Жозеф Фурье - Joseph Fourier

О французском философе-социалисте см. Шарль Фурье.
Жозеф Фурье
Fourier2.jpg
Жан-Батист Жозеф Фурье
Родившийся(1768-03-21)21 марта 1768 г.
Осер, Бургундия, Королевство Франция (Сейчас в Йонна, Франция )
Умер16 мая 1830 г.(1830-05-16) (62 года)
Париж, Королевство Франция
НациональностьФранцузский
Альма-матерÉcole Normale Supérieure
Известен(см. список)
Число Фурье
Ряд Фурье
преобразование Фурье
Закон проводимости Фурье
Исключение Фурье – Моцкина.
Парниковый эффект
Научная карьера
ПоляМатематик, физик, историк
УчрежденияÉcole Normale Supérieure
École Polytechnique
Академические консультантыЖозеф-Луи Лагранж
Известные студентыПитер Густав Лежен Дирихле
Клод-Луи Навье
Джованни Плана

Жан-Батист Жозеф Фурье (/ˈжʊrяeɪ,-яər/;[1] Французский:[fuje]; 21 марта 1768 - 16 мая 1830) был Французский математик и физик рожден в Осер и наиболее известен тем, что начал расследование Ряд Фурье, который в конечном итоге превратился в Анализ Фурье и гармонический анализ, и их приложения к проблемам теплопередача и вибрации. В преобразование Фурье и Закон проводимости Фурье также названы в его честь. Фурье также обычно приписывают открытие парниковый эффект.[2]

биография

Фурье родился в Осер (сейчас в Йонна департамент Франции), сын портной. Он был осиротевший в возрасте девяти лет. Фурье был рекомендован Епископ Осерский и через это введение он получил образование Бенедиктинский Орден монастыря Святого Марка. Комиссионные в научном корпусе армии были зарезервированы для людей хорошего происхождения, и, будучи таким образом непригодным, он согласился на военную лекцию по математике. Он принимал видное участие в своем округе в продвижении французская революция, служащий в местном ревкоме. Он был ненадолго заключен в тюрьму во время Террор но в 1795 г. был назначен École Normale и впоследствии удалось Жозеф-Луи Лагранж на École Polytechnique.

Фурье сопровождал Наполеон Бонапарт на его Египетская экспедиция в 1798 г. в качестве научного консультанта и был назначен секретарем Institut d'Égypte. Отрезанный от Франции британским флотом, он организовал мастерские, в которых французской армии приходилось полагаться для своих военных боеприпасов. Он также внес несколько математических работ в Египетский институт (также называемый Каирским институтом), который Наполеон основал в Каир, с целью ослабления британского влияния на Востоке. После британских побед и капитуляции французов под Генерал Мену в 1801 году Фурье вернулся во Францию.

1820 год акварель карикатуры французских математиков Адриан-Мари Лежандр (слева) и Жозеф Фурье (справа) французского художника Жюльен-Леопольд Буальи, акварельный портрет № 29 и 30 г. Альбом 73 Portraits-Charge Aquarellés des Membres de I’Institut.[3]

В 1801 г.[4] Наполеон назначен Фурье Префект (Губернатор) Департамент Изер в Гренобль, где курировал строительство дорог и другие проекты. Однако ранее Фурье вернулся домой из экспедиции Наполеона в Египет, чтобы возобновить свою академическую должность профессора в École Polytechnique когда Наполеон решил иначе в своем замечании

... префект департамента Изер недавно умер, я хотел бы выразить свое доверие гражданину Фурье, назначив его на это место.[4]

Таким образом, будучи верным Наполеону, он занял должность префекта.[4] Во время пребывания в Гренобле он начал эксперименты по распространению тепла. Он представил свою статью О распространении тепла в твердых телах. в Парижский институт 21 декабря 1807 года. Он также внес свой вклад в монументальную Описание de l'Égypte.[5]

В 1822 году Фурье удалось Жан Батист Жозеф Деламбр в качестве постоянного секретаря Французская Академия Наук. В 1830 году он был избран иностранным членом Шведская королевская академия наук.

В 1830 году его подорванное здоровье начало сказываться:

Фурье уже испытал 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 пережил 4 мая 1830 года при спуске по лестнице, усугубило болезнь до такой степени, которой можно было даже не опасаться.[6]

Вскоре после этого события он умер в своей постели 16 мая 1830 года.

Фурье был похоронен в Кладбище Пер-Лашез в Париже гробница, украшенная египетским мотивом, чтобы отразить его должность секретаря Каирского института, а также его подборку Описание de l'Égypte. Его имя - одно из 72 имени начертаны на Эйфелевой башне.

Бронзовая статуя была установлена ​​в Осере в 1849 году, но во время Второй мировой войны ее переплавили для вооружения.[а] Университет Джозефа Фурье в Гренобле назван в его честь.

Аналитическая теория тепла

Эскиз Фурье, около 1820 года.

