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第7章 拉普拉斯的星云说(1)

1.显露才华

在康德的《自然通史和天体论》发表近50年之后,也是康德星云起源假说默默无闻近50年之后,1799年,法国的天文学家、数学家拉普拉斯独立提出了与康德星云起源假说相似的星云起源假说,出版了《宇宙体系论》。由于拉普拉斯享有很高的学术威望,《宇宙体系论》出版后,受到社会的重视,很快得到了公认。拉普拉斯的星云说又使人们想起了康德,想起被人遗忘的《自然通史和天体论》,人们又开始再版康德的书。因此,人们将这一理论用他们两人的名字命名,叫做康德—拉普拉斯星云假说。于是,这样的一个理论,就有了两个主人。尽管这一假说把他们两个人的名字联系在一起,可是他们在性格和为人处世方面很少有相似之处。

1749年3月23日,拉普拉斯生于法国诺曼底地区的博蒙昂诺日,对拉普拉斯的身世众说不一,不知是出于谦逊,还是出于有意的安排,围绕着拉普拉斯青少年时代的是一片雾般的朦胧。关于他的父亲,有的说是一个教区的官员,兼做苹果汁生意;有的说是农场主;还有的说是当地一个毫不知名的农民。但是不管怎样,小拉普拉斯已经健康安全地来到人世间这一点是毫无疑问的,“我来了,并为后人所知”是最重要的。

据说,由于拉普拉斯渴望得到公众的尊重,他一直因为自己的出身,为他卑微的父母感到羞耻,并竭尽全力隐瞒他的农民出身。也许这不是真的,也许是有人因忌恨拉普拉斯而编造的谎言,如果真是这样,我倒不是因为他的农民出身而感到羞愧,而是因为他卑鄙的虚荣而感到羞愧。可见,不是所有有成就的人、不是所有的科学家都有着优秀的品质。

拉普拉斯有一个比他大4岁的姐姐,在他家的近亲中未发现有名气的知识界人物,除了叔父路易。他是一个数学家,还是一个未被正式任命的神父,可是在拉普拉斯10岁时,他就辞世了。

拉普拉斯在乡村学校就读时就已显出非凡的才能,特别是在数学方面。据说,他的记忆力更是非凡,比他的数学才能更能引起人们的注意。他在一次神学辩论会上战胜了对手,而得到村中富有的邻居们善意的关心。

16岁以后,拉普拉斯念完中学,进入大学。按当地的习俗,学生们中学毕业后一般要到教堂或军队工作。家里人准备让他到教堂工作。可是,1766年,他考入卡昂大学艺术系,后转到神学系,准备完成学业后做一名教士。为了发挥自己的数学特长,也因为大学中两位教师的启发和鼓励,拉普拉斯放弃了在大学上学的机会。18岁时,他带着一封推荐信只身前往巴黎,他对自己的未来充满自信,他对自己力量的估计是很高的,但不过分。他怀着有充分理由的自信闯入巴黎,去征服数学世界。

当时的法国正处于路易十五的统治之下,由于资本主义的影响,专治的王权已日趋衰落。资产阶级的势力不断壮大,他们对许多阻碍经济发展的制度强烈不满,代表资产阶级利益的启蒙运动蓬勃发展起来,他们抨击专制王权,传播科学知识,宣扬民主、自由、平等。法国封建制度陷于严重的危机。

启蒙运动的中心在法国,并影响到全世界,启蒙运动的思想家们最初用自然神论、最后用无神论来反对上帝和宗教,矛头直指腐朽的专政制度,直指路易十五统治下的法国。他们勇于为真理和正义而斗争,他们甘冒身陷囹圄、逃亡异国的危险,不惜遭受种种苦难,为彻底摧毁腐朽的封建制度,在思想上和理论上做了充分的准备。启蒙运动对法国大革命,以及19世纪欧洲爆发的一系列资产阶级革命都产生了极大的影响。

拉普拉斯到了巴黎,口袋里放着推荐信去拜访达朗贝尔,达朗贝尔是法国科学院士,物理学家和数学家,具有很高的威望。可是,拉普拉斯没有被接纳。达朗贝尔对于大人物推荐的年轻人不感兴趣,也许他每周都会遭到两三个这样被人推荐来的毫无发展前途的人打扰,他需要有真才实学的有为青年,而不要有着强大后台却不学无术的人。当时,达朗贝尔给了拉普拉斯一个题目,要他一周后再来。可是拉普拉斯一夜之间就完成了,达朗贝尔又给了他一个关于打结的难题,拉普拉斯当时就把题目解出来了。达朗贝尔非常赏识他的数学才能,对他说:“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你自己,对我来说这就够了。”

达朗贝尔感觉到拉普拉斯巨大的潜力,会对法国的科学进步做出贡献。他介绍拉普拉斯到科学院任职。可是,拉普拉斯只有19岁,更主要的是他没有学位。科学院的保守势力强大,他们拒绝了拉普拉斯。

由于达朗贝尔的推荐,拉普拉斯被任命为巴黎军事学校的数学教师,讲授中等数学、基础数学分析和静力学等课程。这样他可以继续留在巴黎,等待进入巴黎科学院的机会。他为此等待了5年,最终如愿以偿地进入巴黎科学院。在这5年中,拉普拉斯在数学,天文学的最新领域开展研究,共完成13篇论文,被科学界同行所认识,逐渐受到重视。

