皮埃尔–西蒙·拉普拉斯（下）05

本系列文章预计会有20+个章节，这套文献将系统讲述科学与技术本身，这里是第七季第5篇

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今天我们继续讲讲伟大的数学家皮埃尔*西蒙*拉普拉斯的故事。

有时候我们会发现当同时代的故事读多之后，事情本身的因果链就会被慢慢串起来。其实大致来算，我们所了解的物理学基本是在18、19世纪之交开始成形，也就是法国大革命之后一二十年。

这个时候，一群被称为物理学家（physicien）的专家开始把研究重点放在热、电、磁、气体力学、水文学等课题上，与生物学、化学和地质学的交集则相对较少。

事实证明拿破仑不仅是一位优秀的战略家，同时也是一名开明的君主，很大原因是他的支持才让法国这个国家出现了很多伟大的数学家和物理学家。

在大革命后的恐怖统治时期，拉普拉斯的数位同行付出了生命的代价，而他却低调行事，埋头继续工作，仿佛什么都没有发生。拿破仑和许多世界级天文学家、数学家和物理学家走得很近，后来他成了物理学研究——尤其是18世纪的科学热潮，即电学领域——最有影响力且最为友善的支持者。

在当时的欧洲大地上，演讲者们靠着电学实验娱乐听众，就能活得相当滋润。

他们利用事先储存的电荷让听众的头发根根竖起，还用它们制造出异常明亮的火花、发出极其响亮的爆裂声。

当时的科学就像戏剧一样。与此同时，实验学家和工程师们做出的电学测量也日益精密、准确，而他们的测量结果正是物理学家想要解释的问题。

当然，拉普拉斯的工作是以牛顿的世界观为基础。

在牛顿眼中，这个世界本质上就是由通过有心力相互作用的各种粒子构成的。我们的目标就是要把这些力全部识别出来，用数学理论加以描述，并且把数学理论的预测结果同最精准的测量结果相比较。

拉普拉斯的策略是运用在数学形式上与牛顿引力定律相似的定律描述一种没有质量（无法测量）的流体。

他认为，实验学家研究的一切，包括电、磁、热、光以及液体在毛细血管中的流动，其背后的机制都与这些流体有关。

这种方法取得了一些显著的成就，比如解释了埃蒂安–路易·马吕（Étienne-Louis Malus）在1808年的发现：反射光可能具有特殊的偏振性质，并受到普遍赞扬。对拉普拉斯和他的追随者来说，研究这些不可测流体无疑是当时推进物理学发展的最佳方式。

正如历史学家约翰·海尔布伦（John Heilbron）后来所说，到了1810年，拉普拉斯研究自然世界的方法已经成了拿破仑时代的物理学“标准模型”。

作为一种理论框架体系，它似乎相当全面，让人觉得凭此就足以描述整个物理学世界。在这个体系中，最主要的困难似乎就是把所有细节都计算出来，并且保证据此给出的预测与所有实验结果都相符。

在那几年中，拉普拉斯始终是欧洲顶尖学者的焦点。他们认为拉普拉斯的发现是当时做物理研究的最佳方式，并且也给这门学科设定了一条引人瞩目的发展道路。

然而，到了1815年夏天，拉普拉斯的影响力和名声都开始大幅下滑，这一切都发生在他最有力的支持者在滑铁卢之战中落败后的几个月内，绝非巧合。

具体拿破仑的故事建议读读茨威格的《人类群星闪耀时》——滑铁卢的一分钟。

尽管地位迅速下滑，拉普拉斯还是像以往一样在不可测流体领域耕耘，试图让理论预测符合实验观测，尤其是那些与电和磁有关的实验。

当时的大多数研究者都认为电和磁这两个现象是分立、无关的，但正如汉斯·克里斯蒂安·奥斯特在1820年证明的那样，这种观点并不正确。

奥斯特在他位于哥本哈根的实验室中发现，流过导线的电流会环绕导线产生磁场。这个发现很快就成了全欧洲同行热议的话题。

这个实验第一次证明了电和磁是紧密联系在一起的，并且也第一次告诉人们，电和磁需要放在同一个框架体系下研究，也就是电磁学。

拉普拉斯和他的追随者们发现，在粒子有心力理论的框架下很难解释奥斯特的发现，而这只是困扰曾经不可一世的拉普拉斯不可测流体理论的众多问题之一。在随后的5年内，这一理论迅速崩塌。

这个拿破仑标准模型的局限性越来越明显，同时暴露出的还有该理论创始人的教条主义。

新一代逐渐登上了历史的舞台，而拉普拉斯则几乎失去了所有权威和影响力。

对于大多数年轻、聪慧的物理学家而言，拉普拉斯已经过气了，他们更愿意在其他顶尖思想家的传统方法下工作，比如对不可测流体毫无兴趣，专注于从大尺度上描述物质行为的约瑟夫·傅立叶。

傅立叶的成就之一就是通过微分方程对热流进行描述，避免了引入原子和原子力，这种方式也很好地解释了观测结果。傅立叶的成果流传了下来——直至今日，他的方程和某几项数学创新仍是每个物理学家必须学习的课程。后期我们谈谈傅里叶。

大致就在物理学开始独立成为一门学科的同时，随着欧洲大陆哲学家开始以追求极致严谨为首要目标发展数学，这门学科也开始发生变化。

当时这一领域的国际领袖就是拉普拉斯年轻的邻居奥古斯丁–路易·柯西。虽然柯西对自然哲学也颇感兴趣，但他本质上还是一位数学家，完全容不下马虎、逻辑错误和漏洞。

纯数学和应用数学之间的界限开始逐渐变得广泛而清晰，前者与任何可能的实际应用毫无关系，而后者主要用于解决真实世界中的现实问题。拉普拉斯就是当时的应用数学之王，而柯西则是纯数学之王。

拉普拉斯于1827年3月离世，距牛顿离世差不多正好隔了一个世纪。

对于拉普拉斯的后继者来说，他们面临的主要任务是让人们对在地球上观测到的现象也能拥有类似程度的理解，尤其是电和磁现象。

自然哲学家们何时才能解释那些讲师们演示的令人兴奋的现象呢？我们即将看到，得到这个解释所花的时间要比大多数专家预测的时间更长。

另外，令大多数人感到惊讶的是，第一个提出经得住长期考验的电磁数学理论的人，既不是法国人或德国人，也不是英格兰人，而是苏格兰人。

参考文献:

[1] 《机械宇宙》

[2]《物理世界的数学奇迹》