重要的《概率分析理论》一书。1799年,他还担任过法国经度局局长,并在拿破仑政府中担任过6个星期的内政部长。《宇宙系统论》是拉普拉斯另一部名垂千古的杰作。在这部书中,他独立于康德,提出了第一个科学的太阳系起源理论——星云说。康德的星云说是从哲学角度提出的,而拉普拉斯则从数学、力学角度充实了星云说。因此,人们常常把他们两人的星云说称为“康德—拉普拉斯星云说”。拉普拉斯在物理学方面也有重要贡献,以他的名字命名的拉普拉斯变换和拉普拉斯方程,在科学技术的各个领域有着广泛的应用。

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