为了把自然史变成一门真正的科学,人们必须致力于那些能够告诉我们的调查,不是某某动物的特殊形状,而是自然界在动物产生和保存中的一般程序。
Pierre Louis Moreau de Maupertuis是一位法国数学家、哲学家和文学家。他成为科学院院长,并在腓特烈大帝的邀请下成为普鲁士科学院的第一任主席。
Maupertuis进行了一次拉普兰探险以确定地球的形状。他通常被认为发明了最小作用原理;一个版本被称为Maupertuis原理——一个确定物理系统所遵循路径的积分方程。他在自然史方面的工作与现代科学有关,因为他涉及到了遗传和生存斗争的方面。
传记
Maupertuis出生于法国圣马洛,来自一个中等富裕的商人-私掠船家族。他的父亲René曾从事过许多对君主制至关重要的企业,因此在社会和政治上都很兴旺。这位儿子由私人家教Nicolas Guisnée接受数学教育,完成正规教育后,他的父亲为他争取了一个主要是名义上的骑兵职位。在骑兵队中服役三年后,在这期间他接触到了时尚的社交和数学圈子,他搬到了巴黎,开始建立自己作为数学家和文学机智者的声誉。1723年他被录入科学院。
他早期的数学工作围绕vis viva争议进行,Maupertuis为此发展和扩展了Isaac Newton的工作,其理论当时在英国以外还未被广泛接受,并反对日益衰落的笛卡尔力学。在1730年代,地球的形状成为竞争性力学体系之间战争的焦点。Maupertuis基于他对Newton的阐述,在他的导师Johan Bernoulli的帮助下,预测地球应该是扁球体,而他的对手Jacques Cassini通过天文测量认为地球是长球体。1736年Maupertuis担任路易十五国王派往拉普兰的法国大地测量任务的负责人,以测量子午线弧度的长度。他发表的结果在一本详细说明他的程序的书中,本质上解决了有利于他的争议。该书包括探险的冒险叙事以及瑞典Käymäjärvi铭文的说明。回家后,他成为欧洲几乎所有科学学会的成员。
拉普兰探险之后,Maupertuis开始推广他早期的数学工作,提出最小作用原理作为一个形而上学的原理,它是所有力学定律的基础。他也扩展到生物领域,匿名出版了一本既是科普著作、又是哲学著作,还带有色情内容的书:Vénus physique。在那部著作中,Maupertuis提出了一个生成理论,即生殖理论,其中有机物质拥有自我组织的"智能",类似于当代关于亲合力的化学概念,这部著作被广泛阅读,并得到了Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon的好评。他后来在一部更正式的笔名作品中进一步发展了他关于生物的观点,探讨了遗传,收集了确认双亲贡献的证据,并将变异视为统计现象。
1740年Maupertuis应腓特烈二世的邀请前往柏林,并参加了Mollwitz战役,在那里被奥地利人俘获。获释后他返回柏林,然后回到巴黎,在1742年被选为科学院院长,第二年被录入法兰西学院。1744年再次应腓特烈二世的愿望返回柏林,他在1746年被选为普鲁士皇家科学院院长,在他的余生中借助Leonhard Euler的帮助管理该院。七年战争在他的祖国和他的赞助人之间爆发,他的地位变得极其尴尬,他的声誉在巴黎和柏林都受到了损害。发现自己的健康状况在下降,他于1757年退隐到法国南方,但在1758年前往Basel,一年后在那里去世。Maupertuis的难相处的性格使他陷入了持续的争执中,他在生命的后期与Samuel König和Voltaire的争议就是例子。
"他所做的许多事情的光彩被他留下未完成工作的倾向、未能实现自己潜力的失败所削弱。正是天才的洞察力引导他走向最小作用原理,但理智能量或严谨的不足阻止了他给予它Lagrange后来会提供的数学基础……他在遗传、理解物种发展的机制、甚至免疫学方面表现出了卓越的感知力,但没有一个完全阐述的理论。他的哲学著作是他最令人着迷的:大胆、令人兴奋、论证充分。"
进化论
一些科学史学家指出他在生物学中的工作是进化论发展的重要先驱,特别是自然选择论。其他作家辩称他的言论是简短的、模糊的或与那个特定论证无关的。Mayr的结论是"他既不是进化论者,也不是自然选择论的创始人之一,他是遗传学的先驱之一"。Maupertuis信奉泛生殖说,假设来自母亲和父亲的粒子负责孩子的性状。Bowler将他的功劳归功于关于遗传、人类种族的自然起源以及生命形式可能随时间而改变这一想法的研究。
Maupertuis是自然神学家的强烈批评者,指出与良善而睿智的造物主概念不相容的现象。他也是最早从可变种群的角度考虑动物的人之一,与强调个别标本描述的自然史传统相反。
解释Maupertius的困难可以通过阅读原始著作来衡量。以下是来自Essai de cosmologie的翻译,后面是原始法文段落:
