Pierre Simon Laplace fue uno de los astrónomos más relevantes entre los años 1700 y 1800, así como también desarrolló su carrera en otras áreas científicas, como la matemática y la física. En el artículo de hoy le traemos todo acerca de su vida, sus aportes y sus obras más importantes para el campo de la astronomía.
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¿Quién fue Pierre Simon Laplace?
Pierre Simon Laplace fue un brillante astrónomo y matemático al cual se le denominó en repetidas oportunidades como “el Newton de Francia” debido a muchos de sus hallazgos. Entre los años 1799 y 1825 publicó su primera gran obra, titulada “Traité du Mécanique Céleste”, en ella, el autor expone que existe un problema en el mecanismo de nuestro sistema solar, por lo que él ofrece una solución, sobre lo cual estaremos ampliando más adelante.
De una misma manera, el astrónomo se encargó de resumir los trabajos de otros científicos conocidos como: Newton, Halley, Clairaut, D’Alembert y Euler sobre la fuerza gravitacional, la cual es entendida como una fuerza de atracción entre los objetos. Asimismo, compartió los pensamientos de estos investigadores acerca de la formación del sistema solar desarrollando así su propia teoría.
Pierre Simon Laplace también se destacó en la física, dejando para la posteridad una serie de descubrimientos que más tarde se consolidarían en modelos científicos a su nombre. Mostró un gran interés sobre la Teoría de las Probabilidades, la misma dicta que para cada situación del día a día existen altas o bajas posibilidades de ocurrencia para un evento cualquiera, de esta forma, Laplace demostró que estas probabilidades podían ser resueltas por medio de fórmulas matemáticas.
Biografía
Pierre Simon Laplace nació en Francia, Normandía el 23 de marzo de 1749 en el seno de una humilde familia de granjeros. Su educación primaria fue realizada en una escuela local de su comunidad, más adelante dio inicio a sus estudios universitarios en Universidad de Caen.
En ella empezó a desarrollar un ensayo acerca de los principios mecánicos, esto llamó la atención del científico y matemático francés D’Alembert, el cual lo recomienda a la Escuela Militar de París en 1767 como profesor, en donde uno de sus estudiantes fue Napoleón Bonaparte (general militar y estadista francés).
Para el año 1785 es nombrado miembro de la Academia de Ciencias y diez años después, fue hecho parte de la cátedra de matemáticas del Nuevo Instituto de las Ciencias y las Artes, hasta el año 1812. En 1788 contrae matrimonio con la joven Marie-Charlotte de Courty de Romanges, la cual era 20 años menor que él y con la que tuvo dos hijos: Sophie-Suzanne y Charles-Émile, este último nació en 1789 y en su adultez alcanzó el grado de General en la Escuela Militar.
Al llegar al año 1795, Pierre Simon Laplace publicó el primer volumen de su obra ”Mecánica celeste”, la cual más adelante constituyó cinco volúmenes. Al siguiente año, expone lo que llamó ”Exposition du système du monde”, en ella realiza una detallada argumentación sobre su hipótesis de la formación del sistema solar.
De igual manera, fue uno de los diez miembros fundadores de lo que se conocía como Bureau des Longitudes (una organización científica de Francia), y en 1799 fue elegido como el Ministro del Interior, sin embargo no ejerció este puesto por más de seis semanas.
Su antiguo alumno Napoleón Bonaparte le concedió un puesto en la Legión de Honor, la misma era vista como una Orden Nacional en la que se le otorgaban a hombres o mujeres franceses méritos excepcionales en el ámbito militar y civil. Luego, al año siguiente se le concede el titulo de Conde del Imperio Francés
Como ya se ha mencionado, Pierre Simon Laplace mostró siempre un gran interés en el tema de la teoría de la probabilidad, a raíz de esto durante los años 1812 y 1814 sus trabajos estuvieron destinados a la exploración de este material. La Academia Francesa decide volverlo miembro de su institución en el año 1816.
A pesar de que en un principio mostró ser partidario del régimen establecido por su antiguo alumno Napoleón Bonaparte, luego de que se estableció la restauración de la Casa Borbón (la casa Real de Francia), tuvo la suficiente habilidad para ser absuelto por su antiguo partido y ser nombrado Marqués en el año 1817.
