皮埃尔–西蒙·拉普拉斯（上）04

本系列文章预计会有20+个章节，这套文献将系统讲述科学与技术本身，这里是第七季第4篇

--本文预计阅读6min--

没有一个学工科的同学不知道拉普拉斯，也几乎没有人一开始就能理解拉氏变换——Masir

01

牛顿逝世约25年后，法国全国上下出现了一股“英国热”。其中有一个人很有意思，我们需要讲讲，那就是最有影响力的法国分析学家、概率论学家和物理学家，法国科学院院士皮埃尔–西蒙·拉普拉斯，人们有时也称他是法国的牛顿。

拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace,1749－1827)

拉普拉斯是一位冷漠的理性主义者，并不特别擅长哲学思考。所以，他抓住一切机会运用数学技巧描述周遭世界和这个宇宙，以验证牛顿的引力定律，而这个时候数学工具已经是世人思考世界的工具。

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。他的生平如下：

1749年3月23日生于法国西北部卡尔瓦多斯的博蒙昂诺日，曾任巴黎军事学院数学教授。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。
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。
1816年被选为法兰西学院院士，1817年任该院院长。
1827年3月5日卒于巴黎。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。

拉普拉斯早年在诺曼底郊区已经开始接受教士训练，但又冒险前往巴黎开启数学生涯。抵达巴黎后，他很快就成了法国顶尖的科学贵族。

为了推进牛顿的未竟事业，拉普拉斯和他的同事开发了大量新的数学技巧，其中有许多和微积分相关。

不过，他们参考的微积分并不是牛顿提出的那版，而是牛顿的死对头戈特弗里德·莱布尼茨的那版。

莱布尼茨的这个版本使用起来要容易得多，发展起来也更容易，主要是因为莱布尼茨发明的简易符号有关（具体后面我们再谈）

以莱布尼茨的框架为核心，数位伟大的数学家——其中包括拉普拉斯的第一位导师让·勒朗·达朗贝尔、出生于都灵的约瑟夫–路易·拉格朗日、瑞士数学大师莱昂哈德·欧拉和约翰·伯努利——发明了如今物理学家必须学会的许多微积分技巧。

其中最重要的成就可能是微分方程，它能描述与真实世界相关的物理量（比如速度、温度和磁场）的变化率。

其中一个经典的例子就是牛顿第二运动定律的现代版本，也就是作用在物体上的力等于该物体的质量乘以该物体的速度随时间的变化率。

这个方程是自然哲学家的福音：从原理上讲，只要他们拥有了作用在物体上的力的公式，就能预测任何物体的运动。

事实证明，微分方程是所有理论学家的必备工具。通过这类方程常常能推导出物理量之间惊人的新联系，从而产生对熟悉概念的新想法，并激发对大自然运作方式的洞见。

新工具产生新思考，新思考又回馈新工具。

02

与牛顿理解自然世界的方法不同，拉普拉斯并不信仰上帝。当牛顿发现自己的数学体系间接预示了宇宙的不稳定性后，便解释说上帝偶尔会为了保证行星的稳定性而调整它们的运动。拉普拉斯对这种解释毫无兴趣。

伟大的战略家拿破仑曾询问拉普拉斯，上帝在他的宇宙中处于什么位置，这位伟大的物理学家高傲地回答：“我不需要这种假设。”

牛顿和拉普拉斯两人在应用数学解释自然的观念上有一个关键性的不同。

牛顿试图通过数学给出对宇宙的最精确描述，进而更好地理解上帝的工作。而他的法国后继者认为，大自然只能用数学定律来描述。

拉普拉斯的信念的核心在于，从某种意义上说，这些定律已客观存在，只是等待着人们发现而已。这很像是柏拉图对数学的看法，也是如今大多数科学家的观点。

拉普拉斯还坚定地认为，数学定律能够告诉我们的，不仅是关于自然世界的一切，还有关于过去和未来的一切。他和同事建立了第一个全面的数学概率理论，这让那些关于偶然性在决定性事件中所扮演角色的模糊论断成了过去。

拉普拉斯认为，宇宙完全是决定性的——理论上讲，只要掌握了有关现在的完整信息，就能计算出未来发生的一切。

他写道：“我们应该把宇宙现在的状态看成它过去状态的结果、未来状态的起因。”

拉普拉斯对于普适数学定律的力量深信不疑——虽然只了解这些定律中的一小部分，但他确定还有其他的普适数学定律，并且宇宙中的所有粒子都是按照数学奏出的曲调而翩翩起舞的。

拉普拉斯和他的同事奠定了现代物理学的基础。这可以说是一项法国人的发明，目的是将知识系统化、使测量更精确、利用以数学为基础的理论进行计算。

总结：

很明显可以看出，牛顿终究还是打破了人们理性思考的局势。从第谷、开普勒、伽利略、笛卡尔、牛顿、拉普拉斯...每个人都是站在前人肩膀上思考，而每一次思考都是一个更高维度的角度。

所以任何事情也不是一步到位，而是层层逼近的结果。我们作为晚辈当然不能取笑前人的愚昧，在当时的场景中谁能打破常规谁才是英雄。

所以不要固执己见，自以为是，其实我们了解的知识如星河一粒，理应在未来的生活中多探索，多思考才行。

好，今天就先这样啦~

Masir 2022/09/28

于 东莞

祝幸福~

参考文献:

[1] 《机械宇宙》

[2]《物理世界的数学奇迹》

往期推荐