但是,能否说在自然产物的偶然组合中,既然只有那些存在某种适应性关系的产物才能够存在,我们不应该惊讶这种适应性在当前所有存在的物种中都存在呢?可以说,机遇产生了无数的个体;其中少数个体的构造方式使得动物的各个部分能够满足其需要;在另一个无限多得多的数目中,既没有适应性也没有秩序:所有这些后者都消亡了。没有嘴巴的动物无法生活;缺乏生殖器官的动物无法延续自身;仅有的留下来的是那些秩序和适应性得以找到的动物;而我们今天看到的这些物种,只是盲目的命运所产生的最小部分。
同一文本在1748年早前发表为"Les loix du mouvement et du repos déduites d'un principe metaphysique"翻译:"从形而上学原理推导运动和平衡定律"。King-Hele 1963指出三十年后David Hume在他的Dialogues Concerning Natural Religion 1777中的相似但不完全相同的想法。
Maupertuis所从事的主要争论是关于生成理论的竞争理论,即先成论和后成论。他的生命叙述涉及新种类的动物和植物的自发生成,以及大规模消除有缺陷的形式。这些想法避免了对造物主的需要,但不是现代进化思想的一部分。这些推测的日期,1745年,与Carl Linnaeus自己的工作并行,因此先于任何关于物种的确定概念。此外,关于系谱的工作,加上通过谱系追踪表型特征的工作,预示了后来在遗传学中进行的工作。
最小作用原理
最小作用原理指出在所有自然现象中,一个被称为"作用"的量倾向于被最小化。Maupertuis在二十年中发展了这样一个原理。对他而言,作用可以用数学表示为涉及的物体质量、它所经过的距离和它所经过的速度的乘积。
1741年,他向巴黎科学院提交了一篇论文,Loi du repos des corps,物体静止定律。他在其中表明,处于静止状态的物体系统倾向于达到一个位置,其中任何变化都会在一个他辩称可以同化为作用的量中产生最小可能的变化。
1744年,在向巴黎科学院提交的另一篇论文中,他给出了Accord de plusieurs lois naturelles qui avaient paru jusqu'ici incompatibles几个自然定律的一致性,这些定律到目前为止似乎是不相容的来展示光在折射期间的行为——当它进入新介质时弯曲——是使得它遵循的总路径,从第一介质中的一点到第二介质中的一点,最小化了一个他再次同化为作用的量。
最后,1746年他提交了另一篇论文,Loix du mouvement et du repos运动和静止定律,这次是向柏林科学院提交的,这表明点质量也最小化作用。点质量是可以在分析目的上被视为具有某个质量集中在单点处的物质的物体。十八世纪早期的一个主要争论涉及这类物体在碰撞中的行为。笛卡尔和牛顿物理学家辩称在碰撞中,点质量既守恒动量也守恒相对速度。另一方面,莱布尼茨派辩称它们也守恒所谓的活力或vis viva。这对于他们的对手来说是不可接受的,原因有两个:首先是活力守恒不适用于所谓的"硬"物体,即完全不可压缩的物体,而其他两个守恒原理则适用;其次是活力由质量和速度平方的乘积定义。为什么速度在这个量中出现两次,如平方所示?莱布尼茨派辩称这很简单:在所有物质中都存在一种趋向运动的自然倾向,所以即使在静止状态下,物体中也存在一种固有的速度;当它们开始运动时,就有第二个速度项对应于它们的实际运动。

这对笛卡尔主义者和牛顿主义者来说是令人厌恶的。趋向运动的固有倾向是中世纪经院学派所偏爱的那种"隐晦特质",必须不遗余力地抵制。
今天"硬"物体的概念被拒绝了;质量乘以速度平方只是两倍的动能,所以现代力学为"活力"的继承量保留了主要角色。
但对于Maupertuis来说,保留"硬"物体的概念很重要。他的最小作用原理的妙处在于它对硬物体和弹性物体同样适用。既然他已经表明该原理也适用于处于静止状态的物体系统和光,看起来它确实是普遍的。
他的论证的最后阶段是当Maupertuis着手用宇宙学术语解释他的原理时。"最小作用"听起来像一个经济原理,大致等同于日常生活中努力经济的想法。一个普遍的努力经济原理似乎会在宇宙的非常构造中显示智慧的运作。在Maupertuis看来,这似乎是比任何其他可以提出的论证都更有力的证明一个无限聪慧的造物主存在的论证。

他在1750年的Essai de cosmologie宇宙学论文中发表了他关于这些问题的思考。他表明为了证明上帝而提出的主要论证,从自然的奇观或宇宙的表观规律性,都容易受到反对:某些特别令人厌恶的昆虫存在中有什么奇观,在所有行星几乎在同一平面上旋转的观察中有什么规律性——完全相同的平面可能会令人印象深刻,但"几乎相同的平面"远没有说服力。但是智慧的普遍原理提供了由聪慧的造物主塑造宇宙的不可否认的证明。
因此最小作用原理不仅是Maupertuis在物理学的几个领域工作的顶点,他也将其视为他在哲学中最重要的成就,提供了上帝存在的无懈可击的证明。
他的推理中的缺陷主要是没有明显的理由为什么质量、速度和距离的乘积应该被特别视为对应于作用,更没有理由为什么它的最小化应该是像努力最小化这样的"经济"原理。实际上,质量、速度和距离的乘积在数学上等同于活力的乘积



