天体力学大师拉普拉斯

小夏 文化 更新 2024-02-26

“上帝在西方的所有领域都拥有绝对的权威。 ”

牛顿在1687年出版的《自然哲学原理》中提出,尽管他的力学基本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“不可解”的复杂方程。 他推断,“上帝的干预”对于保持太阳系的稳定是必要的。

直到拉普拉斯在他的《天体力学力学》一书中,他提出了计算行星及其卫星运动的框架,有效地揭示了太阳系的稳定性,而无需神的干预。

当拿破仑问他为什么在他的发现中没有提到上帝时,拉普拉斯回答说:“我不需要这个假设。 “他把上帝从科学的祭坛上赶走了,让我们来看看天体力学大师拉普拉斯。

轮廓

拉普拉斯(1749-1827)是法国天文学家、分析家、概率论家和物理学家,也是法国科学院院士。 他于 1749 年 3 月 23 日出生于法国西北部卡尔瓦多斯的博蒙特-诺热,1827 年 3 月 5 日卒于巴黎。 他是天体力学的主要创始人,也是天体进化的创始人之一。

拉普拉斯长期从事大行星运动理论和月球运动理论的研究,在总结前辈研究的基础上取得了大量重要成果,这些成果集中在他的巨著《天体力学》的5卷和16卷中, 1799 年和 1825 年出版。在这部著作中,首先提出了“天体力学”一词,是经典天体力学的代表著作。 拉普拉斯被称为法国牛顿和天体力学之父。

主要成就:

木星-土星轨道问题。

拉普拉斯将牛顿的万有引力定律应用于整个太阳系,并在1773年解决了当时一个著名的难题:解释为什么木星的轨道在缩小,而土星的轨道在膨胀。 也就是说,它证明了木星和土星的轨道将在数千年的周期内围绕平均值振荡。

这是因为木星绕太阳的五个轨道与绕土星公转两次所需的时间相吻合,这种“共振”允许它们相互施加的扰动连续叠加数百年,一系列看似可以忽略不计的影响,如果时间安排得当,可以产生非常真实的长期影响。 结果,木星以螺旋状缓慢向内移动,土星逐渐向外移动。

拉普拉斯在数学上证明了行星平均运动的不变性,即行星的轨道大小只是周期性地变化,并证明了它是偏心率和3的幂。 这被称为拉普拉斯定理。

太阳系稳定性问题。

在太阳系中,八大行星为何能在太阳绕行期间在相互干扰下保持长期稳定,是一个涉及复杂而困难的多体运动计算的令人费解的问题,长期以来一直没有得到解决。

1786年,拉普拉斯完成了对许多天体运动的计算,并提出了由许多天体相互作用引起的行星进动,但他用数学证明,这些进动的数量级不仅与其轨道运动相比非常小,而且还具有“自我修复”,使整个太阳系稳定。

星云的起源问题。

拉普拉斯在1796年详细阐述了恒星的星云起源。 根据拉普拉斯的说法,太阳系是由一个旋转的热气体星云形成的。 星云气体因冷却而收缩,因此旋转加速,离心作用增大,形状逐渐趋于扁平圆盘。 当旋转的外部气体的离心作用如此之大,以至于它与星云内部分离,并继续收缩时,它就形成了一个环。 星云继续收缩,分离过程一次又一次地重复。 每个环中的物质相互吸引,最后凝结成一颗行星,星云的中心部分凝结成太阳。

拉普拉斯的理论统一了太阳系行星运动的各向同性、共面性和近圆性,这比德国哲学家伊曼纽尔·康德40年前提出的星云理论更合理。

在《天体力学》的结尾,拉普拉斯说了一段非常有启发性的段落,他说:“如果一个人局限于收集现象,那么这样的科学家只是'温室里的花朵',他无法认识到自然界的伟大规律。 只有把各种现象相互比较,挖掘其中的深层关系,才能找出其中的规律。 ”

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