Pierre-Simon Laplace: francoski matematik, astronom in pionir statistike
Pierre-Simon Laplace (23. marec 1749 – 5. marec 1827), pozneje markiz de Laplace, je bil francoski matematik in astronom. Rojen je bil v majhnem kraju Beaumont-en-Auge na Normandiji, v skromni družini; že zgodaj je izkazal izjemne matematične sposobnosti in se s štipendijo izobraževal v Caenu ter nato selil v Pariz, kjer je postopoma pridobil mesto med najuglednejšimi znanstveniki svoje dobe.
Znanstveni prispevki
Laplace je močno oblikoval razvoj klasične fizike in matematične astronomije. Njegovo delo je prispevalo k razvoju matematične astronomije in statistike. Bil je vsestranski avtor: od temeljnih teorij gravitacije in gibanja do sistematične obdelave verjetnosti.
- Mécanique Céleste (Nebeška mehanika) (1799–1825): v tem petdelnem delu je Laplace geometrijsko preučevanje klasične mehanike nadomestil z analitičnim pristopom, ki temelji na računu. S tem je omogočil natančnejše in širše reševanje problemov gibanja planetov, luninega gibanja, plimovanja in drugih nebesnih pojavov ter obdelal stabilnost Sončevega sistema z uporabo računskih metod.
- Teorija verjetnosti in statistika: Laplace je pomembno prispeval k razvoju verjetnostne teorije, zlasti v delu o obratni (Bayesovi) razlagi verjetnosti. V svojem delu je sistematično obdelal Bayesovo razlago in jo razvil v uporabno orodje za sklepanja, ocene in upravljanje negotovosti; izdal je tudi vplivno delo "Théorie analytique des probabilités". Njegova dela so pomembna tudi za zgodovino statistične inferenčne metode in približkov, kot je normalna aproksimacija posteriornih porazdelitev.
- Matematična orodja: izumil je ali populariziral več matematičnih pojmov in orodij, po njem so poimenovani ključni pojmi v matematiki in fiziki: Laplaceovo enačbo, Laplaceov diferencialni operator (Laplacian) ter uvedel uporabo Laplaceove transformacije, ki se uporablja v številnih vejah matematične fizike in inženirstva za reševanje diferencialnih enačb in sistemov.
- Kozmologija in nebularna hipoteza: Laplace je predstavil hipotezo o nastanku planetov iz rotirajočega plinastega oblaka (nebularna teorija), s čimer je prispeval k zgodnjim razlagam o izvoru Sončevega sistema.
- Filozofija znanosti in deterministični pogled: v svojem slavni eseju o verjetnostih je Laplace izrazil stališče močnega determinističnega pogledu na naravo (znanega pozneje kot "Laplaceov demon"): če bi hipotetični intelekt poznal absolutno vse sile in položaje delcev v danem trenutku, bi lahko napovedal prihodnost in preteklost z gotovostjo.
Politična in družbena vloga
Laplace je deloval tudi v javnem življenju: bil je član Akademije znanosti, sodeloval je v upravnih in svetovalnih telesih v obdobju Francoske revolucije in Napoleona ter kasneje prejel plemiški naslov. Njegova znanstvena avtoriteta mu je prinesla visoke državne in častne funkcije, vendar je vedno ostal osredotočen na znanost in pisanje obsežnih del.
Glavna dela in zapuščina
- Mécanique Céleste — temeljno delo o nebesni mehaniki, ki je Newtonovo mehaniko preneslo v matematično-analitično obliko.
- Théorie analytique des probabilités — sistematična obdelava verjetnostne teorije in njenih aplikacij.
- Vpliv v današnji znanosti: Laplaceova imena (enačba, operator, transformacija) so stalno prisotna v matematični fiziki, inženirstvu, statistiki ter teoriji verjetnosti. Njegove metode so temelj za nadaljnji razvoj nebesne mehanike, numeričnih metod in statistične analize.
