Жан-Батист Жозеф Фурье ( / ˈ f ʊr i eɪ , -i ər / ; [1] французский: [fuʁje] ; 21 марта 1768 — 16 мая 1830) — французский математик и физик , родившийся в Осере и наиболее известный как инициатор исследование рядов Фурье , которые со временем развились в анализ Фурье и гармонический анализ , и их приложения к задачам теплопередачи и вибраций . Преобразование Фурье и закон проводимости Фурье также названы в его честь. Фурье также обычно приписывают открытие парникового эффекта . [2]
Фурье родился в Осере (ныне департамент Йонна во Франции) в семье портного . Он осиротел в девятилетнем возрасте. Фурье был рекомендован епископу Осера , и благодаря этому представлению он получил образование в бенедиктинском ордене монастыря Святого Марка. Должности в научном корпусе армии были зарезервированы для людей хорошего происхождения, и, будучи таким образом не имеющим на это права, он принял военную должность лектора по математике. Он принял видное участие в своем округе в пропаганде Французской революции , работая в местном революционном комитете. Он был ненадолго заключен в тюрьму во время террора , но в 1795 году был назначен в Нормальную школу и впоследствии сменил Жозефа-Луи Лагранжа в Политехнической школе .
Фурье сопровождал Наполеона Бонапарта в его египетской экспедиции в 1798 году в качестве научного консультанта и был назначен секретарем Института Египта . Отрезанный от Франции британским флотом, он организовал мастерские, на которые французская армия должна была рассчитывать во время войны. Он также представил несколько математических статей для Египетского института (также называемого Каирским институтом), который Наполеон основал в Каире с целью ослабления британского влияния на Востоке. После британских побед и капитуляции французов под командованием генерала Мену в 1801 году Фурье вернулся во Францию.
.jpg/1280px-Legendre_and_Fourier_(1820).jpg)
В 1801 году [4] Наполеон назначил Фурье префектом (губернатором) департамента Изер в Гренобле , где он курировал строительство дорог и другие проекты. Однако Фурье ранее вернулся домой из экспедиции Наполеона в Египет, чтобы возобновить свою академическую должность профессора Политехнической школы , когда Наполеон в своем замечании решил иначе.
... недавно умер префект департамента Изер, и я хотел бы выразить доверие гражданину Фурье, назначив его на это место. [4]
Таким образом, будучи верным Наполеону, он занял должность префекта. [4] Именно в Гренобле он начал экспериментировать с распространением тепла. Он представил свою статью «О распространении тепла в твердых телах» в Парижском институте 21 декабря 1807 года. Он также внес свой вклад в монументальное « Описание Египта» . [5]
В 1822 году Фурье сменил Жана Батиста Жозефа Деламбра на посту постоянного секретаря Французской академии наук . В 1830 году он был избран иностранным членом Шведской королевской академии наук .
Фурье никогда не был женат. [6]
В 1830 году его ухудшившееся здоровье начало сказываться:
Фурье уже пережил несколько приступов аневризмы сердца в Египте и Гренобле. В Париже невозможно было ошибиться относительно первопричины частых удуший, которые он испытывал. Однако падение, которое он перенес 4 мая 1830 года при спуске по лестнице, усугубило болезнь до такой степени, чего можно было когда-либо опасаться. [7]
Вскоре после этого события он умер в своей постели 16 мая 1830 года.
Фурье был похоронен на кладбище Пер-Лашез в Париже, гробнице, украшенной египетским мотивом, отражающим его должность секретаря Каирского института и его сборник « Описание Египта» . Его имя — одно из 72 имен, написанных на Эйфелевой башне .
Бронзовая статуя была установлена в Осере в 1849 году, но во время Второй мировой войны ее переплавили на вооружение. [а] Университет Жозефа Фурье в Гренобле был назван в его честь.
