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皮埃尔-西蒙·拉普拉斯

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1.拉普拉斯简介

拉普拉斯1749年3月23日生于法国诺曼底,1827年3月5日卒于巴黎。法国著名数学家和天文学家,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,是应用数学的先躯。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,这就是著名拉普拉斯的定理。他发表的天文学、数学和物理学的论文有270多篇,专著合计有4006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《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。

2.拉普拉斯的贡献

拉普拉斯从青年时期就显示出卓越的数学才能,18岁时离家赴巴黎,决定从事数学工作。于是带着一封推荐信去找当时法国著名学者达朗贝尔,但被后者拒绝接见。拉普拉斯就寄去一篇力学方面的论文给达朗贝尔。这篇论文出色至极,以至达朗贝尔忽然高兴得要当他的教父,并使拉普拉斯被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年后这个定律终于瓜熟蒂落地诞生了。拉普拉斯的主要注意力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,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,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,1784~1785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,即不会积累也不会消解。

1787年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。

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。

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。他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大量重要成果,他的这些成果集中在1799~1825年出版的5卷16册巨著《天体力学》之内。在这部著作中第一次提出天体力学这一名词,是经典天体力学的代表作。这一时期中席卷法国的政治变动,包括拿破仑的兴起和衰落,没有显著地打断他的工作,尽管他是个曾染指政治的人。他的威望以及他将数学应用于军事问题的才能保护了他。他还显示出一种并不值得佩服的在政治态度方面见风使舵的能力。

1799年他还担任过法国经度局局长,并在拿破仑政府中任过6个星期的内政部长。

拉普拉斯的著名杰作《天体力学》,集各家之大成,书中第一次提出了“天体力学”的学科名称,是经典天体力学的代表著作。《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”。

1810年,拉普拉斯推导出大地方位角和天文方位角之间的关系,即著名的拉普拉斯方程。每个三角点的天文观测值同大地计算值之差必须满足这个方程。因此,拉普拉斯方程对检验和控制天文大地网的定向误差具有重要作用。拉普拉斯对三角测量中布设基线作为长度控制的理论进行了深入研究,1812年,在他的《概率论》一书中首次系统地加以论述。由拉普拉斯倡议,在欧洲布设了从法国马雷讷到南斯拉夫阜姆的45°平行圈弧度测量(经差15°)。

1816年被选为法兰西学院院士,1817年任该院院长。

1818~1823年间,在拉普拉斯主持下施测“巴黎平行圈三角锁”,从法国布雷斯特经巴黎到斯特拉斯堡,延长到德国慕尼黑的各个领域有着广泛的应用。

拉普拉斯在数学和天文学方面有巨大贡献,生平著作中最为著名的为《天体力学》和《宇宙体系论》两书,法国学会曾因此推荐他为40位不朽人物之一。

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