Pierre-Simon Laplace fue un astrónomo, matemático y físico francés de gran importancia por sus contribuciones fundamentales a la mecánica celeste, la teoría de probabilidad y la física. Su mayor aportación a la astronomía fue la aplicación precisa de las leyes de Newton al estudio del sistema solar.
Laplace nació en Beaumont-en-Auge, Francia, el 23 de marzo de 1749 y falleció en París el 5 de marzo de 1827. Se puede afirmar que pasó prácticamente toda su vida en Francia, aunque su influencia trascendió fronteras debido a la universalidad de su obra científica. Desarrolló todas sus investigaciones en París.
Las instituciones científicas francesas, como la Academia de Ciencias, la Escuela Militar, la Escuela Normal Superior y la Escuela Politécnica de París, le ofrecieron el entorno perfecto para desarrollar su carrera sin necesidad de buscar oportunidades en otros países. Además, Laplace supo adaptarse a los diferentes regímenes y mantener una buena posición en la sociedad científica de su país.
Durante su carrera profesional, además de demostrar la estabilidad del sistema solar, Laplace desarrolló numerosas técnicas matemáticas, como la introducción de la función potencial y los coeficientes de Laplace. También desempeñó un papel importante en el desarrollo del sistema métrico y estableció la teoría de la probabilidad matemática sobre una base sólida.
Su gran influencia en las matemáticas, la física y la astronomía quedó plasmada en muchos conceptos, teoremas, ecuaciones y herramientas que llevan su nombre, como sería el caso de la «hipótesis nebular de Kant-Laplace» sobre el origen del sistema solar, o la «transformada de Laplace», que es utilizada para convertir ecuaciones diferenciales en ecuaciones algebraicas.
Laplace se casó a los 39 años con la joven Marie-Charlotte de Courty de Romanges, originaria de Besançon. Tuvieron dos hijos: Sophie-Suzanne el 1788, que falleció al nacer, y Charles-Émile el 1789, que falleció en 1874. Cuando Laplace falleció, en 1827, tenía 77 años, quedando a solo 18 días de cumplir los 78.
Vida y formación
Su padre, Pierre Laplace, tenía una buena estabilidad económica en el comercio de la sidra. Su madre, Marie-Anne Sochon, provenía de una familia de agricultores. También tuvo una hermana llamada Marie-Anne, como su madre.
La esperanza de su padre era que hiciera carrera en la Iglesia, por lo que ingresó en la escuela benedictina local. A los 16 ingresó en la Universidad de Caen, todavía con la intención de estudiar teología, pero dos profesores (Christopher Gaddled y Pierre le Canu) despertaron su interés por las matemáticas.
Tras graduarse en la Universidad de Caen, Laplace se trasladó a París con una carta de recomendación de Le Canu a Jean le Rond d’Alembert. Al quedar impresionado por su habilidad matemática, d’Alembert apoyó a Laplace y le consiguió un puesto de profesor de matemáticas en la Escuela Militar de París. Como anécdota, tuve de alumno a Napoleón Bonaparte.
Este puesto permitió a Laplace el lujo de quedarse en París, por lo que comenzó a enviar varios artículos a la Academia de Ciencias de Francia. El primero fue presentado el 28 de marzo de 1770. En dos años llegó a presentar trece artículos, de los cuales cuatro fueron finalmente publicados.
La brillantez de Laplace en matemáticas era evidente para todos, incluido él mismo. Sin embargo, en 1771 y 1772, la Academia de Ciencias eligió como miembros a otros dos científicos que no estaban a su nivel. Esto le enfadó porque se sentía con derecho a ser miembro y amenazó con abandonar París.
D’Alembert era un gran valedor de Laplace, y escribió a Joseph Louis Lagrange preguntándole si había alguna vacante en la Academia de Berlín. Pero el año siguiente, en 1773, Laplace fue elegido miembro asociado (adjunto) de la Academia de Ciencias de Francia, y por eso permaneció donde estaba. Sin embargo, no fue hasta 1785 que fue promovido miembro titular, una categoría superior.
En los años siguientes, Laplace encadenó una serie de altos cargos y posiciones, tanto dentro como fuera de Francia. Por ejemplo, en 1789 fue elegido miembro de la Royal Society de Londres, y cinco años después, en 1794 fue elegido presidente de la Comisión de Pesos y Medidas de Francia.
