ЛАПЛАС ПЬЕР СИМОН (1749 г. – 1827 г.)

ЛАПЛАС ПЬЕР СИМОН

(1749 г. – 1827 г.)

Пьер Симон Лаплас родился 24 марта 1749 года во Франции, в местечке Бомон департамента Кальвадос в семье крестьянина Пьера Лапласа. Большинство источников утверждают, что родители будущего ученого были бедны, но есть и сведения, утверждающие обратное. Так, мать Лапласа, Мария-Анна, происходила из преуспевающей фермерской семьи, а отец занимался торговлей сидром. Дядя Пьера был школьным учителем математики, а это также можно считать косвенным свидетельством того, что семейство Лапласов было ближе к мелкой буржуазии, чем к крестьянству.

Как и многие из героев этой книги, происхождение которых не позволяло рассчитывать на беззаботную жизнь, Пьеру Лапласу прочили духовную карьеру. Он был определен в коллеж монахов-бенедиктинцев. В коллеже Пьер Симон проявил прекрасные способности. Он обладал отличной памятью, преуспевал в изучении языков, ораторского искусства и, конечно, математики. Еще не закончив коллеж, Пьер некоторое время преподавал математику в военной школе Бомона.

От намерения сделать карьеру священнослужителя юноша отказался не сразу. Вскоре после окончания школы он поступил на богословский факультет Каннского университета. Но очень быстро Лаплас окончательно осознал, что его призвание – точные науки. Тогда он покинул университет и, вооружившись рекомендательным письмом к Д’аламберу, написанным одним из его преподавателей математики, отправился в Париж.

Выдающийся талант 17-летнего математика произвел впечатление на Д’аламбера. Вскоре, благодаря поддержке знаменитого ученого, Лаплас стал профессором математики Парижской военной школы. Еще перед поездкой в столицу он написал первую научную статью. Теперь же Пьер стал буквально заваливать своими работами Парижскую академию наук. С 1771 года он несколько раз баллотировался в ее действительные члены. Самоуверенность и заносчивость Пьера стала причиной нескольких неудач, однако в 1773 году 24-летний Лаплас все-таки стал адъюнктом Парижской академии. К этому году относится его первая фундаментальная работа в области небесной механики, о которой, как и о других достижениях ученого, мы расскажем немного позже. Параллельно Лаплас занимался исследованиями и в других областях науки.

Карьера молодого ученого складывалась вполне благополучно. В 1784 году он был назначен экзаменатором в Королевский артиллерийский корпус (там он, кстати, в 1785 году экзаменовал 16-летнего Наполеона Бонапарта). Работа эта отнимала много сил, так как о каждом из курсантов Лаплас должен был подавать письменный доклад. Но были и свои плюсы: его имя вскоре стало известно не только в научных, но и в политических кругах. Вскоре 36-летний ученый стал членом Парижской академии наук.

15 мая 1788 года Пьер Лаплас женился. Невеста, Мария-Шарлотта де Курти, была моложе его на 20 лет. У Лапласа было двое детей. Его сын сделал карьеру военного и умер в преклонном возрасте бездетным, а дочь в 1813 году умерла при родах.

В 1790 году Лаплас вошел в комиссию Академии по стандартизации мер и весов. Задачей комитета была разработка и внедрение метрической системы мер. В 1793 году к власти пришли якобинцы.

8 августа 1793 года согласно декрету Конвента были распущены многие королевские учреждения, в том числе и Академия. Комиссия по стандартизации мер и весов продолжала работать, но вскоре Лапласа наряду со многими другими учеными уволили из комиссии с формулировкой за «недостаток республиканских добродетелей и ненависти к королям». Лаплас покинул Париж и отправился в городок Мелен, расположенный в 50 километрах от Парижа. Не исключено, что тем самым он смог избежать печальной участи Лавуазье, который был гильотинирован в мае 1794 года.

Во время вынужденного пребывания в провинции Пьер Симон начал работу над книгой «Изложение системы мира». В ней он попытался по возможности просто и без математических формул изложить картину мира, основанную на теории Ньютона. Книга эта, впервые опубликованная в 1796 году, стала широко известна, и уже при жизни Лапласа выдержала шесть изданий. Знаменитым стало седьмое примечание к этой книге, в которой ученый изложил свою гипотезу происхождения Солнечной системы, так называемую «небулярную» (от лат. nebula – туман) гипотезу (более подробно об этой гипотезе мы расскажем немного позже).