当时,研究人员进入巴黎科学院要经过院士的投票决定,对于拉普拉斯的申请,尽管有达朗贝尔等人的支持,但仍有很多院士认为他太年轻,结果在1771年和1772年两次投票都没有通过。达朗贝尔经两次挫折后非常伤心,愤愤不平地说:“巴黎科学院宁愿接受一个才能比他低得多的人。”1773年3月,在巴黎科学院新任执行秘书孔多塞的坚决支持下,终于通过了拉普拉斯进入科学院的决议。

进入科学院之后,拉普拉斯把前几年写的13篇论文汇集在一起出版了他的第一部论文集,孔多塞在拉普拉斯这部论文集的序言中热情地写道:“巴黎科学院第一次接受了这样年轻,并在这样短的时期内对多种难题写出重要论文的人。”

巴黎科学院的职称,在当时分为4个等级:荣誉院士,由享有很高声望的人担任;终身院士,人数也极为有限;副院士;助理院士。一般人进入科学院都从助理院士开始做起,而后再逐级上升。可是,由于拉普拉斯在进入科学院时已有较高声望,从而跳过助理院士,一开始就直接成为副院士。

从此,拉普拉斯开始了他的科学研究生涯。他积极投身于这一事业,全力对数学、力学和天文学等学科的新领域不断探索研究,受到国内外学术界的重视,逐渐成为当时贡献最大、最负盛名的科学家之一。

拉普拉斯27岁时在给达朗贝尔的一封信中,曾描述了他的想法:“我从事数学研究,一向出于爱好,而非追求虚名。我最大的乐趣是研究发明者的进展情况,看看他们的天才怎样千方百计对付他们碰到的障碍和怎样克服这些障碍,然后我把自己放在他们的位置上,问自己,我会怎样克服这些障碍。虽然在大多数情况下这样替换只是使我的自负蒙受耻辱,然而为他们的成功而感到的欢欣,丰厚地补偿了我这点微不足道的屈辱。如果我有幸能给他们的工作添加一些东西,我把全部功绩都归于他们最初的努力,并确信他们在我的位置上会比我做得更好。”

从这封信中,我们可以看到年轻的拉普拉斯一方面具有谦虚的本性,另一方面有着远大的志向,把自己与大师们的工作进行比较,寻找不足。

拉普拉斯一生大致可分为4个时期。第一个时期是29岁以前的青少年时期,这个时期他精力旺盛,对于积分、天文学、宇宙学、概率论、力学和因果律等诸多方面的问题都有一定的研究,初露锋芒,受到学术界的重视。在这个时期,他建立了自己的风格,为今后的发展打下了良好的基础。第二个时期为29岁到40岁,这是拉普拉斯的鼎盛时期,完成多数重大成果,著名的“拉普拉斯方程”就是在这个时期内完成的。第三个时期是40岁到56岁,这一时期,正赶上法国大革命,这个时期法国社会政局动荡不安,拉普拉斯也积极投身政治,在这时期,他主要进行科学组织和教育工作,并且继续研究新的课题,总结前一时期的成果。第四个时期是56岁以后的晚年时期,他仍坚持科学研究和成果整理工作,主要研究成果有“拉普拉斯变换”等。

在家庭婚姻方面,拉普拉斯与康德不同,他在39岁时与19岁的夏洛特女士结婚。结婚后,育有一子一女,儿子后来成为将军。

1789年,在法国,由于资产阶级势力的壮大,封建制度与资本主义之间的矛盾不可调和,爆发了资产阶级革命。法国大革命是法国历史上重要的分水岭,它结束了法国1000多年的封建统治,废除了封建等级制度,建立了资产阶级政权。尽管法国大革命使得社会动荡不安,可是它铲除了腐朽的封建制度,促使科学技术和社会更迅猛地发展。

拉普拉斯一生发表了大量数学、天文学和物理学著作。1799年至1825年,拉普拉斯出版了5卷16册巨著《天体力学》,这是集经典天体力学之大成的代表作。拉普拉斯首先提出了天体力学学科名词。他说:“牛顿发现万有引力定律已有100年,从那时起,学者们就把这个伟大的定律用于研究一切已知自然现象,并由此给出了天体运动理论和格外准确的天文历表。我在自己的大多数著作中用同样的观点提出了有关理论。这些理论,包括用万有引力定律研究太阳系和宇宙中其他类似系统里的固体与液体运动和平衡形状的全部结果,组成了天体力学。”

《天体力学》是经典天体力学的奠基著作。在这部巨著中,拉普拉斯归纳出经典天体力学的基本课题,探讨和研究了太阳系大行星的运动以及月球运动以及卫星运动、彗星运动和潮汐理论等一系列的问题。

据说拉普拉斯更感兴趣的是结果,而不是他怎样得出这些结果。为了避免麻烦,在书中,他常常删去论证,只留下一句乐观的评语“这是显而易见的”。而在这句“显而易见”的后面,他自己常常会花费几个小时,乃至几天的时间去演算那些“显而易见”的结果。而那些普通读者,有的需要花上一星期或者更长的时间去演算,才能明白这些结果是怎么得来的。

傅立叶曾对拉普拉斯这一时期的工作做过评论,他说:“拉普拉斯把他的全部著作用在一个固定的方面,他从来没有偏离过它;沉着冷静地坚持他的观点,一直是他的天才的主要特点。他深入细致地考虑了他的伟大计划,以科学史上无可匹敌的坚忍不拔的精神,毕生致力于这项计划的完成。这个课题的宏大,给他的天才带来应得的荣誉,他承担了撰写他那个时代的《天文学大成》①——《天体力学》的重任。而他的不朽的著作,远远超过了托勒密的著作”。这个评论再恰当不过了,不管拉普拉斯做什么,他都是集中全部力量竭尽全力为这一中心目标而努力。

注释:①古希腊天文学家托勒密的代表作。

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