En 1799, durante el Consulado, Napeleón lo designó Ministro del Interior de Francia, aunque solo estuvo seis semanas. También en 1799 fue designado miembro del Senado conservador, y cuatro años después llegó a ser su vicepresidente. En 1812 fue elegido presidente de la Academia de Ciencias de Francia. En 1817, el rey de Francia Luis XVIII le otorgó el título nobiliario de marqués. Incluso, en 1822 fue nombrado presidente de la Sociedad de Geografía de París.
En sus artículos, Laplace desarrolló importantes técnicas matemáticas que enriquecieron la teoría de la probabilidad, las ciencias físicas —especialmente el análisis del calor y el sonido—, la cosmología y la mecánica celeste.
Contribuciones astronómicas
Lo más relevante que Laplace logró a nivel astronómico fue responder a una cuestión planteada por Isaac Newton en sus notas sobre óptica (Opticks, de 1704) sobre la estabilidad a largo plazo de las órbitas planetarias. Así, corrigió preocupaciones previas de que estas órbitas fueran inestables.
Estabilidad de las órbitas planetarias
Laplace pudo demostrar que los movimientos de los planetas son inherentemente estables, incluso a pesar de las perturbaciones que puedan surgir debido a la interacción gravitacional entre los propios planetas o debido a la influencia externa de otros cuerpos, como sería el caso de los cometas.
La gravitación entre los planetas provoca que sus parámetros orbitales varíen. Determinar la naturaleza de estas variaciones (desigualdades) fue una parte crucial de la mecánica celeste tras el éxito de las teorías de Newton.
El crédito por haber demostrado la estabilidad a largo plazo del sistema solar se asigna normalmente a Laplace, de forma exclusiva. Esto se debe en gran parte a sus publicaciones de divulgación, comenzando con «Exposición del sistema del mundo» (1796), donde expuso los conceptos clave que más tarde publicaría de forma más detallada en su «Tratado de mecánica celeste».
Los conceptos principales se pueden resumir en cinco puntos:
- Que los planetas orbitan alrededor del Sol en la misma dirección. Además, que lo hacen siguiendo de forma aproximada el mismo plano.
- Que los satélites de los planetas también orbitan alrededor de sus respectivos planetas siguiendo la misma dirección y el mismo plano.
- Que los planetas, los satélites y el Sol giran sobre sus ejes de rotación en la misma dirección y aproximadamente en el mismo plano.
- Que las excentricidades de las órbitas de los planetas alrededor del sistema solar y las de sus satélites alrededor suyo son muy pequeñas.
- Que los cometas no obedecen estas regularidades de los cuatro puntos anteriores, ya que parecen tener órbitas distribuidas al azar.
En su «Tratado de mecánica celeste» (1799-1825), Laplace traduce las leyes de Newton a un lenguaje matemático, proporcionando así una descripción precisa del movimiento de los objetos celestes. Esta obra compuesta por cinco volúmenes popularizó y confirmó todavía más el trabajo de Isaac Newton.
- Volumen I (1799): Teoría general de los movimientos planetarios
- Volumen II (1802): Leyes de Kepler y teoría lunar
- Volumen III (1804): Órbitas planetarias y cálculo de masas
- Volumen IV (1805): Teoría de los cometas y perturbaciones pequeñas
- Volumen V (1825): Adiciones y aplicaciones prácticas
Hipótesis nebular de formación del sistema solar
En un intento de explicar el origen del sistema solar, Laplace propuso la «hipótesis nebular», según la cual el Sol y los planetas se formaron a partir de una gran nube de gas y polvo en rotación. En esta teoría sugería que, al contraerse la nebulosa bajo su propia gravedad se produjeron unas estructuras que dieron lugar al Sol en el centro y, posteriormente, a los planetas a su alrededor.
Esta hipótesis fue incluida en su obra «Mecánica celeste» y marcó un hito en la idea de abordar el origen del sistema solar mediante explicaciones basadas en principios físicos. Su trabajo en estas áreas sentó las bases para el estudio de la mecánica celeste y la evolución estelar en los siglos posteriores.
Sin embargo, se hace necesario indicar que la «hipótesis nebular» fue una expansión y refinamiento de propuestas similares anteriores, como la del filósofo alemán Immanuel Kant, en 1755. Lo que hizo Laplace fue desarrollarla de manera más detallada mediante las matemáticas, y es por esta razón que a menudo se habla de la «hipótesis nebular de Kant-Laplace».