В 1795 году Конвент основал Нормальную школу – высшее учебное заведение по подготовке учителей. Лапласу было предложено место преподавателя в ней. Когда взамен Академии был создан Национальный институт наук и искусств, при нем было основано Бюро долгот, которое возглавил Лаплас. Также ученый получил под свое начало Парижскую обсерваторию. В целом деятельность Лапласа на этих должностях одобрялась коллегами, его, правда, иногда критиковали за то, что он отдавал предпочтение теоретическим исследованиям. Так, бывший учитель Лапласа Д’аламбер позже писал, что во главе обсерватории не должен стоять математик, который пренебрегает всеми наблюдениями, кроме тех, которые нужны для его формул.

9 ноября 1799 года Французская революция завершилась установлением диктатуры Наполеона. Уже на следующий день Бонапарт назначил своего бывшего экзаменатора министром внутренних дел. Правда, в своих мемуарах, написанных на острове Эльба, Наполеон говорил, что в 1799 году он через шесть недель отстранил Лапласа от должности министра, поскольку ученый «внес в правительство дух бесконечно малых». Лаплас пытался на научной основе модернизировать судебную систему таким образом, чтобы суды с наибольшей вероятностью принимали решения, отвечающие сути дела. Но так или иначе, политическая карьера Лапласа при диктаторе складывалась весьма успешно. Вскоре он стал членом Сената, в 1803 году его канцлером, в 1804 году ученый был награжден орденом Почетного легиона, а в 1806-м был удостоен графского титула.

Надо сказать, что многие биографы описывают Лапласа как блестящего ученого и при этом весьма беспринципного карьериста. Мы постараемся беспристрастно излагать факты, не делая каких-либо однозначных выводов и оценок. В 1814 году Лаплас отступился от Наполеона, голосовал в Сенате за низложение своего покровителя, приветствовал реставрацию Бурбонов и присягнул им на верность. Не удивительно, что во время «Ста дней» Лаплас оказался в весьма щекотливом положении и поспешил покинуть Париж. К счастью для него, Бонапарт был слишком занят насущными проблемами и не стал разыскивать своего бывшего протеже. Позже в 1817 году Лаплас получил от Людовика XVIII титул маркиза и стал пэром Франции. В этом же году он вновь стал членом восстановленной Академии наук. И политики, и коллеги-ученые не одобряли излишнюю политическую «гибкость» Лапласа. Незадолго до смерти он совершил еще один сомнительный поступок: отказался подписать письмо Академии наук в поддержку свободы печати.

Теперь обратимся к научным работам и достижениям ученого. Пьер Лаплас интересовался самым широким кругом математических, физических и астрономических проблем. Но широкую известность он получил благодаря исследованиям в области небесной механики. Интересно, что еще в ранней молодости Лаплас составил для себя программу исследований в этом разделе науки и, будучи человеком не только талантливым, но и целеустремленным, полностью ее выполнил. Уже в 1773 году он опубликовал работу «О принципе всемирного тяготения и о вековых неравенствах планет, которые от него зависят». Тем самым он приступил к работе над научной проблемой, решение которой можно назвать одним из самых крупных его вкладов в науку. Чтобы читателю была более ясна суть этой проблемы, мы сделаем некоторые пояснения.

Точность астрономических наблюдений со времен Кеплера сильно возросла. Уже давно было обнаружено, что реальные орбитальные движения планет не полностью соответствуют законам Кеплера. В частности, Кассини, Галлей и некоторые другие астрономы установили наличие так называемых «вековых ускорений»: скорость движения Юпитера со временем возрастает, а Сатурна – уменьшается. Вековое ускорение было обнаружено и у Луны. На основании этого факта многие ученые даже делали вывод о несостоятельности закона тяготения Ньютона. Правда, еще сам Ньютон справедливо утверждал, что ускорение планет как раз является следствием его закона и происходит из-за того, что тела в сложной системе испытывают тяготение не только к Солнцу, но и к другим объектам Солнечной системы, прежде всего, к крупным планетам. Это объяснение, конечно же, было справедливым. Но здесь возник новый вопрос: является ли Солнечная система стабильной структурой? И Ньютон, и Эйлер считали, что сама по себе она неустойчива, и только волей Божьей время от времени восстанавливается постоянно нарушаемое движение планет.

Интересовался этой научной проблемой и Д’аламбер, а, вслед за ним, и Лаплас. Случилось так, что ученик очень быстро затмил своего учителя и покровителя. Уже к 1773 году Лаплас, проведя сложный математический анализ, установил, что вековые ускорения «средних» движений Юпитера и Сатурна равны нулю, а, следовательно, «добавочное» ускорение этих планет время от времени меняет знак. Также на основании своих расчетов Пьер Симон сделал вывод, что взаимное воздействие планет друг на друга не может привести к нарушению целостности Солнечной системы.

