Pierre-Simon Laplace

Napoleon는 Laplace의 최신 저서에 대해 듣고 말했습니다. "M. Laplace, 당신이 우주 체계에 관한 이 큰 저서를 썼다고 들었는데, 그 창조자를 언급한 적이 한 번도 없다고 하네요."

Pierre-Simon, marquis de Laplace는 공학, 수학, 통계, 물리학, 천문학, 철학의 발전에 중요한 기여를 한 프랑스 학자이자 박학자였습니다. 그는 5권으로 이루어진 저서 Mécanique Céleste 천체역학 1799–1825에서 그의 선대 학자들의 업적을 정리하고 발전시켰습니다. 이 저서는 고전역학의 기하학적 연구를 미적분학 기반의 연구로 전환하여 더 광범위한 문제들을 다룰 수 있게 했습니다. 통계학에서는 확률의 베이지안 해석이 주로 Laplace에 의해 개발되었습니다.

Laplace는 Laplace 방정식을 공식화했으며, 수학물리학의 많은 분야에 나타나는 Laplace 변환을 개척했습니다. 그는 이 분야의 형성에 주도적인 역할을 했습니다. 수학에서 광범위하게 사용되는 Laplacian 미분 연산자도 그의 이름을 따서 명명되었습니다. 그는 태양계 기원의 성운 가설을 다시 정리하고 발전시켰으며, 블랙홀의 존재와 중력 붕괴의 개념을 처음으로 제시한 과학자 중 한 명이었습니다.

Laplace는 모든 시대의 위대한 과학자 중 한 명으로 기억됩니다. 때때로 프랑스의 Newton이나 프랑스의 Newton으로 불리며, 그의 동시대인 누구보다 뛰어난 탁월한 수학적 재능을 소유하고 있다고 평가받았습니다. 그는 1784년 Napoleon이 Paris의 École Militaire에 다닐 때 그의 시험관이었습니다. Laplace는 1806년 제국의 백작이 되었고, 부르봉 왕정 복고 이후 1817년에 후작으로 명명되었습니다.

초기 생활

Laplace의 생활에 대한 일부 세부사항은 알려져 있지 않습니다. 1925년에 Lisieux 근처 Saint Julien de Mailloc의 가족 성(château)이 그의 증손자인 Comte de Colbert-Laplace의 집에서 불타면서 기록들이 소각되었기 때문입니다. 다른 기록들은 1871년 Paris 근처 Arcueil의 그의 집이 약탈되었을 때 이미 파괴되었습니다.

Laplace는 1749년 3월 23일 Normandy의 Beaumont-en-Auge에서 태어났으며, 이곳은 Pont l'Évêque 서쪽으로 4마일 떨어진 마을입니다. W. W. Rouse Ball에 따르면, 그의 아버지 Pierre de Laplace는 Maarquis의 작은 영지를 소유하고 경영했습니다. 그의 큰삼촌인 Maitre Oliver de Laplace는 Chirurgien Royal의 칭호를 가지고 있었습니다. 제자에서 시작하여 Beaumont의 학교에서 교사가 되었던 것으로 보입니다. 그러나 d'Alembert에게 소개 편지를 얻은 후, 그는 자신의 운명을 개선하기 위해 Paris로 갔습니다. 그러나 Karl Pearson은 Rouse Ball의 설명에 있는 부정확성들에 대해 신랄하게 비판하며 다음과 같이 말합니다:

실제로 Caen은 아마도 Laplace의 시대에 Normandy의 모든 도시 중 가장 지적으로 활발한 도시였습니다. 이곳이 Laplace가 교육받았고 임시 교수였던 곳입니다. 이곳에서 그는 1766–1769년의 Turin의 Royal Society Mélanges에 출판된 첫 번째 논문을 썼으며, 이는 적어도 그가 22~23세에 1771년 Paris로 가기 2년 전이었습니다. 따라서 그가 20세 이전에 Turin의 Lagrange와 연락을 취하고 있었습니다. 그는 농촌의 자급자족하는 시골 소년으로 농민 배경만 가지고 Paris로 간 것이 아닙니다! 1765년 16세에 Laplace는 Beaumont의 "Orleans 공작 학교"를 떠나 Caen 대학교에 갔으며, 여기서 그는 5년간 공부했던 것으로 보이며 Sphinx의 회원이었습니다. Beaumont의 'École Militaire'는 1776년까지 옛 학교를 대체하지 않았습니다.

그의 부모인 Pierre Laplace와 Marie-Anne Sochon은 여유 있는 가정에서 나왔습니다. Laplace 가족은 최소한 1750년까지 농업에 종사했지만, Pierre Laplace 선대는 또한 사과주 상인이자 Beaumont 마을의 신디컴(syndic)이었습니다.

Pierre Simon Laplace는 Benedictine 수도원이 운영하는 마을의 학교에 다녔으며, 그의 아버지는 그가 로마 가톨릭 교회에 서품받기를 원했습니다. 16세에 아버지의 의도를 구현하기 위해 그는 신학을 공부하기 위해 Caen 대학교로 보내졌습니다.

