天體力學大師拉普拉斯

Mondo 文化 更新 2024-02-26

“上帝在西方的所有領域都擁有絕對的權威。 ”

牛頓在1687年出版的《自然哲學原理》中提出,儘管他的力學基本定律和萬有引力定律可以部分解釋太陽系中行星的運動,但仍有一組“不可解”的複雜方程。 他推斷,“上帝的干預”對於保持太陽系的穩定是必要的。

直到拉普拉斯在他的《天體力學力學》一書中,他提出了計算行星及其衛星運動的框架,有效地揭示了太陽系的穩定性,而無需神的干預。

當拿破崙問他為什麼在他的發現中沒有提到上帝時,拉普拉斯回答說:“我不需要這個假設。 “他把上帝從科學的祭壇上趕走了,讓我們來看看天體力學大師拉普拉斯。

輪廓

拉普拉斯(1749-1827)是法國天文學家、分析家、概率論家和物理學家,也是法國科學院院士。 他於 1749 年 3 月 23 日出生於法國西北部卡爾瓦多斯的博蒙特-諾熱,1827 年 3 月 5 日卒於巴黎。 他是天體力學的主要創始人,也是天體進化的創始人之一。

拉普拉斯長期從事大行星運動理論和月球運動理論的研究,在總結前輩研究的基礎上取得了大量重要成果,這些成果集中在他的巨著《天體力學》的5卷和16卷中, 1799 年和 1825 年出版。在這部著作中,首先提出了“天體力學”一詞,是經典天體力學的代表著作。 拉普拉斯被稱為法國牛頓和天體力學之父。

主要成就:

木星-土星軌道問題。

拉普拉斯將牛頓的萬有引力定律應用於整個太陽系,並在1773年解決了當時乙個著名的難題:解釋為什麼木星的軌道在縮小,而土星的軌道在膨脹。 也就是說,它證明了木星和土星的軌道將在數千年的週期內圍繞平均值振盪。

這是因為木星繞太陽的五個軌道與繞土星公轉兩次所需的時間相吻合,這種“共振”允許它們相互施加的擾動連續疊加數百年,一系列看似可以忽略不計的影響,如果時間安排得當,可以產生非常真實的長期影響。 結果,木星以螺旋狀緩慢向內移動,土星逐漸向外移動。

拉普拉斯在數學上證明了行星平均運動的不變性,即行星的軌道大小只是周期性地變化,並證明了它是偏心率和3的冪。 這被稱為拉普拉斯定理。

太陽系穩定性問題。

在太陽系中,八大行星為何能在太陽繞行期間在相互干擾下保持長期穩定,是乙個涉及複雜而困難的多體運動計算的令人費解的問題,長期以來一直沒有得到解決。

1786年,拉普拉斯完成了對許多天體運動的計算,並提出了由許多天體相互作用引起的行星進動,但他用數學證明,這些進動的數量級不僅與其軌道運動相比非常小,而且還具有“自我修復”,使整個太陽系穩定。

星雲的起源問題。

拉普拉斯在1796年詳細闡述了恆星的星雲起源。 根據拉普拉斯的說法,太陽系是由乙個旋轉的熱氣體星雲形成的。 星雲氣體因冷卻而收縮,因此旋轉加速,離心作用增大,形狀逐漸趨於扁平圓盤。 當旋轉的外部氣體的離心作用如此之大,以至於它與星雲內部分離,並繼續收縮時,它就形成了乙個環。 星雲繼續收縮,分離過程一次又一次地重複。 每個環中的物質相互吸引,最後凝結成一顆行星,星雲的中心部分凝結成太陽。

拉普拉斯的理論統一了太陽系行星運動的各向同性、共面性和近圓性,這比德國哲學家伊曼紐爾·康德40年前提出的星雲理論更合理。

在《天體力學》的結尾,拉普拉斯說了一段非常有啟發性的段落,他說:“如果乙個人侷限於收集現象,那麼這樣的科學家只是'溫室裡的花朵',他無法認識到自然界的偉大規律。 只有把各種現象相互比較,挖掘其中的深層關係,才能找出其中的規律。 ”

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