Докладніше про П’єра Лапласа

Відомий французький астроном, фізик і математик П’єр Симон Лаплас народився 23 березня 1749 р. (помер 5 березня 1827 р.). Відмітимо, що в літературі вказується й інша дата народження вченого: 28 березня згідно з відомим літературно-біографічним словником Поггендорфа. На дату ж 23 березня вказують деякі інші джерела, зокрема «Астрономічна бібліографія» (1803 р.) французького астронома Лаланда (1732—1807).

Лаплас народився в невеликому містечку Бомон, розміщеному на березі річки Ож в Нижній Нормандії, в сім’ї корінного селянина. З 7 до 16 років він навчався в школі чернецького ордену бенедиктинців у Бомоні. Там хлопець опанував древні мови, зокрема латинську, а також вивчав математику, класичну літературу, теологію, змалку відзначаючись прекрасною пам’яттю і блискучими здібностями. Навчаючись в цій школі, Лаплас самостійно вивчав складніші праці з математики і механіки, які виходили за рамки програми. В цей період він ознайомився з працями Ньютона стосовно механіки і теорії всесвітнього тяжіння, яка тільки почала розповсюджуватися у Франції. Тоді ж він вивчав праці відомих діячів епохи Просвіти: Д’Аламбера, Дідро, Гельвеція, Гольбаха та ін. Після закінчення школи Лаплас вступив до університету, де самостійно виконав свою першу серйозну наукову працю з математики. Тоді йому було 17 років,

Декілька років Лаплас викладав математику у військовій школі в Бомоні. Проте здібного юнака вабив Париж. Тоді Паризька академія наук була на вершині свого розквіту, а найвпливовішою особою в Академії був Ж. Л. Д’Аламбер (1717—1783). Приїхавши 1766 р. до Парижа з рекомендаційними листами, Лаплас намагався зустрітися з ним. Але привернути увагу Д’Аламбера йому довго не вдавалося. Тоді юнак передав йому свої погляди на основні принципи механіки і перспективи її розвитку, викладені на папері. Обізнаність Лапласа справила на Д’Аламбера сильне враження. Минуло декілька днів — і завдяки рекомендаціям відомого вченого 19-річний Лаплас став на посаду професора математики Королівської військової школи в Парижі. Його матеріальний статок в той час був незначним, проте Лаплас посилено займався науковими дослідженнями. За цей час він написав цілу низку оригінальних досліджень з теорії ймовірностей, математики і небесної механіки.

1772 р. кандидатура Лапласа була виставлена на балотування для обрання до Паризької академії наук. Тоді членами Академії могли бути не тільки крупні вчені, але й талановиті молоді люди. Проте надії Лапласа не справдились — його забалотували. Він розпочав клопотання про вступ до Берлінської академії наук, але це питання через кілька місяців втратило актуальність, оскільки 1773 р. Лаплас був обраний до Паризької академії наук як ад’юнкт-механік (один з найнижчих вчених ступенів в Академії). Разом з цим він одержав офіційне визнання і можливість активно проводити наукову роботу.

1776 р. Королівська військова школа була реорганізована, і Лапласа звільнили з посади професора, призначивши йому пенсію. 1785 р. він став повноправнимчленом Паризької академії наук. Того ж року, будучи екзаменатором Королівського артилерійського корпусу, ти прийняв іспит у 16-річного Наполеона Бонапарта.

В березні 1788 р. Лаплас одружився з Шарлоттою де Курті, а через рік в них народився син Шарль Еміль П’єр Жозеф.

1790 р. у Франції була створена Комісія для запровадження єдиної системи мір і вагів, а Лаплас був обраний її головою. Проте незабаром за розпорядженням республіканського уряду він був змушений залишити цю посаду. Після революції у Франції вчений брав активну участь в організації Вищої нормальної школи, куди згодом був запрошений як викладач математики. 1795 р. в Парижі було створене Бюро довгот, а Лаплас став одним із його керівників. Того ж року у Франції був організований Національний інститут республіки, а 1796 р. вченого обрали головою фізико-математичного відділу цього закладу. 1799 р., після повернення Бонапарта до влади, Лапласа призначили міністром внутрішніх справ. Проте цю посаду він обіймав недовго і через півтора місяця був змушений вийти у відставку. Тоді ж Лаплас одержав титул графа. 1806 р. Лаплас купив будинок в Аркейлі поблизу Парижа, куди і переїхав з сім’єю. Разом із своїм товаришем — сусідом Бертолле він організував відоме в історії науки Аркейльське наукове товариство, до якого входило багато талановитих вчених, в основному фізиків. В перший рік царювання Людовика XVIII (1817 р.) Лаплас одержав титул маркіза і звання пера Франції.

