Pierre-Simon, marquis de Laplace, (geboren am 23. März 1749 in Beaumount-en-Auge, Normandie, Frankreich – gestorben am 5. März 1827 in Paris), französischer Mathematiker, Astronom und Physiker, der vor allem für seine Untersuchungen zur Stabilität des Sonnensystems bekannt war.
Laplace gelang es, alle beobachteten Abweichungen der Planeten von ihren theoretischen Bahnen zu erklären, indem er Sir Isaac Newtons Gravitationstheorie auf das Sonnensystem anwandte, und er entwickelte eine konzeptionelle Sicht der evolutionären Veränderungen in der Struktur des Sonnensystems. Er demonstrierte auch die Nützlichkeit der Wahrscheinlichkeitsrechnung für die Interpretation wissenschaftlicher Daten.
Laplace war der Sohn eines Landwirts. Über sein frühes Leben ist wenig bekannt, außer dass er an der Militärakademie in Beaumont schnell seine mathematischen Fähigkeiten zeigte. Im Jahr 1766 trat Laplace in die Universität von Caen ein, ging aber im folgenden Jahr nach Paris, offenbar ohne einen Abschluss zu machen. Er kam mit einem Empfehlungsschreiben an den Mathematiker Jean d’Alembert an, der ihm zu einer Professur an der École Militaire verhalf, wo er von 1769 bis 1776 unterrichtete.
1773 begann er sein großes Lebenswerk – die Anwendung der Newton’schen Gravitation auf das gesamte Sonnensystem -, indem er sich eines besonders schwierigen Problems annahm: warum die Umlaufbahn des Jupiters ständig zu schrumpfen schien, während die des Saturns sich ständig ausdehnte. Die gegenseitigen Gravitationswechselwirkungen innerhalb des Sonnensystems waren so komplex, dass eine mathematische Lösung unmöglich schien; tatsächlich war Newton zu dem Schluss gekommen, dass ein göttliches Eingreifen in regelmäßigen Abständen erforderlich war, um das System im Gleichgewicht zu halten. Laplace verkündete die Unveränderlichkeit der mittleren Bewegungen der Planeten (durchschnittliche Winkelgeschwindigkeit). Diese Entdeckung im Jahr 1773, der erste und wichtigste Schritt zur Feststellung der Stabilität des Sonnensystems, war der wichtigste Fortschritt in der physikalischen Astronomie seit Newton. Sie brachte ihm im selben Jahr die außerordentliche Mitgliedschaft in der französischen Akademie der Wissenschaften ein.
Mit Hilfe eines von ihnen erfundenen Eiskalorimeters zeigten Laplace und der Chemiker Antoine-Laurent Lavoisier 1780, dass die Atmung eine Form der Verbrennung ist, indem sie quantitative Methoden zum Vergleich von lebenden und nicht lebenden Systemen einsetzten. Als er zu seinen astronomischen Untersuchungen zurückkehrte und das gesamte Thema der planetarischen Störungen – gegenseitige Gravitationswirkungen – untersuchte, wies Laplace 1786 nach, dass die Exzentrizitäten und Neigungen der Planetenbahnen zueinander immer klein, konstant und selbstkorrigierend bleiben. Die Auswirkungen von Störungen waren also konservativ und periodisch, nicht kumulativ und störend.
In den Jahren 1784-85 beschäftigte sich Laplace mit dem Thema der Anziehung zwischen Sphäroiden; in dieser Arbeit lässt sich zum ersten Mal die Potentialfunktion der späteren Physik erkennen. Laplace untersuchte das Problem der Anziehung eines beliebigen Sphäroids auf ein Teilchen, das sich außerhalb oder auf seiner Oberfläche befindet. Durch seine Entdeckung, dass die Anziehungskraft einer Masse auf ein Teilchen, unabhängig von der Richtung, direkt durch Differenzierung einer einzigen Funktion erhalten werden kann, legte Laplace die mathematische Grundlage für die wissenschaftliche Untersuchung von Wärme, Magnetismus und Elektrizität.
