宇宙怪兽阿斯托罗姆(OhMyGod)

拉普拉斯(Pierre Simon Laplace, 1749—1827)于3月23日出生在卡尔瓦多的波恩·莱伯克附近的小村子——波蒙.关于他的家庭情况,知之甚少,一说是普通农民家庭,一说是富豪地主,说法不一,无法考证.

宇宙怪兽阿斯托罗姆(OhMyGod)(1)

01 一生硕果累累,冠名符号

拉普拉斯卒于1827年3月5日.他一生中硕果累累,学术成果有14卷之巨,每卷均不少于700页.其中1796年发表的《宇宙系统论》一书,把高温云状的物质作为宇宙起源的假说,来说明行星和卫星是怎样形成的.1799—1825年,又发表了《天体力学》专论5卷.汇集了拉普拉斯在天文、数学方面的研究成果.长达26年的这部大作,被称为18世纪的杰作.

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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:

1.《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。

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2.《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"。

3.《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。。。

拉普拉斯在研究天体问题的过程中,创造和发展了许多数学的方法,以他的名字命名的拉普拉斯变换、拉普拉斯定理和拉普拉斯方程,在科学技术的各个领域有着广泛的应用。

大家熟悉的拉普拉斯方程

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出现在《天体力学》专论的第三卷.

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在1812年发表的《概率的解析理论》也是永载史册的重要著作.他在序言的最后一段,介绍了概率论简史.从帕斯卡和费马通信开始,直到拉普拉斯时代所创造的精华都写进去了.最后总结出一句名言:"概率论的内容,归根到底,不过是把智慧归结到计算."他还有《关于概率的哲学》(1814)等重要著作.

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02 "拉普拉斯妖"

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

"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。"

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拉普拉斯这里所说的"智者"即后人所谓的"拉普拉斯妖"或"拉普拉斯的恶魔"。简单的说,就是此"恶魔"知道宇宙中每个原子确切的位置和动量,能够使用牛顿定律来展现宇宙事件的整个过程,过去以及未来。因此所有人甚至宇宙的未来是已经被"决定"了的。

从科学研究的历史上看,在量子力学问世之前基本上科学界都是相信决定论的。例如牛顿和爱因斯坦以及大多数自然科学家都是决定论者。

不过,由于量子力学的出现,决定论受到了挑战。其中一个重要的原因是"海森堡不确定性原理",也叫"测不准原理"——你不可能同时知道一个粒子的位置和它的速度。

因此,拉普拉斯妖其实是不能长期精准地预测未来的。也可以从另一个角度解释:

拉普拉斯妖在推演未来的时候要不断地,几乎是瞬时地把自己为了推断世界而付诸的额外行为加入到推演的过程中——也就是说,世界的可预测性,因为拉普拉斯妖试图推断世界的这个额外变量的加入被破坏了(比如拉普拉斯妖的大脑因思考而发生改变),因为拉普拉斯妖本身也是这个世界的一部分,因此最终会对世界的运行产生影响。

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由此可见(即使这个世界还是牛顿当家),拉普拉斯妖只具备短期低精度推演的能力,长时间的推演会因为自身额外行为的累积影响而产生巨大的谬误(也就是所谓的"蝴蝶效应")。

03 政治上的机会主义

尽管拉普拉斯在学术上硕果累累,但是,那个时期的学者都不太尊敬他,当时作家古利埃(Paulcuic Courier, 1772—1825)等人就曾破口大骂过他.内心蔑视他的人就更多.原因是他在政治上的机会主义.

拉普拉斯对各朝政府都屈膝献媚,国王执政时,他忠实地效劳于王家.革命后,又竭力效忠新政权,被法国革命时期的议会(1792年9月21日—1795年10月27日)民工会任命为陆军学院教授.

1795年10月27日总裁政府成立,上院召开500人大会,他又以《天体力学》第一卷为礼品献给大会.

1799年2月9日拿破仑反动武装政变,推翻了总裁政府,拉普拉斯更是唯命是从,取得信任,被任命为内务部长.实在难以胜任,才改任元老院议员、副院长.

1804年5月21日元老院通过决议,颁布了帝政,一致通过了拿破仑为皇帝.拉普拉斯举双手赞成拿破仑一世的诞生.他还进谏皇帝,废止"革命历",并全力制定新历.受到拿破仑一世嘉奖、晋升伯爵,并授予莱基奥·特努尔勋章.

拉普拉斯妖(Démon de Laplace)是由法国数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯于1814年提出的一种科学假设。此"恶魔"知道宇宙中每个原子确切的位置和动量,能够使用牛顿定律来展现宇宙事件的整个过程,过去以及未来。

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1814年4月20日,元老院审议拿破仑退位时,拉普拉斯又投了"退位票".

在路易十八世恢复王位时,拉普拉斯又跪在皇帝面前,发誓效忠,竭力保存自己,致使他不仅未被解除公职,反于1815年又被任命为新设贵族参议院议员,之后又一帆风顺地被列为侯爵,从而取得高官厚禄.

拉普拉斯曾任拿破仑的老师,所以和拿破仑结下不解之缘。拉普拉斯在数学上是个大师,在政治上是个小人物、墙头草,总是效忠于得势的一边,被人看不起,拿破仑曾讥笑他把无穷小量精神带到内阁里。在席卷法国的政治变动中,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,但他的威望以及他将数学应用于军事问题的才能保护了他,同时也归功于他显示出的一种并不值得佩服的在政治态度方面见风使舵的能力。 这就是当时学者们看不起他的原因所在.

1827年3月5日,这位学识渊博的一代科学巨匠在巴黎与世长辞,他为后人留下了一句遗言:我们所知微不足道的,我们不知道的是无限的。在他78年的人生里,孜孜以求,学而不厌,集前人之大成,开后世之先河,生而有限但学海无涯,在知识的海洋中,拉普拉斯一直饱含激情的探索着,为人类科学的历史增添了无比灿烂的一笔。

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