Свої основні наукові роботи Лаплас опублікував протягом 1773—1789 рр. Найбільше уваги він приділив питанням небесної механіки, разом з тим вирішуючи проблеми космогонії, математичної фізики, математики та ін. Термін «небесна механіка» запровадив сам Лаплас — його капітальна п’ятитомна праця, що друкувалася протягом і799—1825 рр., вийшла під назвою «Трактат про небесну механіку». В ній вчений підсумував і розвинув досягнення своїх попередників, зокрема реалізував ідеї і методи І. Ньютона (1643—1727), викладені в «Математичних основах натуральної філософії». Лаплас довів динамічну стабільність Сонячної системи за умови знехтування припливним тертям протягом коротких проміжків часу. Відмітимо, що для тривалих часових проміжків, як було показано на початку 90-х років XX ст., це припущення не підтвердилось. Вчений запропонував свій спосіб доведення незмінності середніх рухів планет, показавши, що ексцентриситети і нахили планетних орбіт одна до одної завжди сталі і невеликі. Застосовуючи методи аналітичної механіки, Лаплас дослідив низку питань, пов’язаних з теорією руху небесних тіл і фігур їхньої рівноваги. 1773 р. вийшла його важлива праця «Про принципи всесвітнього тяжіння і про вікові нерівності планет, які від нього залежать». Вченому вдалося узгодити теорію тяжіння Ньютона з відхиленнями в русі планет-гігантів Юпітера і Сатурна, які до того часу вже давно були помічені, але не мали пояснення. Цим Лаплас показав, що на основі закону всесвітнього тяжіння можна пояснити і передбачити рух тіл Сонячної системи.

1796 р. Лаплас опублікував свою велику працю «Виклад системи світу», яка за життя вченого перевидавалася п’ять разів до 1824 р. і відразу стала дуже популярною. Вчений написав її в містечку Мелен, куди 1793 р. тимчасово переїхав, рятуючись від якобінського терору. В цій праці без жодної формули дуже доступно подана вся сума астрономічних знань тієї епохи: описані різні системи календарів, умови затемнень світил, рух комет, планет і їхніх супутників, розміри, власні рухи зір та відстані до них, явища прецесії і рефракції, теорія всесвітнього тяжіння та ін.

Багато уваги Лаплас приділив дослідженню руху комет. Використовуючи закони небесної механіки, він вирішував проблему походження короткоперіодичних комет. Вчений вважав комети міжзоряними прибульцями, які випадково потрапляють у сферу притягання Сонця. На основі проведених з Лавуазьє дослідів Лаплас вперше висловив припущення про те, що до складу кометних ядер входить лід. Але воно згодом було забуте, що сповільнило розвиток уявлень про природу комет.

За допомогою математичних обчислень Лаплас показав, що кільце Сатурна є неоднорідним. Згодом його висновок був підтверджений теоретично Дж. К. Максвеллом, експериментально А. А. Бєлопольським і Дж. Е. Кілером (детальнішу інформацію про ці дослідження можна знайти в «Короткому астрономічному календарі на 1995 р.», Київ, Наукова думка, 1994, с. 188—190).

