1796年,拉普拉斯出版了【宇宙体系论】,这本书不仅回顾了天文学的历史和牛顿力学体系,还独立提出了天体起源的星云假说,成为其重要贡献之一。
拉普拉斯假设太阳系形成时的原始星云是一团温度极高、缓慢旋转的稀薄物质,覆盖的范围比现在的太阳系要广。星云内的各质点因相互吸引而逐渐趋向球形,向中心聚集。随着星云的冷却与收缩,旋转速度逐渐加快,离心力增大,最终使星云形成扁平的圆盘,中心则凝聚成更为密集的物质,成为原始太阳。
此外,拉普拉斯进一步分析了行星及卫星的形成过程。随着星云不断收缩并加速旋转,在一定距离上,离心力与向心力达到平衡,导致物质离开星云,形成第一道圆环。星云继续收缩,随后又形成第二道、第三道圆环,直到最靠近中心的物质。围绕中心旋转的第一环内的物质因相互吸引而聚集,最终环断裂,形成原始行星,而环外的物质则以同样的过程形成卫星。拉普拉斯认为土星的光环是未完成演化的原始状态的遗迹,是星云假说的自然结果。
尽管拉普拉斯的星云假说与康德1755年提出的假说存在差异,但两者在许多方面却相似。康德的假说主要从哲学的视角切入,而拉普拉斯则以更扎实的力学基础和物理学依据,进行数学证明。【宇宙体系论】相比于【宇宙发展史概论】产生了更为深远的影响。
拉普拉斯的「星云说」重新引起了人们对康德「星云说」的关注,其严谨的计算和清晰的说明使得天体起源于星云的观点获得了广泛认可。因此,人们通常将这两个假说合称为「康德—拉普拉斯星云假说」。1799年,拉普拉斯发表了【天体力学】,在这部重要著作中进一步发展了行星运动的摄动理论。
据传,拿破仑曾问拉普拉斯:「您的宇宙体系著作中,为什么没有提及宇宙的创造者?」拉普拉斯回答:「陛下,我不需要那样的假设。」他将上帝从宇宙中排除,这成为他的重大成就之一。
在数学领域,拉普拉斯也做出了许多贡献,包括创立拉普拉斯展开定理,并对描述万有引力的位势方程的求解做出了重要贡献,后者被称为拉普拉斯方程。此外,在概率论方面,他于1812年出版了【分析概念论】,引入了「拉普拉斯变换」。
拉普拉斯在法国大革命期间积极参与政治,还曾参与巴黎高等师范学校和工科大学的组织工作。在政治上,他因趋炎附势而获得了许多荣誉。1799年,拿破仑发动雾月政变后,封拉普拉斯为帝国伯爵,授予他荣誉军团大十字勋章和骑士团勋章,甚至曾担任内务大臣。后来,波旁王朝复辟时,路易十八任命他为巴黎工科大学委员会主席。1827年,拉普拉斯因病去世。
康德和拉普拉斯的星云假说猛烈抨击了神学自然观,奠定了科学的天体演化理论,成为19世纪科学发展的先导。然而,我们对康德、拉普拉斯及其星云说应采取辩证的态度。
康德对神学自然观中宇宙不变论的批判并不彻底。他一方面论证自然界的发展遵循自然规律,另一方面又认为这个规律本身就是「神的意志」;他一方面阐述宇宙的无限性,另一方面又模糊暗示宇宙有中心,时间有开端。此外,他还感叹人类的理解力对广阔的宇宙「无能为力」。
虽然拉普拉斯将上帝排除在外,但作为天文学家和数学家,他却神圣化了计算方法和结果,导致了「拉普拉斯决定论」。1812年,他提出「神圣的计算者」概念,认为只要知道宇宙中所有物质微粒在特定时刻的位置信息与速度,就能推算出其过去和未来,从而说明宇宙万物都是注定的必然性。
星云假说是当时代的产物,但随着时间的推移,科学上许多新发现的事实无法用星云假说解释,暴露了其本身的不足。