为什么说拉普拉斯拯救了太阳系？

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每一个历史的转身

都在风中徘徊了很久、很久

这是【西方大通史】第 454 篇文章

【十九世纪】第 003 篇文章

航行的途中，拿破仑经常在甲板上待到深夜，旁边是他的亲信和学者，当话题转移到世界的诞生时，其中很多人都认为万物是以高度理性的方式产生的，解释宇宙的时候无需劳烦上帝老人家出马，只需要一位出色的科学家即可。拿破仑一言不发，突然，他抬起胳膊，指着天上的繁星说：“你们爱怎么说就怎么说，可是，上面这些东西又是谁创造的呢？”

法国著名科学家皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯是拿破仑的老师，拉普拉斯在科学上的成就非凡，被誉为法国的牛顿，从小就展露出了非凡的数学天赋，但是在政治上却是一个墙头草。关于拉普拉斯的早年生活，我们知之甚少，不过可以确定的是，他的父母都是法国的农民。而他似乎并不喜欢农民这个身份，他极力撇清与农民之间的关系，甚至曾有一度以父母是农民而感到羞耻。

拉普拉斯从小就对数学极为感兴趣。后来，他在一封推荐信下，前往巴黎寻找达朗贝尔。达朗贝尔对这种带着推荐信的人不感兴趣，认为他们都只能走裙带关系，并没有多少真才实学。

拉普拉斯的心很敏锐，他很能洞察人心，这可能也在日后帮助他一次又一次更改自己的政治靠山，但每一次都有惊无险，并没有被清算。他看穿了达朗贝尔的心，回去后就给达朗贝尔写了一封关于力学的信，将自己的才华倾尽其中。

达朗贝尔在看了信后，对他刮目相看，说他的才能是最好的推荐信。几天后，拉普拉斯被任命为巴黎军事学院的数学教授。

年轻的时候，拉普拉斯曾在路易十六底下滴干活，按说他这样子不太可能活过大革命，但他在革命期间倒戈了，拼命给革命者造大炮、造火药，竟也逃过了一劫。在后来拿破仑上台后，他仗着自己曾是拿破仑的老师，过去投靠，先是进入了新组建的度量衡委员会，在那里当领导。

有一次，拉普拉斯作为皇家科学院的院长，将自己写的《天体力学》送给了拿破仑，拿破仑看完之后，就责问道：“在你这套书里头已经描述了整个世界的体系，但为什么连一句上帝都没提到呢？”

拉普拉斯淡定地说道：“陛下，我的理论不需要这个假设。”

这段话的背后，实际上也反应了拉普拉斯的狂妄与自大。同时拉普拉斯可以说是拯救了一个濒临瓦解的太阳系。

根据牛顿的理论，行星若只受到太阳的引力，那么它们的运行遵循开普勒定律。但实际上，万有引力之所以万有，就在于任何有质量的两个物体之间都会存在这种引力。因此，行星不仅受到太阳的引力作用，还受到其他行星的引力影响。这样一来，太阳系就不稳定了，但牛顿认为这根本不是问题，因为上帝有的时候会出现并对太阳系进行微调，以至于太阳系不会走向毁灭。受其他行星的吸引使某一行星的运动偏离开普勒椭圆轨道的现象在天体力学中被称为“摄动”。研究这种现象的理论称为摄动理论。摄动理论是研究大行星运动的重要理论，它是牛顿万有引力理论的重要发展。

换句话讲，太阳系内部有一种极小却不稳定的摄动力量，如果我们对此视而不见，那么理论上，太阳系会因此而崩塌，走向毁灭。牛顿在解释这点的时候，认为上帝会出手干涉，但若是抛开上帝，这个问题就必须要用一种新的理论来解释。

