پیر سیمون لاپلاس و منظومه شمسی

پیِر سیمون مارکیز دو لاپلاس (متولد ۲۳ مارس، ۱۷۴۹ در نورماندی – درگذشت ۵ مارس ۱۸۲۷ در پاریس)، ریاضی‌دان، فیزیک‌دان، اخترشناس و فیلسوف فرانسوی بود، که برای تکمیل مکانیک سماوی بسیار همّت گذاشت.

او فرزند زمین‌داری ثروتمند بود. پدرش می‌خواست که او علوم دینی تحصیل کند و در روحانیت به موفقّیت برسد؛ ولی به پیشنهاد دالامبر که مشهورترین ریاضیدان فرانسوی در آن زمان بود، به تحصیل ریاضیات در کنار خود او پرداخت.

لاپلاس پدیدآورنده معادله لاپلاس است که به نام خود او نامیده شده‌است؛ ولی تبدیل لاپلاس که فقط به افتخارش نامیده شده، در اصل توسط لئونارد اویلر پدیدار شد و لاپلاس این انتقال را در آثارش در مورد نظریه احتمالات به کار برده‌است.

گذشته از معادله لاپلاس که در تمام شاخه‌های ریاضی فیزیک استفاده می‌شود، نگاشت خطی دیفرانسیلی لاپلاس نیز به نام او نامیده شده‌است. او سال ۱۸۰۶، لقب اشرافی کنت گرفت و در سال ۱۸۱۷ پس از بازگشت بوربون‌ها به لقب مارک دست یافت.

منظومه شمسی خانه ماست؛ جایی که ستاره حیات بخش ما، خورشید و سیارات سنگی، سیارات گازی، سیاره کوتوله، کمربند سیارک‌ها، دنباله دار‌ها، ابر اورت و بسیاری اجرام ریزودرشت دیگر همگی با محوریت خورشید در گوشه‌ای از کهکشان راه شیری و در فاصله ۲۵ تا ۲۸ هزار سال نوری از مرکز کهکشان قرار دارند. زمین سومین سیاره از خانواده پرجمعیت منظومه شمسی است و همراه با دیگر اعضای خانواده خورشیدی به دور مرکز کهکشان راه شیری در حال حرکت است. کل سامانه با سرعت ۲۲۰ کیلومتر در ثانیه در حرکتی آرام و پیوسته به پیش می‌رود.

از زمانی که زمین مرکز عالم بود و ماه و ستارگان و خورشید به دور آن می‌چرخیدند تا زمانی که خورشیدمرکزی تثبیت شد و قوانین گرانش نیوتن نحوه حرکت و مدار سیارات به دور خورشید را توضیح داد، خاستگاه منظومه شمسی یکی از سوالات بنیادی ذهن بشر بوده است. اولین فردی که به طور جدی درباره نحوه شکل‌گیری منظومه شمسی فکر کرد، ریاضی‌دان فرانسوی، پی یر سیمون لاپلاس بود. کسانی که در دانشگاه در رشته‌های فنی و مهندسی یا علوم پایه درس خوانده‌اند نام لاپلاس را در درس معادلات دیفرانسیل با تبدیلات لاپلاس شنیده‌اند، اما او به جز ریاضیات در نجوم هم صاحب‌نظر بود. لاپلاس درست قبل از انقلاب فرانسه و در یک خانواده روستایی به دنیا آمد. تاریخ تولدش ۲۳ مارس ۱۷۴۹ و درگذشت او ۷۸ سال بعد به تاریخ ۱۸۲۷ ثبت شده است. او برخلاف همکار شیمی‌دان و دانشمندش، لاوازیه که با گیوتین سرش از تنش جدا شد، زندگی نسبتا آرامی داشت و وقتی به لقب نجیب زادگی دست یافت، دار فانی را وداع گفت.

