Жан-Батист Жозеф Фурье ( / ˈ f ʊr i eɪ , - i ər / ; [1] фр. [fuʁje] ; 21 марта 1768 — 16 мая 1830) — французский математик и физик, родившийся в Осере и наиболее известный тем, что инициировал исследование рядов Фурье , которые в конечном итоге переросли в анализ Фурье и гармонический анализ , а также их применение к проблемам теплопередачи и колебаний . 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 возрасте девяти лет. Фурье был рекомендован епископу Осера , и благодаря этому знакомству он получил образование в бенедиктинском ордене монастыря Святого Марка. Должности в научном корпусе армии были зарезервированы для людей знатного происхождения, и, будучи таким образом непригодным, он принял военную должность лектора по математике. Он сыграл видную роль в своем собственном округе в содействии Французской революции , работая в местном Революционном комитете. Он был недолго заключен в тюрьму во время террора , но в 1795 году был назначен в École Normale и впоследствии стал преемником Жозефа-Луи Лагранжа в École Polytechnique .
Фурье сопровождал Наполеона Бонапарта в его египетской экспедиции в 1798 году в качестве научного советника и был назначен секретарем Института Египта . Отрезанный от Франции британским флотом, он организовал мастерские, на которые французская армия должна была полагаться для своего военного снаряжения. Он также внес несколько математических работ в Египетский институт (также называемый 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 наполеоновской экспедиции в Египет, чтобы возобновить свою академическую должность профессора в Политехнической школе , когда Наполеон решил иначе в своем замечании
... в связи с недавней смертью префекта департамента Изер я хотел бы выразить свое доверие гражданину Фурье, назначив его на это место. [4]
Поэтому, будучи верным Наполеону, он занял должность префекта. [4] Именно в Гренобле он начал экспериментировать с распространением тепла. Он представил свою работу « О распространении тепла в твердых телах» Парижскому институту 21 декабря 1807 года. Он также внес 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 Королевской шведской академии наук .
Фурье никогда не был женат. [6]
В 1830 году его ухудшившееся здоровье начало сказываться:
Фурье уже пережил в Египте и Гренобле несколько приступов аневризмы сердца. В Париже невозможно было ошибиться относительно основной причины частых удушений, которые он испытывал. Однако падение, которое он перенес 4 мая 1830 года, спускаясь по лестнице, обострило болезнь до такой степени, что ее нельзя было даже бояться. [7]
Вскоре после этого события 16 мая 1830 года он умер в своей постели.
Фурье был похоронен на кладбище Пер-Лашез в Париже, гробница украшена египетским мотивом, чтобы отразить его положение секретаря Каирского института, и его подборку Description de l'Égypte . Его имя является одним из 72 имен, написанных на Эйфелевой башне .
В 1849 году в Осере была воздвигнута бронзовая статуя, но во время Второй мировой войны ее переплавили на вооружение. В его честь назван университет Жозефа Фурье в Гренобле.
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 частицами пропорционален 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, со многими редакционными исправлениями, математиком Жаном Гастоном Дарбу и переиздана на французском языке в 1888 году. [10]
В этой работе было три важных вклада, один чисто математический, два по сути физических. В математике Фурье утверждал, что любая функция переменной, будь то непрерывная или разрывная , может быть разложена в ряд синусов кратных переменной. Хотя этот результат неверен без дополнительных условий, наблюдение Фурье, что некоторые разрывные функции являются суммой бесконечных рядов, было прорывом. Вопрос определения того, когда ряд Фурье сходится, был фундаментальным на протяжении столетий. Жозеф-Луи Лагранж привел частные случаи этой (ложной) теоремы и подразумевал, что метод является общим, но он не занимался этим вопросом. Петер Густав Лежен Дирихле был первым, кто дал удовлетворительную демонстрацию этого с некоторыми ограничительными условиями. Эта работа дает основу для того, что сегодня известно как преобразование Фурье .
Одним из важных физических вкладов в книге была концепция размерной однородности в уравнениях; т. е. уравнение может быть формально правильным, только если измерения совпадают по обе стороны равенства; Фурье внес важный вклад в размерный анализ . [12] Другим физическим вкладом было предложение Фурье его частного дифференциального уравнения для кондуктивной диффузии тепла. Это уравнение теперь преподается каждому студенту математической физики.
Фурье оставил незаконченную работу по определению и нахождению действительных корней многочленов, которая была отредактирована Клодом-Луи Навье и опубликована в 1831 году. Эта работа содержит много оригинального материала — в частности, теорему Фурье о действительных 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 своей производной. [13] [14] Франсуа Будан в 1807 и 1811 годах независимо опубликовал свою теорему (также известную под именем теоремы Фурье), которая очень близка к теореме Фурье (каждая теорема является следствием другой). Доказательство Фурье [13] — это то, которое обычно приводилось в учебниках по теории уравнений в 19 веке. [a] Полное решение задачи было дано в 1829 году Жаком Шарлем Франсуа Штурмом . [15]
В 1820-х годах Фурье рассчитал, что объект размером с Землю и на его расстоянии от Солнца должен быть значительно холоднее, чем на самом деле планета, если нагревается только за счет воздействия входящего солнечного излучения. Он исследовал различные возможные источники дополнительного наблюдаемого тепла 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 из межзвездного пространства. Тем не менее, рассмотрение Фурье возможности того, что атмосфера Земли может действовать как своего рода изолятор, широко признано первым предложением того, что сейчас известно как парниковый эффект , [18] хотя Фурье никогда так его не называл. [19] [20]
В своих статьях Фурье ссылался на эксперимент Горация Бенедикта де Соссюра , который выстилал вазу почерневшей пробкой. В пробку он вставлял несколько стеклянных панелей, разделенных промежутками воздуха. Полуденный солнечный свет проникал в верхнюю часть вазы через стеклянные панели. Температура становилась более высокой в более внутренних отсеках этого устройства. Фурье отмечал, что если бы газы в атмосфере могли образовывать устойчивый барьер, подобный стеклянным панелям, они бы оказывали аналогичное воздействие на планетарные температуры. [17] Этот вывод, возможно, способствовал более позднему использованию метафоры «парникового эффекта» для обозначения процессов, определяющих температуру атмосферы. [21] Фурье отмечал, что фактические механизмы, определяющие температуру атмосферы, включали конвекцию , которая отсутствовала в экспериментальном устройстве де Соссюра.
] не назвал свое открытие парниковым эффектом, но будущие ученые назвали его так в честь эксперимента [де Соссюра], который повлиял на работу Фурье..
Медиа, связанные с Жозефом Фурье на Wikimedia Commons