Laplace beseitigte die letzte scheinbare Anomalie in der theoretischen Beschreibung des Sonnensystems im Jahr 1787 mit der Bekanntgabe, dass die Mondbeschleunigung von der Exzentrizität der Erdbahn abhängt. Obwohl die mittlere Bewegung des Mondes um die Erde hauptsächlich von der Gravitationsanziehung zwischen den beiden abhängt, wird sie durch die Anziehungskraft der Sonne auf den Mond geringfügig vermindert. Diese Sonnenwirkung hängt jedoch von Änderungen der Exzentrizität der Erdbahn ab, die sich aus Störungen durch die anderen Planeten ergeben. Infolgedessen wird die mittlere Bewegung des Mondes beschleunigt, solange die Erdbahn dazu neigt, kreisförmiger zu werden; wenn das Gegenteil der Fall ist, wird diese Bewegung jedoch gebremst. Die Ungleichheit ist also nicht wirklich kumulativ, schloss Laplace, sondern erstreckt sich über einen Zeitraum von Millionen von Jahren. Damit ist die letzte Gefahr der Instabilität aus der theoretischen Beschreibung des Sonnensystems verschwunden.
1796 veröffentlicht Laplace die Exposition du système du monde (Das Weltsystem), eine halbwegs populäre Abhandlung seiner Arbeiten zur Himmelsmechanik und ein Musterbeispiel für französische Prosa. Das Buch enthielt seine „Nebelhypothese“, die die Entstehung des Sonnensystems auf die Abkühlung und Kontraktion eines Gasnebels zurückführte und das weitere Denken über die Entstehung der Planeten stark beeinflusste. Sein Traité de mécanique céleste (Himmelsmechanik), das zwischen 1798 und 1827 in fünf Bänden erschien, fasste die Ergebnisse seiner mathematischen Entwicklung und Anwendung des Gravitationsgesetzes zusammen. Er bot eine vollständige mechanische Interpretation des Sonnensystems, indem er Methoden zur Berechnung der Bewegungen der Planeten und ihrer Satelliten und ihrer Störungen entwickelte, einschließlich der Lösung von Gezeitenproblemen. Das Buch machte ihn berühmt.
1814 veröffentlichte Laplace ein populäres Werk für den allgemeinen Leser, Essai philosophique sur les probabilités (Ein philosophischer Essay über die Wahrscheinlichkeit). Dieses Werk war die Einleitung zur zweiten Auflage seiner umfassenden und wichtigen Théorie analytique des probabilités (Analytische Theorie der Wahrscheinlichkeit), die erstmals 1812 veröffentlicht worden war und in der er viele der von ihm erfundenen Instrumente zur mathematischen Vorhersage der Wahrscheinlichkeiten für das Eintreten bestimmter Ereignisse in der Natur beschrieb. Er wandte seine Theorie nicht nur auf die gewöhnlichen Zufallsprobleme an, sondern auch auf die Untersuchung der Ursachen von Phänomenen, auf die Lebensstatistik und auf zukünftige Ereignisse, wobei er ihre Bedeutung für die Physik und die Astronomie hervorhob. Das Buch ist auch deshalb bemerkenswert, weil es einen Spezialfall dessen enthält, was als zentraler Grenzwertsatz bekannt wurde. Laplace bewies, dass die Verteilung von Fehlern in großen Datenstichproben aus astronomischen Beobachtungen durch eine Gauß- oder Normalverteilung angenähert werden kann.
Wahrscheinlich weil er keine starken politischen Ansichten vertrat und kein Mitglied der Aristokratie war, entging er während der Französischen Revolution der Verhaftung und Hinrichtung. Laplace war Präsident des Rates für Längengrade, half bei der Organisation des metrischen Systems, war an der Gründung der wissenschaftlichen Gesellschaft von Arcueil beteiligt und wurde zum Marquis ernannt. Er diente sechs Wochen lang als Innenminister unter Napoleon, der in seinen Erinnerungen feststellte, dass Laplace „den Geist des Infinitesimums in die Verwaltung trug“
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