皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749-1827),法国分析学家、概率论学家和物理学家,法国科学院院士。拉普拉斯是天体力学的主要奠基人、天体演化学的创立者之一,他还是分析概率论的创始人,因此可以说他是应用数学的先驱。在拉普拉斯诞辰273周年之际,让我们一起走近这位大师研读相关经典吧!
皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace),图源Google
皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)1749年3月23日生于法国,他从小就显示出卓越的数学才能。1765年,16岁的拉普拉斯凭借自己的努力,考入卡昂大学。18岁时离家赴巴黎,决定从事数学工作。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找当时法国著名学者、巴黎科学院负责人达朗贝尔(Jean le Rond d′Alembert,1717-1783),但被后者拒绝接见。拉普拉斯又寄去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。
尽管概率论起源于17世纪,但对于开辟概率论发展新时期而言,拉普拉斯有着举足轻重的重要地位。自1771年起,拉普拉斯发表了多篇有关概率论的论文,特别是1781年“论概率”的论文标志着拉普拉斯完成了从“偶然性理论”到概率论的转变,并且透露出他将概率论应用于道德科学的研究规划。拉普拉斯最早的科学研究的起点是以一篇题为“无穷小微分和有限微分的积分演算的研究”的论文开始的。这篇论文的主题是对达朗贝尔(Jean le Rond d′Alembert,1717-1783)和拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange,1736-1813)曾经研究过的关于线性微分方程(无穷小和有限的两种形式的微分)的积分问题的进一步研究。他推广和证明了达朗贝尔的一个定理,这个新发现鼓舞了拉普拉斯的研究热情,他看到微分和积分方程是比单纯的微积分技术在自然科学中,特别是在“物理天文学”的应用中出现得更频繁的主题,他的动机是将分析数学的这个技术应用到现实世界的更加广泛的范围中去。
后来,拉普拉斯的《概率的分析理论》(Théorie analytique des probabilités)一经出版就引发了科学界的轰动,该书也被认为是概率论领域最有影响力的著作之一。正如作者拉普拉斯在书序言中所指:“概率论最终将成为人类知识中最主要的组成部分,生活中那些最重要的问题绝大部分都属于概率论。” 在这本书中,拉普拉斯奠定了这门学科的基础,并阐明了它的基本原则,标志着概率论作为一门新兴学科的正式形成。拉普拉斯后来也被称为应用数学的先驱、分析概率论的奠基人之一。
数学对于拉普拉斯而言是他解决问题的重要工具,他还在天文学、物理、化学等方面作出了杰出贡献,尤其在天体力学方面的研究,到今天仍具有重大的意义,他也被后人称为“法兰西牛顿”“天体力学之父”。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,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。当然,以他的姓氏命名的变换、定理、方程等后来更是数不胜数: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。
拉普拉斯还预见了黑洞的存在。1798年,拉普拉斯在法国天文学杂志上发表了一篇论文,文中说道:“质量和密度都很大的物体会成为不可见的。”。在他的传世之作《宇宙体系论》中写道;"一颗密度与地球相同直径比太阳大250倍的亮星,由于它的自身的引力会使它的任何光线都到不了我们这里,由于这种原因,很可能使得宇宙中最大的明亮天体也会变得看不见。”拉普拉斯的这一见解是非凡的,从某种意义上讲他已预见了黑洞的存在。
在学术上有众多突出成就的拉普拉斯对于很多年轻学者来说,还是一个值得尊敬的前辈。拉普拉斯在自己身处高位之后非但没有架子,还对年轻的学者总是乐于给予慷慨帮助和鼓励关照。他帮助和提拔了很多年轻人,包括:法国化学家约瑟夫·路易·盖-吕萨克(Joseph Louis Gay-Lussac)、法国数学家、几何学家和物理学家西莫恩·德尼·泊松(Simeon-Denis Poisson)和法国数学家、物理学家、天文学家奥古斯丁·路易·柯西(AugustinLouisCauchy)等等。
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。临终前,拉普拉斯留下了最后的遗言——“我们知道的东西是有限的,我们不知道的东西则是无穷的” 。
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