Asimismo, es importante agregar su participación entre los años 1806 y 1822 como uno de los anfitriones y promotores de la Sociedad de Arcueil, una organización de alta alcurnia en donde se veían los mejores científicos de Francia del siglo XIX.
Pierre Simon Laplace en su obra Exposition du système du monde expresa su hipótesis acerca de cómo el Sol y el resto de los planetas que constituyen nuestro sistema solar fueron formados por medio de los gases y polvos de sus alrededores. Sin embargo, dicha hipótesis ya había sido formulada antes por el filosofo alemán Inmanuel Kant, la misma es expuesta con mayor detalle y refinamiento que la desarrollada por Laplace, por lo que es esta la que se recuerda en la historia.
Por otro lado, tuvo una gran contribución en el ámbito de las matemáticas y la física al proporcionar trabajos en donde expone sus teorías y modelos en el tema de las probabilidades. Entre dichos trabajos se creó una fórmula para calcular la probabilidad que tiene el Sol para salir por el horizonte.
Adicional a esto, Pierre Simon Laplace era un fiel creyente del determinismo casual. La misma es entendida como una doctrina o postulado filosófico que argumenta que todo acto físico, incluyendo pensamiento y acciones de la humanidad, viene dado por la causa- consecuencia, es decir, al realizar una acción se desencadenan diversos futuros probables para ese evento. De esta forma, el astrónomo expone:
”Podemos mirar el estado presente del universo como el efecto del pasado y la causa de su futuro. Se podría concebir un intelecto que en cualquier momento dado conociera todas las fuerzas que animan la naturaleza y las posiciones de los seres que la componen; si este intelecto fuera lo suficientemente vasto como para someter los datos a análisis, podría condensar en una simple fórmula el movimiento de los grandes cuerpos del universo y del átomo más ligero; para tal intelecto nada podría ser incierto y el futuro, así como el pasado, estarían frente a sus ojos.”
Investigaciones
Los primeros documentos de investigación que se tienen sobre Pierre Simon Laplace fueron aquellos realizados en el ámbito de la matemática cuando se encontraba estudiando en la Universidad de Caen. Algunos de sus ensayos en la materia fueron publicados en el boletín de la universidad, lo que llamó la atención del científico y matemático frunces, D’Alembert.
Luego de esto, como ya sabemos, el joven Laplace se marcha con una carta de recomendación del científico a la Escuela Militar de Francia. Tras leer algunos de los ensayos realizados por este joven talento, sobre todo aquel cuyo tema central era sobre los principios de la mecánica, D’Alembert le recomienda que inicie su carrera como profesor en dicha escuela.
Desde los inicios de la ciencia de la astronomía, los interesados en la materia se han visto cautivados por las observaciones al cielo nocturno. El astrónomo Tycho Brahé (s. XVI) realizó las primeras observaciones y pudo determinar que las órbitas (región en la cual los planetas realizan sus movimientos de rotación) de Júpiter y Saturno difieren en que, la primera se contrae mientras que la segunda se expande.
Para dicho fenómeno, no existe alguna teoría matemática que le de explicación. El reconocido físico y astrónomo Isaac Newton llegó a la conclusión de que el sistema solar requería intervención divina para que se mantuviera en constante equilibrio.
En este sentido, Pierre Simon Laplace toma como inspiración los trabajos realizados por el astrónomo italiano Lagrange sobre las variaciones en las órbitas de los planetas para utilizarlos como base para sus primeras investigaciones. En el año 1773 realiza una presentación ante la Academia Francesa, cuyo argumento central es que en realidad los movimientos de los planetas son estables.
Contrario a lo expuesto por Tycho Brahé, Laplace expone que en realidad no hay una desigualdad en las órbitas de los planetas de Júpiter y Saturno, y que las mismas tienen un movimiento periódico de 929 años.
