天文学的进展-拉普拉斯

时间:2024-06-18 12:44:08关键词:科学的进展

他出生时(1749年)名为皮埃尔·拉普拉斯,是诺曼底一个中产家庭之子,后来成为皮埃尔·拉普拉斯侯爵。他以在校时发表的虔诚之神学短论而初露锋芒,后来变成拿破仑帝国最坚定的无神论者。18岁时,他怀揣拜会达朗贝尔的一封推荐书被送往巴黎。曾先后收到许多如此信函而对信中的颂辞嗤之以鼻的达朗贝尔,拒绝接见。拉普拉斯以坚定的态度写给他一封论机械学一般原理的信。达朗贝尔回应道:“阁下,你明白我甚少措意推荐书。你连一封也不用。你自我推荐得更好,这对于我就够了,我的支持是你应得之物。”不久,因达朗贝尔的影响,拉普拉斯受任为艾可军校的数学老师。在稍后写给达朗贝尔的一封信中,他分析了对数学的热情:

我经常出于趣味、而非出于爱慕虚名来研究数学。我最大的娱乐是研究发明家的发展,坐看他们的天才与他们遭遇到并加以克服的诸般障碍搏斗厮杀。然后我设身处地,问问自己在克服这些相同的障碍时将做何对策;这一易位在绝大部分情况下对我的自尊虽然有所屈辱,但欣赏他们成功的乐趣,已大大补偿了我这些微小的屈辱。假若我有幸加添一点东西到他们的成绩上,则我该将这一切功劳归于他们第一次的努力上。

我们从这种谦虚中察觉一些得意之状。但无论如何,拉普拉斯的雄心显得大为粗率,因为他欲以牛顿的重心理论应用到所有的天体与现象上,而把整个宇宙减缩为一个数学体系。牛顿曾将宇宙留在一种不安的状态,他认为宇宙是受到与时俱增的不规则性的影响,因此,上帝不得不时加干涉,以予纠正。与欧拉一样,许多科学家并不相信世界是一个机械体。拉普拉斯欲以机械来证明这一假设。

他先以一篇论文开始(1773年),文中指出每个行星与太阳的平均距离的差异,受到几乎精确的数学公式的左右,因而呈现周期性与机械性。科学院以这篇论文写于他24岁时选他为预备会员。此后,拉普拉斯便以伟人具有的对目标的一致、直接与坚持这些特性,奉献其生命而把宇宙的运转一个接一个地套入数学方程式中。“自然的一切作用,”他写道,“只是少数不变法则的数学产物。”

天文学的进展-拉普拉斯

他的主要著作虽然直到大革命后才出现,但准备工作早已进行。他的《宇宙体系论》(1796年)是解释其观点的通俗而非机械的引论,以明畅、流利的文体闻名,包括有关他对太阳系起源的著名假设(康德先于1755年假设)。拉普拉斯想以假设各种热瓦斯或其他微细分子的原始星云覆盖太阳,进而延伸到太阳系最远范围来解释各行星及其卫星的公转与自转。这一星云随着太阳旋转,渐渐冷却,最后凝缩成也许像我们现在在土星周围看到的许多环圈。进一层的冷却与收缩可将这些环圈浓结为各个行星,后者再以相似的过程引生出自己的卫星,同样的星云的凝缩可能产生各个星球。拉普拉斯断定,所有的行星与卫星均朝同一方向,实际上处在同一平面上旋转。他那时并不知道,天王星的卫星朝另一相反的方向转动。这一“星云理论”现多被采用以解释各个星体由星云凝缩而成。拉普拉斯只在他通俗的著作中说明这一假设,但没有过于认真。

拉普拉斯以《机械天体》5卷巍巍巨著来总括他的观察、数学方程式与理论及几乎当时所有的星体科学(1799—1825年)。傅立叶称呼其书为现代天文学之大成。拉普拉斯以崇高的单纯陈述其目的:“就太阳系已知的18个星体,及它们在任何时候的位置与运动,借……数学计算,从它们相互吸引推论出它们在其他任何时候的位置与运动,并显示这些与实际观察的那些东西一致。”为实现计划,拉普拉斯必须研究由太阳系的成员——太阳、行星及卫星——的相逆影响引起的干扰,同时将这些干扰归纳为周期而可预测的规则。他相信,这一切干扰都可由引力的数学加以解释。在证明太阳系及其余世界的稳定与自足这一尝试中,拉普拉斯抱持一种完全机械论的观点,并为决定论哲学做一番古典的表白:

我们应将宇宙的现态视为其前一状态的结果和后一状态的原因。懂得一切力量在一特定刹那在自然里的作用,及宇宙所有东西在那一刹那的位置,能够以单一的公式了解宇宙间最大的星体与最轻的原子的运动,这一智力也强大得足以控制一切资料供作分析,对于它而言,没有一事不确,未来与过去一同展现在它眼前。人类心灵一直能给予天文学的完整性为此智力勾勒出一个微弱的轮廓。机械学上与几何学上的发现,伴以宇宙引力的那些发现,已使人类心灵可以依相同的分析公式来理解宇宙体系的过去与未来状态。心灵追求真理的一切努力与我们刚刚想象的智力虽有接近的趋势,但永远保持无限遥远的距离。

拿破仑问拉普拉斯,其《机械天体》一书为何没提到上帝时,这位科学家据说这样回答:“我不用那种假设。”但拉普拉斯也有谦虚之时。在《概率的理论分析》——几乎为该领域一切著作的基础——一文中,他剥夺了科学的一切可靠性:

严格而言,我们甚至可以这么说,我们的一切知识都有问题,而我们确知的少数事情,即使数学科学本身,那发现真理的主要方法归纳与类推,也以概率为基础。

除了他那个时代天文的发现与假设,那种划时代的与影响广泛的公式体系外,拉普拉斯另有特殊贡献。他以为某种“可能性”而设之“拉普拉斯方程式”,几乎照亮了物理学的每个部分。这一方程式使我们更容易确定力线场上任一点的能量强度或运动的速度。他根据月球的那些干扰计算地球的动态椭圆率,而那些干扰归因于地球的扁圆形。他发展一种分析的潮汐理论,并从潮汐的各种现象归纳出月球的质量。他发现决定彗星轨道的改进办法,并以突出的准确性计算月球平均运动的加速度。他对月球的研究为他弟子伯克哈德于1812年绘制而获改进的月球转动表提供了基础。最后,他从科学上升到哲学——从知识上升到智慧,其辩才可与布丰相媲美。

天文学,以其实物之尊严与理论之完整,乃是人类精神最美丽的纪念碑,也是人类智力最高贵的证明。由于受到自爱与五官幻觉的引诱,人类长时以来都把自己认为是各星体运动的中心,他的虚矫因而受到这些东西所激起的恐怖之惩罚。然而他看到自己处在太阳系里几乎无法察觉的一颗行星之中,其广垠的幅度本身在太空的浩瀚之中只不过是一不易被感觉到的小点而已。这一发现带给他的惊奇结果,大可安慰他以弥补地球的地位,并从而指出他那种处在极端微细的基地(他即从这一基地观测诸星)里的壮观。且让他仔细保存,并且扩大能带给有思想的东西以愉悦的这些高尚科学的结果。那些科学对于航海与地理已有重要贡献,但它们最大的祝福还在驱除天体各种现象所产生的恐惧,并且摧毁由于我们对与自然真正关系的无知所造成的错误,那些设若科学之火炬一旦熄灭便准将复现的恐惧与错误。

拉普拉斯发现,调整其生命以适应法国政治的震颤要比调整其数学以适应各星体的不规则容易。大革命来临时,他顺应形势而安然过日:他与拉格朗日一同受雇制造火药所需的硝酸钠,并计算加农炮的弹道。他受任为创建公制的重量及长度委员会的会员。1785年,他测验参加炮团的考生——16岁的拿破仑——并予以过关。1798年,拿破仑带他到埃及以从金字塔上研究星辰。1799年,第一执政官(拿破仑)任命他为内政部长,但六周后即遭解职,原因是“拉普拉斯到处探精求微……并将无限微小的精神带进行政管理”。拿破仑为了安慰他而提名他进入新议院,使他成为伯爵。现在,身着金衣缎带的这位显贵,由雅各布·内戎为他画了一张画像:一张英俊而高贵的脸庞,及似乎由于自觉死亡嘲弄着一切威严,自觉天文学是在黑暗中的一个摸索,自觉科学是黑夜之海的一小点光芒而黯然神伤的两眼。他临终之际(1827年),一切虚荣离他而去,他最后的遗言似乎是:“我们懂得的只是一件小事,而我们不懂得的却巨无涯岸。”