대학교에서 그는 두 명의 열정적인 수학 교사인 Christophe Gadbled와 Pierre Le Canu의 멘토링을 받았으며, 그들은 그의 수학에 대한 열정을 깨웠습니다. 여기서 Laplace의 수학자로서의 재능이 빠르게 인정되었고, 여전히 Caen에 있을 때 그는 Sur le Calcul integral aux differences infiniment petites et aux differences finies라는 논문을 작성했습니다. 이것은 Laplace와 Lagrange 사이의 첫 번째 교류를 제공했습니다. Lagrange는 13년 선배였으며, 그의 모국 Turin에 최근에 Miscellanea Taurinensia라는 저널을 설립했으며, 그의 많은 초기 작업들이 이곳에 출판되었고 Laplace의 논문은 이 시리즈의 4번째 권에 실렸습니다. 이 무렵에 그는 신직에 대한 소명이 없음을 깨닫고 전문 수학자가 될 것을 결심했습니다. 어떤 출처들은 그가 그 후 교회와 결별하고 무신론자가 되었다고 말합니다. Laplace는 신학 학위를 받지 않았지만, Le Canu의 소개 편지를 가지고 당시 과학 계에서 최고 권위자였던 Jean le Rond d'Alembert에게 Paris로 떠났습니다.

그의 증손자에 따르면, d'Alembert는 그를 오히려 박하게 맞이했고, 그를 없애기 위해 두꺼운 수학 책을 주면서 읽었을 때 다시 오라고 말했습니다. Laplace가 며칠 후 다시 왔을 때, d'Alembert는 더욱 불친절했고 Laplace가 그 책을 읽고 이해했을 가능성이 없다는 자신의 의견을 숨기지 않았습니다. 그러나 그를 심문한 후, 그는 그것이 사실임을 깨달았고, 그때부터 그는 Laplace를 자신의 보호 아래 두었습니다.

또 다른 설명은 Laplace가 d'Alembert가 다음 주 제출을 위해 주설 문제를 하룻밤에 풀었고, 다음 밤에 더 어려운 문제를 풀었다는 것입니다. d'Alembert는 감탄했고 그를 École Militaire의 교직에 추천했습니다.

안정적인 수입과 무겁지 않은 교직을 가지고, Laplace는 이제 자신을 독창적인 연구에 헌신했고 그 다음 17년인 1771–1787년에 그는 천문학에서 많은 독창적인 업적을 생산했습니다.

1780–1784년부터 Laplace와 프랑스 화학자 Antoine Lavoisier는 여러 실험적 조사에 협력했으며, 그 업무를 위해 자신들의 장비를 설계했습니다. 1783년에 그들은 열에 관한 회고록(Memoir on Heat)이라는 공동 논문을 출판했으며, 이곳에서 그들은 분자 운동의 운동학 이론을 논의했습니다. 그들의 실험에서 그들은 다양한 물체의 비열과 온도 증가에 따른 금속의 팽창을 측정했습니다. 그들은 또한 압력 하에서 에탄올과 에테르의 끓는점을 측정했습니다.

Laplace는 더욱 Marquis de Condorcet에게 깊은 인상을 주었고, 이미 1771년까지 Laplace는 프랑스 과학 아카데미의 회원자격을 받을 자격이 있다고 생각했습니다. 그러나 그 해 입학은 Alexandre-Théophile Vandermonde에게 가서 1772년에는 Jacques Antoine Joseph Cousin에게 갔습니다. Laplace는 불만이 있었고, 1773년 초 d'Alembert는 Berlin의 Lagrange에게 편지를 썼어 Laplace를 위해 그곳에서 직책을 찾을 수 있는지 물었습니다. 그러나 Condorcet이 2월에 Académie의 상임 비서가 되었고 Laplace는 3월 31일에 24세의 나이에 준회원으로 선출되었습니다. 1773년 Laplace는 행성 운동의 불변성에 관한 논문을 Académie des Sciences 앞에서 낭독했습니다. 그 해 3월 그는 아카데미에 선출되었으며, 그곳이 그가 자신의 과학의 대부분을 수행한 곳입니다.

1788년 3월 15일, 39세의 나이에 Laplace는 Besançon의 '좋은' 가정에서 온 18세의 여성 Marie-Charlotte de Courty de Romanges와 결혼했습니다. 결혼식은 Paris의 Saint-Sulpice에서 거행되었습니다. 부부는 아들 Charles-Émile 1789–1874와 딸 Sophie-Suzanne 1792–1813을 두었습니다.