بنابر تعریفی کلی درباره شکل‌گیری منظومه شمسی چنین نوشته شده است: ۴. ۶ میلیارد سال پیش بر اثر رمبش گرانشی ابر مولکولی غول پیکری در فضای میان ستاره‌ای، خورشید در مرکز و دیگر اجرام نظیر سیارات و سیارک‌ها و اقمار و… حول آن شکل گرفته‌اند. اما این تمام ماجرا نیست و وقتی می‌خواهیم با جزئیات بیشتر و دقیق‌تر منشا منظومه شمسی را بکاویم، با سوالات بی‌پاسخ زیاد و نیز نظریه‌های متنوعی روبه رو می‌شویم.

لاپلاس دریافت چهار ویژگی از خصوصیات منظومه شمسی راهنمای منشا آن است؛

اول اینکه تمام سیارات در یک جهت می‌چرخند؛ یعنی اگر شما می‌توانستید بالای قطب شمال زمین در ارتفاعی زیاد بنشینید و پایین؛ یعنی منظومه شمسی را نگاه کنید، مشاهده می‌کردید که تمام سیارات بر خلاف جهت عقربه‌های ساعت به دور خورشید می‌چرخند.

دومین راهنمایی این است که تمام سیارات، تا آنجا که در زمان لاپلاس شناخته شده بود، در راستای یکسانی روی محورشان می‌چرخند.

سومین گواه این است که تمام سیارات روی قرص یکسانی به دور خورشید می‌چرخند.

آخرین ویژگی که البته با دانش امروزی می‌توانیم اشتباه بودن آن را تصور کنیم این است که مدار سیارات دایره است. لاپلاس دریافت اگر منظومه شمسی به واسطه چرخش ابر‌های گازی به وجود آمده باشد، می‌توان این چهار ویژگی را توضیح داد. لاپلاس که با مکانیک سماوی و مکانیک تحلیلی و نیز ریاضیات عالی آشنایی کافی داشت، خاستگاه منظومه شمسی را این طور شرح داد: ابر تحت تاثیر گرانش دچار رمبش شده است. رمبش در طول محور چرخش به دلیل نیروی جانب مرکز رخ داده است؛ مانند نیرویی که ایستادن روی چرخ وفلک را برای ما دشوار می‌کند. بنابراین ابر روی خودش فروخواهد ریخت و تشکیل یک قرص را خواهد داد. لاپلاس بیان کرد وقتی که گاز سرد شد به حلقه‌هایی شبیه به حلقه‌های زحل تفکیک خواهد شد. با تلفیق تدریجی حلقه‌ها، سیارات و جسمی در مرکز قرص به عنوان خورشید شکل می‌گیرد. نظریه لاپلاس توضیح می‌دهد که چرا سیارات در مدار‌های دایره‌ای و در راستای مشابه به دور خورشید می‌چرخند.

مدرک برجای مانده از نوشته‌های لاپلاس راستای چرخش سیارات را این گونه شرح می‌دهد که مواد در لبه‌های داخلی آن آهسته‌تر حرکت می‌کنند که منجر به چرخش سیاره هنگام شکل‌گیری‌شان از مواد حلقه می‌شود. لاپلاس به دلیل دانستن علم ریاضی در سطح بالا و همکاری‌اش با برخی دانشمندان دیگر و نیز پاسخی که به ناپلئون داد، مشهور شده است، اما نظریه او درباره تشکیل منظومه شمسی اولین نظریه جدی دراین باره بود. او به دلیل عدم پیچیدگی نظریه‌اش احساس نامطلوبی داشت و تقریبا با احساس گناه نظریه‌اش را به شکل پاورقی در کتاب پنج جلدی مکانیک کلاسیکش این گونه بیان کرد: البته با احتساب عدم قطعیتی که با هرآنچه جز نتیجه مشاهده تجربی و محاسبه باشد، همراه است. بعدتر دانشمندان پاورقی لاپلاس را به نظریه‌ای مدرن تبدیل کردند.

منبع: شرق-  ۲۴ مرداد ۱۳۹۸