Dados los resultados señalados en esta investigación, se consideró uno de los estudios más relevantes para la física de la astronomía desde lo planteado por Newton. Años después se le reconoce este mérito, volviéndolo parte de la Academia de Ciencias
Para ese misma época, este joven también había publicado sus hallazgos de investigación en el área de las matemáticas, con respecto al cálculo de las ecuaciones. En el informe de la Academia de la Ciencia en 1774, se puede leer lo siguiente: “Esta Sociedad que se ha apresurado a recompensar sus trabajos y sus talentos, no había visto todavía a nadie tan joven que le presentara en tan poco tiempo memorias importantes, y sobre materias tan diversas y difíciles”.
Al año siguiente, partiendo también de los datos impuestos por Lagrange, logra determinar que la excentricidad de la órbita de un planeta, es decir, la forma de la misma, puede verse más amplia bien sea en la zona superior o inferior de esta.
En las memorias hechas por Pierre Simon Laplace durante los años 1784, 1785 y 1786 se hace constancia de que la mutua acción entre los planetas de Júpiter y Saturno jamás alteraría la excentricidad e inclinación de sus órbitas.
Para el año 1787, presenta una segunda investigación acerca de las anomalías en la órbita de la Luna, empleando como base teórica su propia investigación acerca del movimiento de los satélites de Júpiter. Por medio de este estudio, da con la explicación acerca del achatamiento de la Tierra cuando la Luna se encuentra en movimiento.
De una misma manera agrega que el movimiento de la Luna se ve acelerado en un punto y explica que esto es a causa de una reducción en la excentricidad de la órbita de nuestro planeta. Esto se solapa con los planteamientos expuestos por Newton acerca de la Ley de Gravedad (fuerza existente y responsable de que los objetos se atraigan entre sí).
Una vez que estos resultados salen a relucir, se le rinde un homenaje a Laplace por lo mismos. A raíz de esta investigación, queda asentado para siempre en la historia que el sistema solar posee una estabilidad, considerándolo entonces como una agrupación de cuerpos rígidos que se mueven en el vacío del espacio.
Luego, este estudio lo toma como punto de partida para encontrar una solución a lo que llamó un gran problema con respecto a la mecánica del sistema solar. Las observaciones realizadas debían coincidir con los resultados matemáticos expuestos en su antigua investigación.
Modelo de Laplace
El modelo matemático creado por Pierre Simon Laplace, es utilizado para el cálculo de las probabilidades. La probabilidad es entendida como un cálculo acerca de las posibilidades que existen para que un evento se cumpla o quede en manos del azar.
Este modelo estable indica que si elegimos un evento cualquiera, el mismo posee una serie de posibles resultados finitos con la característica de que cada uno de estos son equiprobables, es decir, todos poseen la misma opción de ocurrencia. Por lo tanto, en dicho espacio con ”n” cantidad de elementos, la probabilidad de que cualquiera de ellos suceda es de:
p= 1/n
En este sentido, se entiende como n a la cantidad total de elementos o posibles resultados que pueden ocurrir para un evento cualquiera, mientras que 1 es cualquiera de estos resultados, esto se debe a que cada uno de estos resultados es único y totalmente independiente del otro, por lo que solo podría ocurrir una sola vez.
Este modelo con el paso de los años recibió también el nombre de ”probabilidad simple”, esto se debe a que los cálculos para conseguir la probabilidad de los eventos solo pueden ser independientes, lo que significa que ninguno de estos resultados para el evento están relacionados entre sí.
En consecuencia, se puede concluir acerca de este modelo que para obtener la probabilidad de ocurrencia de un evento cualquiera (A) se debe realizar una sumatoria de los elementos que lo conforman, lo que se entiende como ”casos favorables”, luego dicha sumatoria es dividida entre el número total de elementos, lo que se llama ”casos posibles” y se formula de la siguiente forma:
P(A)= Número de casos favorables/ Número de casos posibles
Transformaciones
La transformada de Laplace se entiende como una transformada integral, es decir, la misma es cualquier modificación que se le aplica a una función, la cual es empleada con frecuencia para la resolución de una ecuación diferencial ordinaria, esta es vista como una ecuación matemática en donde se relacionan las funciones con sus derivadas.
Una función por lo general en el ámbito matemático, es empleada para representar cantidades físicas, por lo que sus derivadas vendrían siendo las razones por las cuales estas cantidades cambian, la ecuación diferencial ordinaria establece cómo es la relación entre estos dos puntos.