Вагомий внесок Лапласа у вивчення руху чотирьох найяскравіших супутників Юпітера. 1789 р. він сформулював декілька законів руху цих тіл і визначив їхні маси. Вчений дослідив вікове прискорення в русі Місяця, 1693 р. помічене англійським астрономом Е. Галлеєм (1656—1742), встановивши його природу і теоретично обчисливши його величину. В III томі «Трактату про небесну механіку» Лаплас дав повний виклад нової теорії Місяця, за якою згодом були складені та опубліковані нові таблиці його руху. Лаплас теоретично обчислив відстань системи Земля — Місяць до Сонця. Запропонований ним метод був дуже цінним, оскільки до Лапласа цю відстань найточніше визначали з обробки спостережень проходження Венери по диску Сонця. А це явище відбувається рідко, до того ж організації експедицій для таких спостережень потребували значних затрат. Лаплас теоретично дослідив питання про форму Землі, створив динамічну теорію океанічних припливів, вперше розглянув явище припливів у земній атмосфері, набагато детальніше, ніж Д’Аламбер, дослідив явища прецесії і нутації. 1780 р. вчений розробив новий спосіб визначення орбіт нововідкритих планет і комет. Важливими є запропоновані ним методи врахування збурень в русі небесних тіл.

В історії розвитку космогонії важливе місце посідає небулярна (від латинського слова «nebula» — «туманність») гіпотеза Лапласа про утворення Сонячної системи, яка була дуже популярною до середини XX ст. Вперше її суть була стисло опублікована 1796 р. у «Викладі системи світу». Наступні видання цієї праці містили небулярну гіпотезу у повному вигляді, проте без жодної формули; її математичну обробку значно пізніше виконали французькі вчені Е. А. Рош (1820—1883) і А. Пуанкаре (1854—1912). Незалежно, оригінальним способом Лаплас описав сценарій утворення Сонячної системи, близький за своєю суттю до уявлень Канта. Відмітимо, що анонімний твір «Загальна історія природи і теорія неба», який вийшов 1755 р. і належав Канту, практично не був відомим для вчених — сучасників Канта аж до 1791 р. Гіпотеза ж Лапласа відразу привернула увагу наукової громадськості того часу і мала вплив на розвиток науки. І тільки значно пізніше дві незалежні гіпотези були об’єднані під назвою «гіпотеза Канта-Лапласа».

За Лапласом, Сонячна система виникла з великої гарячої розрідженої газової туманності. Вона оберталася навколо своєї осі, а в її центрі був великий згусток — молоде Сонце, яке теж оберталося. Спочатку туманність і первинне Сонце оберталися як тверде тіло, тобто з однаковою кутовою швидкістю. Поступово остигаючи, вона стискувалася, а швидкість її обертання зростала. Оскільки відцентрова сила найбільша для точок екватора, то туманність сплющувалася поблизу полюсів, витягуючись в екваторіальній площині. В процесі стискання частинки матерії на певних відстанях від осі обертання туманності набували швидкості, достатньої для врівноваження відцентровою силою сили притягання до центра. Таким чином, частинки екваторіальної області відшаровувались, а кожен з утворених шарів обертався навколо центрального згустку зі сталою швидкістю, відмінною для різних шарів. З газової туманності поступово виникла система неоднорідних тонких газових кілець, з яких поступово формувалися планети. В рамках своєї гіпотези Лаплас пояснив добове обертання планет і наявність в них супутників.

Вченому належать фундаментальні роботи з диференційних рівнянь, зокрема він розробив перші загальні методи інтегрування рівнянь в частинних похідних. Лаплас розвинув теорію потенціалу і ввів сферичні функції; важливий його внесок в розвиток методу найменших квадратів.

Лаплас був обізнаним і вмілим спеціалістом в деяких галузях фізики і хімії. Разом з Лавуазьє він визначав теплоємність різних речовин, сконструювавши для цього льодовий калориметр. Лаплас розробив теорію капілярності, одержав вираз для обчислення швидкості звуку в повітрі, вивів барометричну формулу для різниці висот двох пунктів, відкрив закон взаємодії між елементом струму і магнітним полюсом, одержав формулу для поверхневого натягу рідин і т. д. Його барометрична формула, яка виражає залежність густини повітря від висоти над поверхнею Землі, широко застосовується і в наш час в дослідженнях планетних атмосфер.

Лаплас був членом-кореспондентом наукових товариств у Турині і Копенгагені, членом багатьох академій наук, зокрема іноземним почесним членом Петербурзької АН. Він виховав блискучу школу механіків, астрономів і математиків.

Л. М. Свачій

Джерело: Астрономічний календар 1999