A pesar de que actualmente la «hipótesis nebular» de Laplace ya no se considera válida en su forma original, la teoría actual sobre la formación del sistema solar incorpora muchas de sus ideas.
Contribuciones matemáticas
En matemáticas, Laplace desarrolló numerosas numerosas técnicas matemáticas, publicando muchas de ellas en la obra «Teoría analítica de las probabilidades» (1812). Por ejemplo, introdujo el concepto de probabilidad bayesiana y formuló el método de los mínimos cuadrados, fundamental en la teoría de errores.
Hay muchas más herramientas matemáticas que llevan su nombre, como las ecuaciones de Laplace y el operador laplaciano en análisis matemático, esenciales para describir fenómenos en física y matemática aplicada. Por ejemplo, se usan en mecánica de fluidos, electrostática y teoría gravitacional.
También desarrolló el concepto del determinismo laplaciano, popularizado como el «demonio de Laplace» o el «superhombre de Laplace»; él no utilizó la palabra «demonio». Se trata de un argumento hipotético donde, conociendo las condiciones iniciales, el futuro del universo sería completamente predecible.
Los estudios de Laplace sobre series, transformaciones y ecuaciones diferenciales sentaron las bases para desarrollos posteriores en análisis matemático. El trabajo más notable fue la «transformada de Laplace», una herramienta matemática muy usada en ingeniería, física y matemáticas aplicadas que permite resolver ecuaciones diferenciales, modelar sistemas dinámicos y analizar señales.
En 1814, Laplace publicó el «Ensayo filosófico sobre las probabilidades». En este ensayo presentó la probabilidad como una herramienta fundamental para la ciencia y la estadística. También profundizó en el concepto de incertidumbre y su relación con el conocimiento humano. En esencia, esta obra consolidó las bases de la teoría moderna de la probabilidad y su aplicación a problemas prácticos.
Por si fuera poco, Laplace participó en la estandarización del sistema métrico. Durante la Revolución Francesa hubo cierto interés en la creación de un sistema uniforme de medidas que fuera racional y universal. Como miembro de la Comisión de Pesos y Medidas, contribuyó con sus habilidades matemáticas.
Cronología resumida de la vida de Laplace
La siguiente tabla muestra de forma resumida los eventos más significativos de la vida de Laplace, ordenados cronológicamente.
| Año | Suceso |
|---|---|
| 1749 | Laplace nace en Beaumont-en-Auge el 23 de marzo. |
| 1765 | Ingresa en la Universidad de Caen. |
| 1770 | Presenta su primer artículo a la Academia de Ciencias. |
| 1773 | Es elegido miembro asociado de la Academia de Ciencias. |
| 1785 | Es elegido miembro titular de la Academia de Ciencias. |
| 1788 | Se casa con Marie-Charlotte de Courty de Romanges. |
| 1789 | Es elegido miembro de la Royal Society de Londres. |
| 1794 | Es nombrado presidente de la Comisión de Pesos y Medidas. |
| 1796 | Publica «Exposición del sistema del mundo». |
| 1799 | Es nombrado Ministro del Interior de Francia Es nombrado miembro del Senado conservador. Publica el volumen I del «Tratado de mecánica celeste». |
| 1802 | Publica el volumen II del «Tratado de mecánica celeste». |
| 1804 | Publica el volumen III del «Tratado de mecánica celeste». |
| 1805 | Publica el volumen IV del «Tratado de mecánica celeste». |
| 1812 | Es elegido presidente de la Academia de Ciencias. Publica «Teoría analítica de las probabilidades». |
| 1814 | Publica «Ensayo filosófico sobre las probabilidades». |
| 1817 | Es nombrado marqués por el rey Luis XVIII. |
| 1822 | Es nombrado presidente de la Sociedad de Geografía de París. |
| 1825 | Publica el volumen V del «Tratado de mecánica celeste». |
| 1827 | Laplace fallece en París el 5 de marzo. |
Publicaciones de Laplace
Pierre-Simon Laplace fue un autor prolífico y una de las figuras más influyentes en la historia de las matemáticas. Estas son las obras más importantes que publicó:
- 1796: Exposition du système du monde («Exposición del sistema del mundo»).
- 1799-1825: Traité de mécanique céleste («Tratado de mecánica celeste»).
- 1812: Théorie analytique des probabilités («Teoría analítica de las probabilidades»).
- 1814: Essai philosophique sur les probabilités («Ensayo filosófico sobre las probabilidades»).