La transformación de Laplace para una función es utilizada siempre y cuando los valores de la misma sean positivos, es decir, un valor real como 0 o cualquier otro que no tenga un signo negativo a su lado.
No obstante, la misma no pasó más allá del campo teórico, dado que esta solo podía ser implementada en la materia de la probabilidad, cuando en realidad una función con sus derivadas y ecuaciones diferenciales, son planteamientos matemáticos diseñados para el uso de la física y la ingeniería, por lo que no tiene un valor práctico.
Sus obras
Como ya se ha recalcado durante todo el artículo, Pierre Simon Laplace ha sido uno de los astrónomos no solo más relevantes en la ciencia, sino también el más joven. Durante toda su carrera en el gremio de la astronomía y la matemática realizó una serie de grandes obras en donde documentó todas sus investigaciones, así como una explicación detallada acerca de sus teorías.
En los próximos apartados le daremos un recorrido profundo a sus obras más destacadas, esto con la finalidad de que crear un marco referencial lo suficientemente amplio para abarcar los aportes de este astrónomo tan ilustre.
Exposition du systeme du monde
Pierre Simon Laplace en esta obra presenta una exposición sobre todo lo referente a la historia de la astronomía. Durante muchos años e incluso hoy en día se le considera a este texto una de las obras más relevantes de la literatura en su idioma natal. La publicación y el éxito de esta obra le garantiza un puesto honorífico en la Academia Francesa en el año 1816.
El postulado central con el cual se desarrolla este texto está enfocado en la hipótesis de que el Sistema solar tuvo su inicio en una nebulosa primitiva, a la misma se le conoce desde entonces como ”hipótesis nebular”. Esta sugiere que el origen de nuestro sistema solar fue una nebulosa en el espacio, la cual es vista como un cuerpo constituido por gases y partículas de polvo que se concentran en sus alrededores.
De esta forma, dicha nebulosa primitiva envuelve a un núcleo de alta temperatura como si la misma fuera su atmósfera, y este se mueve constantemente sobre su propio eje, que sería su centro.
Luego, por medio del enfriamiento de las capas exteriores así como el constante movimiento de rotación, se da origen a lo que serían las líneas divisorias entre las órbitas, así como los planetas, mientras que el núcleo que se encuentra en el centro de esta nebulosa constituiría al Sol. Posteriormente, bajo este mismo proceso se formarían los satélites naturales de planetas, es decir, cuerpos celestes menores que se encuentran atraídos en su órbita.
A pesar de que este ha sido uno de los aportes astronómicos con mayor relevancia dentro de esta ciencia, Pierre Simon Laplace no fue el primero en darse cuenta. En el año 1755 el filosofo alemán Inmanuel Kant ya había argumentado acerca de la hipótesis nebular, no obstante, era posible que Laplace no tuviera consciencia de este hecho.
Sin embargo, esta obra no queda exenta de la crítica. Entre las principales declaraciones negativas acerca de los planteamientos impuestos, cabe resaltar que todo el conocimiento puesto es netamente teórico, no hay datos matemáticos que comprueben este hecho.
Mecánica celeste
La Mecánica Celeste, es una obra de gran magnitud que consta de cinco volúmenes realizados entre los años 1799 y 1825. La misma se considera un cierre a más de un siglo de trabajo, durante el cual los científicos intentaron dar una explicación matemática a la teoría gravitacional planteada por Isaac Newton.
Laplace reúne en este gran texto una vasta cantidad de los trabajos dejados por reconocidos astrónomos como: Newton, Halley, Clairaut, D’Alembert, Euler, etc. De esta manera, junto con sus propios descubrimientos, abarca todo el conocimiento de su época acerca de los movimientos de los cuerpos existentes en el sistema solar.
En el año 1799, fueron publicados los dos primeros volúmenes de la obra. En ellos se encuentran los métodos diseñados para el cálculo de los movimientos planetarios y determinación de sus formas.
El tercer y cuarto volumen fueron publicados respectivamente en los años 1802 y 1805. Aquí se expone el modo correcto para emplear los métodos previstos en los anteriores números de la obra, así como varias tablas de astronomía. El quinto volumen fue publicado en 1825 y el contenido en él es en gran parte histórico, no obstante, al finalizar contiene un índice en donde se ven reflejados los resultados de la investigación.
