天体力学集大成者——拉普拉斯

“上帝在西方的各个领域都有着绝对权威的地位。”

牛顿在他1687年出版的《自然哲学的数学原理》中提出，尽管他的基本力学定律和万有引力定律可以部分解释太阳系中行星的运动，但仍有一组“无法解决”的复杂方程存在。他推断，“上帝的干预”是保持太阳系稳定的必要条件。

直到拉普拉斯在他的著作《天体力学》中，提出了他的计算行星及其卫星运动的框架，有效地揭示了不受神干预的太阳系的稳定性。

当拿破仑问他，为什么他的发现中没有提到上帝时，拉普拉斯回答道：“我不需要那个假设。”他把上帝赶下了科学的神坛，让我们一起走近天体力学的集大成者——拉普拉斯。

人物简介

拉普拉斯(1749－1827)是法国天文学家、分析学家、概率论学家和物理学家，法国科学院院士。1749年3月23日生于法国西北部卡尔瓦多斯的博蒙昂诺日，1827年3月5日卒于巴黎。是天体力学的主要奠基人、天体演化学的创立者之一。

拉普拉斯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。拉普拉斯被誉法国的牛顿和天体力学之父。

主要成就

木星与土星轨道问题

拉普拉斯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。即证明了木星和土星轨道会在一个平均值附近出现一个周期为数千年的振荡。

这是由于木星绕太阳五圈的时间正好和土星公转两圈的时间相等造成的，这一“共振”使得它们施加在彼此身上的扰动可以连续叠加数百年，一系列看似可以忽略的影响，只要时机恰当也能产生非常实实在在的长期效果。于是在太阳系内就出现了木星在缓慢地螺旋向内运动，而土星则在逐渐向外运动。

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。

太阳系稳定问题

在太阳系内，8大行星在环日运行中，为什么在彼此干扰下能保持长期的稳定，这个使人们迷惑不解的问题涉及复杂而艰难的多体运动计算，长期没能得到解决。

1786年，拉普拉斯完成了多体运动的计算，得出了多体运动相互影响所造成的行星进动，但经他数学证明，这些进动的数量级与其循轨运动相比，不仅非常微小，而且是可以“自我修复”的，因而整体太阳系是稳定的。

星云起源问题

拉普拉斯在1796年阐述了恒星的星云起源说。拉普拉斯认为，太阳系由一个转动着的灼热气体星云形成。 星云气体因冷却而收缩，于是自转加快，离心作用增强，外形逐渐趋向扁盘状。 当旋转着的外层气体所受的离心作用大到一定程度时，就与仍在继续收缩的星云内部脱离，形成一个环。 星云继续收缩，这样的分离过程便一次次重演。 每个环内的物质由于互相吸引，最后各自凝聚成一颗行星，星云中心部分则凝聚成太阳。 

拉普拉斯的学说统一解释了太阳系诸行星运动的同向性、共面性和近圆性，比德国哲学家康德在40年前提出的星云说更加合理。

在《天体力学》的最后，拉普拉斯说出了一段非常具有指导意义的话，他说：“如果一个人只限于收集现象，这样的科学家只是一个‘温室的花朵’，他不可能认识到伟大的自然规律。只有把各种现象彼此相互比较，挖掘出其中深层次的关系，才能找出其中的规律来。”