В 1822 году Фурье опубликовал свою работу о тепловом потоке в Théorie analytique de la chaleur ( «Аналитическая теория тепла ») [8] , в которой он основывал свои рассуждения на законе охлаждения Ньютона , а именно, что поток тепла между двумя соседними молекулами пропорциональна чрезвычайно малой разнице их температур. Эта книга была переведена [9] с редакционными «исправлениями» [10] на английский язык 56 лет спустя Фрименом (1878). [11] Книга также была отредактирована Дарбу со многими редакционными исправлениями и переиздана на французском языке в 1888 году. [10]
В эту работу было внесено три важных вклада: один чисто математический, два по существу физические. В математике Фурье утверждал, что любую функцию переменной, как непрерывную , так и прерывистую , можно разложить в ряд синусов , кратных переменной. Хотя этот результат неверен без дополнительных условий, наблюдение Фурье о том, что некоторые разрывные функции представляют собой сумму бесконечных рядов, было прорывом. Вопрос определения момента сходимости ряда Фурье был фундаментальным на протяжении веков. Жозеф-Луи Лагранж привел частные случаи этой (ложной) теоремы и подразумевал, что метод является общим, но не стал развивать эту тему. Питер Густав Лежен Дирихле был первым, кто удовлетворительно продемонстрировал это с некоторыми ограничительными условиями. Эта работа обеспечивает основу для того, что сегодня известно как преобразование Фурье .
Одним из важных физических вкладов в книгу была концепция размерной однородности в уравнениях; т.е. уравнение может быть формально правильным только в том случае, если размеры совпадают по обе стороны равенства; Фурье внес важный вклад в анализ размерностей . [12] Другим физическим вкладом было предложение Фурье его уравнения в частных производных для кондуктивной диффузии тепла. Это уравнение теперь преподается каждому студенту, изучающему математическую физику.
Фурье оставил незаконченную работу по определению и расположению вещественных корней многочленов, которая была отредактирована Клодом-Луи Навье и опубликована в 1831 году. Эта работа содержит много оригинального материала, в частности, теорему Фурье о вещественных корнях многочленов , опубликованную в 1820 году. Теорема Фурье о действительных корнях многочленов утверждает, что многочлен с действительными коэффициентами имеет действительный корень между любыми двумя последовательными нулями его производной. [13] [14] Франсуа Будан в 1807 и 1811 годах независимо опубликовал свою теорему (также известную под именем Фурье), которая очень близка к теореме Фурье (каждая теорема является следствием другой). Доказательство Фурье [13] обычно приводилось в XIX веке в учебниках по теории уравнений. [b] Полное решение проблемы было дано в 1829 году Жаком Шарлем Франсуа Штурмом . [15]
В 1820-х годах Фурье подсчитал, что объект размером с Землю и находящийся на расстоянии от Солнца должен быть значительно холоднее, чем на самом деле является планета, если он нагревается только за счет воздействия приходящей солнечной радиации. Различные возможные источники дополнительного наблюдаемого тепла он рассмотрел в статьях, опубликованных в 1824 [16] и 1827 годах. [17] Однако в конце концов из-за большой разницы в 33 градуса между его расчетами и наблюдениями Фурье ошибочно полагал, что существует значительный вклад излучения межзвездного пространства. Тем не менее, рассмотрение Фурье возможности того, что атмосфера Земли может действовать как своего рода изолятор, широко признано как первое предположение о том, что сейчас известно как парниковый эффект , [18] хотя Фурье никогда не называл это так. [19] [20]
В своих статьях Фурье ссылался на эксперимент де Соссюра , который облицовал вазу почерневшей пробкой. В пробку он вставил несколько листов прозрачного стекла, разделенных промежутками воздуха. Полуденный солнечный свет проникал в верхнюю часть вазы через стеклянные панели. Температура стала более высокой во внутренних отсеках этого устройства. Фурье заметил, что если бы газы в атмосфере могли образовывать устойчивый барьер, подобный стеклянным панелям, они бы оказывали аналогичное влияние на температуру планеты. [17] Этот вывод, возможно, способствовал более позднему использованию метафоры «парникового эффекта» для обозначения процессов, определяющих температуру воздуха. [21] Фурье отметил, что фактические механизмы, определяющие температуру атмосферы, включают конвекцию , которой не было в экспериментальном устройстве де Соссюра.
[Фурье] не назвал свое открытие парниковым эффектом, но будущие ученые назвали его так в честь эксперимента [де Соссюра], который повлиял на работу Фурье..
СМИ, связанные с Жозефом Фурье, на Викискладе?