Teoría Analítica de las Probabilidades
En el año 1812 Pierre-Simon Laplace redacta esta obra, en ella expone de manera detallada los principios básicos para la aplicación de la probabilidad por el azar. En otras palabras, este texto es una introducción al cálculo matemático para eventos aleatorios, además de una recopilación de memorias del autor del año 1711.
El autor en esta obra argumenta de manera simple lo que es el cálculo de probabilidades, expresando la siguiente cita: “En el fondo, la teoría de probabilidades es sólo sentido común expresado con números”.
Asimismo, Laplace recalca la importancia de este material, exponiendo que: “Es notable que una ciencia que comenzó con las consideraciones de juegos de azar había de llegar a ser el objeto más importante del conocimiento humano. Las cuestiones más importantes de la vida constituyen en su mayor parte, en realidad, solamente problemas de probabilidad”.
Luego de haber realizado esta obra, el interés de Laplace en el ámbito de las probabilidades se fue perdiendo poco a poco, al llegar casi el fin del siglo XIX el joven astrónomo no se encontraba desarrollando alguna investigación en el área de las matemáticas.
Sin embargo, esta obra marca un hito para este tema en el mundo de las matemáticas, dado que hasta hoy en día sus modelos son los que se implementan para impartir este conocimiento de probabilidades.
De igual manera, no solo en esta obra se contemplan los descubrimientos y aportes de Laplace, además hace constancia en añadir algunas propuestas por otras mentes en el área. Como por ejemplo el Teorema de Bayes, el mismo se entiende como el cálculo de la probabilidad de que un evento cualquiera haya sucedido por X causa, es decir, en este aspecto el evento de interés ya ha sucedido y se quiere descubrir cuál fue la causa.
A lo largo de la obra, queda constancia de que Pierre Simon Laplace es un conocedor de las matemáticas, puesto que en la misma se puede encontrar mención de sus otros trabajos en el área, como los valores numéricos en el cálculo de las ecuaciones diferenciales ordinarias en lo que se conoce como la Transformación de Laplace.
Reconocimientos
A lo largo de su vida, Pierre Simon Laplace fue una figura muy reconocida en la ciencia de la astronomía, muchos de sus aportes sirvieron de base para innumerables investigaciones que se realizan en los observatorios del mundo. Por lo que es de suponer que gracias a la dedicación impuesta durante toda su carrera, la retribución haya sido generosa.
Uno de los reconocimientos destacados es que un asteroide lleva su nombre. El mismo fue descubierto en 7 de septiembre del año 1986 por el astrónomo belga Eric Walter Elst. Este se encuentra en lo que se conoce como el Cinturón de Asteroides, un conglomerado en forma de anillo que se encuentra entre las órbitas de los planetas Marte y Júpiter.
De igual manera, su nombre es uno de los que se encuentran grabados en la Torre Eiffel en París, Francia. Esto se debe a que el constructor de la misma (Gustave Eiffel) decidió añadir en ella una sección llamada ”sabios de la Torre Eiffel”.
La misma corresponde a un lugar en el cual los nombres de los científicos e ingenieros industriales franceses quedan plasmados para la posteridad, dados los aportes importantes que realizaron en sus respectivas áreas entre 1789 y 1889, por los que fueron y son recordados como grandes miembros de la Francia del siglo XIX.
Asimismo, recibió un titulo de honor en la Agencia Espacial Europea, la cual es una organización de carácter internacional cuya misión es la exploración espacial. Igualmente, este honor le fue otorgado para la Misión del Sistema Europa Júpiter – Laplace, esta constituye un proyecto de exploración pronosticado para este mismo año (2020) con el fin de obtener información relevante sobre las lunas del planeta Júpiter.
Por último, otro reconocimiento para Pierre Simon Laplace es el nombramiento en su honor de una llanura en la Luna, la misma es vista como una planicie oscura y extendida en su superficie.
Ha sido todo por el artículo de hoy, esperamos que la información proporcionada haya sido de gran ayuda. Le hacemos la invitación a leer también: Claudio Ptolomeo y Caroline Herschel
