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拉普拉斯的传奇人生

2018-10-17
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大家好,我是小枣君。


今天我们不讲技术,我给大家介绍一位老朋友。


嗯,没错,他就是拉普拉斯。


拉普拉斯


这个名字估计已经把一些人给吓得双腿打抖了。


确实,想当年,他和另一位大神——傅里叶并称信号系统双煞。以他们名字命名的傅氏变换、拉氏变换,整晕了无数理工科大学生,是所有人复习时的噩梦。


傅里叶


虽然课本上这个名字令人熟悉,但大家对课本之外的拉普拉斯,可能一点也不了解。


事实上,拉神的人生,充满了传奇色彩。发生在他身上的故事,比那几个公式要精彩得多。


让我从头开始说起吧。


拉普拉斯,全名是拉普拉斯·皮埃尔·西蒙(Pierre-Simon Laplace),法国著名的分析学家、数学家、物理学家、化学家、天文学家。。。


除此之外,他还是个政治家、侯爵、法国科学院院士、法兰西学院院长,还当过内政部部长,元老院掌玺大臣。。。


还有一点,不得不提一下,拉普拉斯是法兰西皇帝拿破仑·波拿巴的老师。。。


拿破仑


这酷炫吊炸天的履历,堪称科学界的龙妈了。


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。


关于他的家庭出身,史料存在争议,有的说他出身贫寒,需要接济才能生活;也有的说他父亲是农场主,家庭生活富裕;还有的说他父亲担任地方公务员,做苹果酒贸易生意。反正也不知道谁对谁错,无可考证。


但是,拉普拉斯从小就显现出数学方面的才华,这是公认的。


1765年,16岁的拉普拉斯凭借自己的努力,考入卡昂大学。


他在学习期间写了一篇关于有限差分的论文,得到数学老师的赞赏。于是,在拉普拉斯19岁的时候,数学老师让他带着一封推荐信,去巴黎找当时法国著名学者、巴黎科学院负责人达朗贝尔。但达朗贝尔并没把推荐信当回事,拒绝接见拉普拉斯。


达朗贝尔


拉普拉斯当然不会放弃,于是就寄了一篇力学方面的论文给达朗贝尔。


这篇论文出色至极,引起了达朗贝尔的高度重视。


达朗贝尔在回信中说:“拉普拉斯先生,你看,我几乎没有注意你那些推荐信;你不需要什么推荐,你已经更好地介绍了自己,对我来说这就够了,你应该得到支持。”


不仅如此,达朗贝尔还当了拉普拉斯的教父,并把他推荐到巴黎陆军学校教书。 


得到贵人相助之后,拉普拉斯开始逐步走上了人生巅峰。。。


1770年,21岁的拉普拉斯发表了第一篇数学论文《曲线的极大和极小研究》,此后3年时间,共完成了13篇重要论文。


1773年,他把牛顿的万有引力定律应用到整个太阳系,解决了当时著名的土星轨道难题。拉普拉斯用数学方法证明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


同年,他被巴黎科学院接受并成为科学院副院士。巴黎科学院执行秘书孔多塞说:“巴黎科学院第一次接受这样年轻,并在这样短的时间内对多种难题写出重要论文的人。”


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,拉普拉斯当选为科学院院士。


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,即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。


1795年,法兰西研究院成立,并成立了科学分院又称法国科学院,拉普拉斯被任命为副院长,次年被选为院长。


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


除了令人眼花缭乱的学术成就之外,拉普拉斯的政治生涯也顺风顺水。


1783年,拉普拉斯任军事考试委员,并于1785年主持对一个16岁的唯一考生进行考试,这个考生就是后来成为皇帝的拿破仑,两人算是结识了。


后来,拿破仑政变成功,很快任命拉普拉斯为内政部长,但仅仅过了6周,拿破仑又觉得拉普拉斯不适合这个职位,于是重新提名他为上议院议员


1803年,拉普拉斯当选为议长,年薪10万法郎。


1806年,拉普拉斯成为元老议员,并被拿破仑封为伯爵


1813年,又获授拿破仑的留尼汪勋章


拿破仑下台后,路易十八重登王位,拉普拉斯没有跟着倒霉,反而继续官运亨通。


这一年,拉普拉斯被路易十八晋升为侯爵

路易十八


拉普拉斯一生发表了大量的数学、天文学和物理学著作,共计有论文和报告276篇


其中,在科学史上有重大影响的三部代表作是:


  • 《天体力学》

该书第一次提出了“天体力学”的学科名称,是经典天体力学的代表著作,有五大卷。这部书对太阳系引起的力学问题提供一个完全的解答,给予天体运动以严格的数学的描述,对位势理论也作出了数学刻画。这对后来物理学、引力论、流体力学、电磁学以及原子物理等都产生了极为深远的影响。也正是这部巨著,使他赢得了“法国的牛顿”和天体力学之父的美称。


  • 《宇宙系统论》

这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”。


  • 《概率的分析理论》

拉普拉斯1812年发表了开辟概率论发展新时期的《概率的分析理论》,该书有七百万字,奠定了近代统计学的基础,书中附带的引进了求解常微分方程的拉普拉斯变换


其实,通过拉普拉斯的履历可以看出,他一生最主要的精力是花费在研究天体力学上面,数学是他解决问题的重要工具。


他在运用数学的同时又创造和发展了许多新的数学方法,包括有限差分方法、概率论、万有引力定理、彗星轨道、微分方程的解法、拉普拉斯变换、最小二乘法、代数学中关于行列式的展开定理、实积分转化为复积分计算等。。。


以他的姓氏命名的变换、定理、方程等更是数不胜数:拉普拉斯展开、拉普拉斯变换、拉普拉斯定理、拉普拉斯方程、拉普拉斯算子、拉普拉斯函数、拉普拉斯积分、拉普拉斯分布、拉普拉斯向量等。。。


让无数人“心碎”的拉普拉斯变换


另外,说到拉普拉斯,就不得不提到“拉普拉斯妖”。


“拉普拉斯妖”是著名的物理学四大神兽之一,另外三只分别是:薛定谔的猫、芝诺的乌龟、麦克斯韦的妖精


拉普拉斯说:“我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一刻所有自然运动的力和所有自然构成的物件的位置,假如他也能够对这些数据进行分析,那宇宙里最大的物体到最小的粒子的运动都会包含在一条简单公式中。对于这智者来说没有事物会是含糊的,而未来只会像过去般出现在他面前。”


这位智者,就是后人所称的“拉普拉斯妖”。


虽然拉普拉斯是个大神级的学者,但是,他的政治品德却并不咋地。他是一个有名的政治墙头草、两面派,专门见风使舵。


在法国大革命时期,随着政局的动荡、改朝换代,他也随波逐流,反复不断地扮演了共和派与保皇派的双重角色。他非常机灵,无论哪一方上台掌权,都相信他是自己的一个忠诚的支持者。因此,每次政局变化,他都能获得更好的差使和更大的头衔。


为此,有人把他比做英国文学作品中的假圣人布雷牧师。就连他的大靠山——拿破仑在流放期间说过:“拉普拉斯是第一流的数学家,但事实很快表明他不过是一个平庸的行政官员,……他把无穷小精神带进了政府之中。”


拉普拉斯还有一个坏毛病——在他的著作中,他常常完全不提前人和同时代人的论述与功绩,给人的印象是,其著作中的思想似乎完全出自于他本人。。。他的这些行为,让世人对他的品行有很大的意见。


不管怎么说,人无完人。这些品行瑕疵在他的辉煌成就面前算不上什么。


事实上,对于很多年轻学者来说,拉普拉斯是一个值得尊敬的老前辈。


可能是因为年轻时吃了达朗贝尔闭门羹的缘故,拉普拉斯在自己身处高位之后,对于年轻的学者总是乐于慷慨帮助和鼓励关照。


他帮助和提拔了很多年轻人,例如化学家盖吕萨克、数学物理学家泊松和年轻的柯西等等。当旅行家和自然研究者洪堡到法国考察水成岩的分布情况时,拉普拉斯也慷慨地资助了他。


盖吕萨克


晚年的时候,拉普拉斯担任英国伦敦皇家学会和德国格丁根皇家学会会员,并且是俄国、丹麦、瑞士、普鲁士、意大利等国的科学院院士,拥有广泛的国际声誉。 


1827年3月5日,拉普拉斯因病卒于巴黎,享年78岁。这个年龄,在当时确实算得上相当高寿了。


临死前,拉普拉斯留下了最后的遗言——


“我们知道的是很微小的;我们不知道的是无限的。”


冲着这句谦卑的遗言,让我们永远记住这位伟大的学者吧!


皮埃尔·西蒙·拉普拉斯!!!




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