1786年，拉普拉斯发现，行星之间的摄动力是守恒的，没有长期效应，只有周期性的轨道变化。这使得行星轨道的偏心率和倾角的变化很小，并且能自动调节。在拉普拉斯看来，正是行星平均运动的不变性，才保证了太阳系的稳定性，太阳系在整体上来讲，还是稳定的，因为那些不稳定的摄动力，持续时间很短，不足以对太阳系构成实质性的挑战。可以说，拉普拉斯在不借助上帝力量的前提下，拯救了濒临崩溃的太阳系。（这点会在我的第二本书《牛顿的万有引力》中详细阐述）

另外，他在概率学上的成就也不容小窥。这点在数学家的拉普拉斯篇章中有所提及。

关于拉普拉斯，其中最著名的还属那个物理学界四大神兽之一的“拉普拉斯妖”，其他三个神兽分别是“芝诺的乌龟”、“麦克斯韦的精灵”和“薛定谔的猫”。（如果不局限于物理学界，其实还有其他神兽，比如“巴浦洛夫的狗”、“孟德尔的豌豆”）

假设，有一个超智能生物，他知道这个宇宙中所有粒子的现有状态，即位置和速度，那么他就可以推算出整个宇宙的未来和过去，前提条件当然是庞大到天文数字的计算量。拉普拉斯在1814年所写的《概率论的哲学理论》中写了这么一段话：“想象有一个智慧体，它在任何时间都知道所有控制大自然的力量，同时也知道每一项事物的运动状态。假设这智慧体可以将所有数据加以分析，能把宇宙中大大小小物体运动的状态用一个公式描述。对它而言，没有不确定的东西，它可以清楚地看到未来与过去。”

这其实是机械宇宙论的一个集大成者，当时的欧洲，自牛顿以来，大部分人都相信有这么一个机械的宇宙，其中的一切都是可以被人们的理性所认知的。这就好像是我们以前做物理题，一辆汽车以一个初始速度，以一个恒定加速度向前直线行驶，那么无论多长时间，我们都能算出它在任一时刻的速度和行驶过的距离，至少在理论上是如此。

就比如我去打台球，我用九号球撞白球，只要台面的摩擦系数、撞击产生的速度、以及周围空气中的每一个粒子的状态已知，那么我在挥动杆子的一瞬间，理论上就可以计算出白球会撞到哪个球，以及每个球在停下来的位置。

站在今天的科学角度来讲，这显然是错误的，因为混沌系统就是不可知的，再引入量子力学中的不确定性原理，实际上这个假设前提就不成立。海森堡的不确定原理是说，你对一个粒子的位置知道得越精确，它的速度你就知道得越不精确；反之，你对一个粒子的速度知道得越精确，它的位置你就知道得越不精确。这是物理定律，和实验器材的精密度没有关系。哪怕是随着科技的发展，人类观测的水平越来越高，这个不确定性原理依然生效。这就好比，你用再怎么高科技不锈钢锅炒出来的菜，厨艺水平再怎么提升，你肚子的容量总是有限的。

所以说，拉普拉斯妖这种生物根本就不可能存在，拉普拉斯妖也是四大神兽中最惨的一个，问世没多久就被推翻了。其实，我们只要做一个思想实验就可以推翻这个妖怪。我们假设在一个没有摩擦的空间中，三个小球大小相等，都是光滑弹性的，撞在一起不会有能量损失。我们假设，两个小球放在一起，另一个小球放在一边，以一种速度去撞击这两个小球，注意，其中的关键是同时撞击。

撞击之后，三个小球会运动，会出现六个未知数，即每一个小球在水平方向和垂直方向上的速度，但是，我们通过能量守恒可以得出一个方程，通过动量守恒可以得出两个方程，即垂直方向上的动量守恒和水平方向上的动量守恒。如此，三个方程要求解六个未知数，这显然是不可能的。

西方大通史系列

▲ 【文明之初】

▲ 【光荣希腊】

▲ 【伟大罗马】

▲ 【基督世界】

▲ 【征战十字】

▲ 【黎明曙光】

▲ 【文艺复兴】

▲ 【启蒙时期】