분석, 확률, 그리고 천문학적 안정성

Laplace의 초기 출판 작업은 1771년 미분 방정식과 유한 차분으로 시작했지만 그는 이미 확률과 통계의 수학적 및 철학적 개념에 대해 생각하고 있었습니다. 그러나 1773년 Académie에 선출되기 전에 그는 이미 그의 명성을 확립할 두 논문을 초안했습니다. 첫 번째인 Mémoire sur la probabilité des causes par les événements는 결국 1774년에 출판되었고, 두 번째 논문은 1776년에 출판되어 그의 통계적 사고를 더욱 상세히 설명했으며, 또한 천체역학과 태양계의 안정성에 대한 그의 체계적인 작업을 시작했습니다. 두 분야는 항상 그의 마음에서 서로 연결되어 있었습니다. "Laplace는 확률을 지식의 결손을 수리하는 도구로 삼았습니다." Laplace의 확률과 통계에 대한 작업은 아래에서 확률의 분석 이론에 대한 그의 성숙한 작업과 함께 논의됩니다.

태양계의 안정성

Sir Isaac Newton은 1687년에 Philosophiae Naturalis Principia Mathematica를 출판했으며, 여기서 그는 행성의 운동을 설명하는 Kepler의 법칙을 자신의 운동 법칙과 만유인력 법칙으로부터 유도했습니다. 그러나 Newton은 개인적으로 미적분학의 방법을 개발했지만, 그의 모든 출판된 작업은 행성 간의 상호 작용의 더 미묘한 고차 효과를 설명하는 데 부적합한 번거로운 기하학적 추론을 사용했습니다. Newton 자신은 전체에 대한 수학적 해결의 가능성을 의심했고, 태양계의 안정성을 보장하기 위해 주기적인 신의 개입이 필요하다는 결론에 이르렀습니다. 신의 개입 가설을 버리는 것은 Laplace의 과학적 삶의 주요 활동이 될 것입니다. 현재 일반적으로 Laplace의 방법은 그 자체로는 이론의 발전에 중요하지만 태양계의 안정성을 입증하기에 충분히 정확하지 않으며, 실제로 태양계는 혼돈적인 것으로 이해되지만, 비교적 안정해 있습니다.

관측 천문학의 한 가지 특별한 문제는 Jupiter의 궤도는 축소되는 것으로 나타나고 Saturn의 궤도는 확대되는 것으로 나타나는 명백한 불안정성이었습니다. 이 문제는 1748년 Leonhard Euler에 의해, 1763년 Joseph Louis Lagrange에 의해 다루어졌지만 성공하지 못했습니다. 1776년 Laplace는 추정된 광선 에테르나 즉시 작용하지 않는 중력 법칙의 가능한 영향을 처음 탐구한 회고록을 출판했습니다. 그는 궁극적으로 Newton 중력에 대한 지적 투자로 돌아갔습니다. Euler와 Lagrange는 운동 방정식의 작은 항들을 무시함으로써 실질적인 근사를 했습니다. Laplace는 항들 자체는 작지만, 시간에 걸쳐 통합되면 중요해질 수 있다는 것을 주목했습니다. Laplace는 자신의 분석을 고차 항들로 확대하여 3차항까지 포함했습니다. 이 더 정확한 분석을 사용하여 Laplace는 모든 두 행성과 태양은 상호 평형에 있어야 하며, 그에 따라 태양계의 안정성에 대한 자신의 작업을 시작했습니다. Gerald James Whitrow는 이 업적을 "Newton 이후 물리 천문학에서 가장 중요한 진전"이라고 설명했습니다.

Laplace는 모든 과학에 대해 광범위한 지식을 가지고 있었고 Académie의 모든 논의를 지배했습니다. Laplace는 분석을 물리적 문제를 공격하는 수단으로 간주한 것으로 보이지만, 필요한 분석을 발명한 능력은 거의 기적에 가까웠습니다. 그의 결과가 참인 한, 그는 그것에 도달한 단계들을 설명하기 위해 거의 노력하지 않았습니다. 그는 자신의 과정에서 우아함이나 대칭성을 연구하지 않았으며, 어떤 수단으로든 논의 중인 특정 질문을 해결할 수 있으면 그것으로 충분했습니다.

조석 동역학

조석의 동적 이론

Newton이 조석을 조석 발생 력을 기술하여 설명하고 Bernoulli가 조석 퍼텐셜에 대한 지구 위 물의 정적 반응의 설명을 제시한 반면, 1775년 Laplace에 의해 개발된 조석의 동적 이론은 조석력에 대한 해양의 실제 반응을 설명합니다. Laplace의 해양 조석 이론은 마찰, 공명, 그리고 해양 분지의 자연 주기를 고려했습니다. 그것은 세계 해양 분지의 큰 무진동 체계를 예측하고 실제로 관측되는 해양 조석을 설명합니다.

태양과 달의 중력 구배에 기반하지만 지구의 자전, 대륙의 영향, 그리고 다른 중요한 효과를 무시하는 평형 이론은 실제 해양 조석을 설명할 수 없었습니다.

측정으로 이론이 확인되었기 때문에, 많은 것들이 이제 가능한 설명을 가지고 있습니다. 예를 들어 조석이 깊은 해령과 해산 사슬과 상호작용하여 깊은 와류를 발생시키