Но на этом проблема вековых ускорений была решена не полностью. Оставалось найти объяснения для изменений в движении Луны. Через десять лет Лаплас вновь вернулся к этому вопросу и на этот раз одержал полную победу. В 1784 году он вновь представил Академии наук работу, посвященную вековым ускорениям. В ней он показал, что ускорения Юпитера и Сатурна вызваны их гравитационным взаимодействием и изменяются периодически (с периодом 929,5 лет). Также он объяснил и вековое ускорение Луны. Оказалось, что оно тоже носит периодический характер, и в основе этого явления лежит изменение эксцентриситета орбиты[49] Земли, который, в свою очередь, меняется под действием других планет. На основании своей теории движения Луны Лаплас смог также довольно точно вычислить расстояние от Земли до Солнца и величину сжатия Земли у полюсов. В 1787 году ученый опубликовал работу, в которой еще раз коснулся вопроса устойчивости Солнечной системы. В ней он расширил и дополнил свои предыдущие результаты, показав, что основные характеристики движения планет либо остаются неизменными, либо изменяются обратимо и периодически. И хотя впоследствии другие ученые, например Пуанкаре, не раз возвращались к данной проблеме, включая в расчеты все более новые факторы, считается, что именно Лаплас доказал стабильность Солнечной системы.

И в дальнейшем Пьер Лаплас не утратил интереса к небесной механике. Так, в 1789 году он создал первую полную теорию движения спутников Юпитера. Эта работа была важна не только с точки зрения астрономии. Как мы помним, еще Галилей пытался разработать метод определения географической долготы с помощью данных о движении спутников Юпитера. Во времена Лапласа этот метод был единственным. Но таблицы движения спутников устарели. Таким образом, теория Лапласа позволила решить и прикладную проблему: на ее основании были составлены новые, гораздо более точные таблицы движения спутников Юпитера. Ученый проводил исследования и в других областях небесной механики. Он внес свой вклад в изучение фигур небесных тел, разработку методов определения орбит планет и комет, исследовал перемещение полюса Земли, разработал динамическую теорию приливов. Все результаты своих исследований Лаплас собрал в пятитомном труде «Трактат о небесной механике», первые два тома которого были опубликованы в 1798 и 1799 годах, а последний – в 1825 году.

Следует уделить внимание и уже упоминавшейся небулярной гипотезе Лапласа. Согласно ей Солнечная система образовалась из вращающейся горячей газовой туманности, которая окружала молодое Солнце и, постепенно остывая, сжималась под действием сил тяготения. По мере уменьшения размеров туманности скорость ее вращения увеличивалась. Центробежные силы стали сравнимы с силами тяготения, и в результате образовался околосолнечный диск, впоследствии разделившийся на кольца. Из-за силы взаимного притяжения составляющие части кольца, в конце концов, образовали планеты. Гипотеза Лапласа оставалась популярной на протяжении ста лет. В наше время она утратила свою состоятельность, но отдельные ее положения составляют основу современных представлений о происхождении Солнечной системы.

Кроме заслуг в астрономии, Пьеру Лапласу принадлежит целый ряд достижений в других областях науки. С самого начала своей научной деятельности Лаплас публиковал результаты своих математических исследований. Он стал одним из основателей строгой теории вероятности, разработал математическую «теорию ошибок», математически обосновал найденный Гауссом и Лежандром метод наименьших квадратов. В 1812 году Пьер Симон опубликовал результаты своих математических исследований в ставшем классическим труде «Аналитическая теория вероятности».

В 1780 году Лаплас вместе с Лавуазье занялся вопросом сравнения процессов, происходящих в живых и в неживых системах. Используя изобретенный ими ледяной калориметр, ученые в частности показали, что процесс дыхания является одной из форм окисления. Для Лавуазье эти опыты были только частью целой серии работ, которые великий химик провел, изучая процессы горения, окисления и дыхания. Но для Лапласа данная область стала совершенно новой, и изучение процессов дыхания положило начало его физическим исследованиям. Он внес серьезный вклад в изучение капиллярных явлений, развитие теории потенциала, вывел формулу для вычисления скорости распространения звука в воздухе, стал одним из создателей теории движения тел с переменной массой, которая лежит в основе современной теории движений ракет.

Последние годы Пьер Лаплас провел в городке Аркель близ Парижа. Он продолжал работать над изданием «Трактата о небесной механике». Зимой 1827 года Лаплас заболел. Утром 5 марта 1827 года его не стало. По легенде, перед смертью ученый сказал: «То, что мы знаем, так ничтожно по сравнению с тем, чего мы не знаем». Несмотря на весьма неоднозначное отношение к ученому в научной среде, академики не могли не почтить его научный талант. Заседание Академии, назначенное на этот день, не состоялось по причине траура. Шесть месяцев место Пьера Симона Лапласа в Академии оставалось вакантным.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.