Umrl je 5. marca 1827 v Parizu. Njegova dela in pristopi so imeli trajen vpliv na razvoj znanosti; Laplace velja za enega najpomembnejših matematikov in astronomov prehodnega obdobja med klasično in moderno znanostjo.
Astronomija
Sončni sistem
Laplaceov pogled na nastanek Osončja je še danes aktualen. Tako kot Newton je tudi on menil, da je ključna sila v Osončju gravitacija. Gravitacija je povzročila združevanje plina in majhnih delcev v eno osrednjo maso (ki je postala Sonce) z drugimi manjšimi skupinami (planeti), ki jih je gravitacija držala ob osrednji zvezdi.
Laplace je dokazal, da se majhne nepravilnosti v gibanju planetov popravljajo same od sebe in da je sončni sistem kot celota stabilen. To je pomenilo, da bo sončni sistem v sedanji obliki obstajal še zelo dolgo. Ugotovil je nekaj težav v Lunini orbiti in kako Luna povzroča plimovanje.
Črne luknje
Tudi Laplace je bil blizu konceptu črne luknje. Opozoril je, da bi lahko obstajale masivne zvezde, katerih gravitacija je tako velika, da z njihove površine ne bi mogla pobegniti niti svetloba (glej "Hitrost pobega"). Laplace je tudi domneval, da nekatere meglice, ki jih razkrivajo teleskopi, morda niso del Mlečne ceste in so pravzaprav galaksije same.[] Tako je 100 let prej predvidel pomembno odkritje Edwina Hubbla.
Citati
- "Tega, kar vemo, ni veliko. Tisto, česar ne vemo, je ogromno." (pripisano)
- "Te hipoteze nisem potreboval." (Je n'avais pas besoin de cette hypothèse-là, kot odgovor Napoleonu, ki ga je vprašal, zakaj v svoji knjigi o astronomiji ni omenil Boga).
- "Zato je očitno, da ..." (Il est facile de voir que ... ), fraza, ki jo je pogosto uporabljal v Nebeški mehaniki, ko je nekaj dokazoval in je dokaz zgrešil ali se mu je zdel neroden. Zloglasna je kot oznaka za nekaj resničnega, a težko dokazljivega.
- "Teža dokazov za neobičajno trditev mora biti sorazmerna z njeno nenavadnostjo."
- "...[Ta preprostost razmerij se ne bo zdela presenetljiva, če pomislimo, da so vsi učinki narave le matematični rezultati majhnega števila nespremenljivih zakonov."
Vprašanja in odgovori
V: Kdo je bil Pierre-Simon Laplace?
O: Pierre-Simon Laplace je bil francoski matematik in astronom.
V: Kaj je Laplace prispeval k matematiki?
O: Laplaceov prispevek k matematiki vključuje njegovo delo na področju matematične astronomije in statistike, razvoj Bayesove interpretacije verjetnosti, izum Laplaceove enačbe in pionirsko uvedbo Laplaceove transformacije.
V: Katero je Laplaceovo najbolj znano delo?
O: Najbolj znano Laplaceovo delo je njegova petdelna Mécanique Céleste (Nebeška mehanika) (1799-1825).
V: Kako je Laplace spremenil študij klasične mehanike?
O: Laplace je spremenil geometrijski študij klasične mehanike v študij, ki je temeljil na računanju, kar je pomenilo, da je lahko obravnaval širši spekter problemov.
V: Kaj je Bayesova interpretacija verjetnosti?
O: Bayesova interpretacija verjetnosti je teorija, ki jo je Laplace razvil na področju statistike in ki vključuje posodobitev predhodnih prepričanj na podlagi novih dokazov.
V: Kaj je Laplaceova enačba?
O: Laplaceova enačba je pomembna matematična enačba, ki jo je izumil Laplace in opisuje razmerje med temperaturo in potencialom v sistemu.
V: Kaj je Laplaceova transformacija?
O: Laplaceova transformacija je matematično orodje, ki ga je izumil Laplace in se uporablja v številnih vejah matematične fizike za preoblikovanje zapletenih enačb v enostavnejše.