В 1822 году Фурье опубликовал свою работу о тепловой поток в Теория аналитик де ла шалёр (Аналитическая теория тепла),[7] в котором он основывал свои рассуждения на Закон охлаждения Ньютона, а именно, что поток тепла между двумя соседними молекулами пропорционален чрезвычайно малой разнице их температур. Эта книга была переведена,[8] с редакционными "исправлениями",[9] на английский 56 лет спустя Фрименом (1878).[10] Книгу также редактировал, с множеством редакционных исправлений, Дарбу и переиздан на французском языке в 1888 году.[9]

В эту работу было внесено три важных вклада: один чисто математический, два по существу физический. В математике Фурье утверждал, что любую функцию переменной, как непрерывную, так и прерывную, можно разложить в ряд синусы кратных переменной. Хотя этот результат неверен без дополнительных условий, наблюдение Фурье о том, что некоторые разрывные функции являются суммой бесконечных рядов, было прорывом. Вопрос о том, когда сходится ряд Фурье, был фундаментальным на протяжении веков. Жозеф-Луи Лагранж привел частные случаи этой (ложной) теоремы и подразумевал, что метод является общим, но не исследовал эту тему. Питер Густав Лежен Дирихле был первым, кто дал удовлетворительную демонстрацию этого с некоторыми ограничительными условиями. Эта работа закладывает основу 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 если размеры совпадают по обе стороны от равенства; Фурье внес важный вклад в размерный анализ.[11] Другим физическим вкладом было предложение Фурье его уравнение в частных производных для кондуктивного рассеивания тепла. Этому уравнению сейчас обучают каждого студента математической физики.

Действительные корни многочленов

Бюст Фурье в Гренобле

Фурье оставил незаконченную работу по определению и обнаружению действительных корней многочленов, которую редактировал Клод-Луи Навье и опубликована в 1831 году. Эта работа содержит много оригинального материала, в частности, Теорема Фурье о полиномиальных действительных корнях, опубликовано в 1820 году.[12] Франсуа Будан в 1807 и 1811 гг. независимо опубликовал свои теорема (также известный под именем Фурье), что очень близко к теореме Фурье (каждая теорема является следствием другой). Доказательство Фурье[12] это то, что обычно приводилось в 19 веке в учебниках по теории уравнений.[b] А полное решение проблемы был дан в 1829 г. Жак Шарль Франсуа Штурм.

Открытие парникового эффекта

Могила Фурье, Кладбище Пер-Лашез

В 1820-х годах Фурье подсчитал, что объект размером с Землю и на расстоянии от Солнца должен быть значительно холоднее, чем на самом деле планета, если его нагревать только за счет воздействия падающего солнечного излучения. Он исследовал различные возможные источники дополнительного наблюдаемого тепла в статьях, опубликованных в 1824 году.[13] и 1827 г.[14] Хотя в конечном итоге он предположил, что межзвездное излучение может быть ответственно за большую часть дополнительного тепла, рассмотрение Фурье возможности того, что атмосфера Земли может действовать как какой-то изолятор, широко признано как первое предложение того, что сейчас известно как парниковый эффект,[15] хотя Фурье никогда это так не называл.[16][17]

В своих статьях Фурье упоминал эксперимент де Соссюр, выложивший вазу почерневшей пробкой. В пробку он вставил несколько стекол прозрачного стекла, разделенных промежутками воздуха. Полуденный солнечный свет проникал в верхнюю часть вазы через стеклянные панели. Температура стала более высокой в ​​большем количестве внутренних отсеков этого устройства. Фурье пришел к выводу, что газы в атмосфере могут образовывать устойчивый барьер, как стеклянные панели.[14] Этот вывод, возможно, способствовал более позднему использованию метафоры «парниковый эффект» для обозначения процессов, определяющих температуру атмосферы.[18] Фурье отметил, что реальные механизмы, определяющие температуру атмосферы, включают: конвекция, которого не было в экспериментальном устройстве де Соссюра.

Работает

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ А подписка запущен для возведения нового.
  2. ^ Эти вопросы больше не считались важными с конца 19-го века до второй половины 20-го века, когда они снова возникли из-за необходимости компьютерная алгебра.
  1. ^ «Фурье». Dictionary.com Несокращенный. Случайный дом.
  2. ^ Коуи, Дж. (2007). Изменение климата: биологические и антропогенные аспекты. Издательство Кембриджского университета. п.3. ISBN  978-0-521-69619-7.
  3. ^ Буальи, Жюльен-Леопольд. (1820). Альбом 73 Portraits-Charge Aquarelle's des Membres de I’Institute (акварельный портрет №29). Biliotheque de l’Institut de France.
  4. ^ а б c О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф., «Жозеф Фурье», Архив истории математики MacTutor, Сент-Эндрюсский университет.
  5. ^ Новлан, Роберт. Хроника математиков (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-04. Получено 2015-02-02.
  6. ^ Араго, Франсуа (1857). Биографии выдающихся ученых.
  7. ^ Фурье 1822 г..
  8. ^ Фримен, А. (1878). Аналитическая теория тепла, Cambridge University Press, Cambridge UK, цитируется Truesdell, C.A. (1980), Трагикомическая история термодинамики 1822–1854 гг., Спрингер, Нью-Йорк, ISBN  0-387-90403-4, стр. 52.
  9. ^ а б Трусделл, К.А. (1980). Трагикомическая история термодинамики 1822–1854 гг., Спрингер, Нью-Йорк, ISBN  0-387-90403-4, стр. 52.
  10. ^ Гонсалес, Рафаэль; Вудс, Ричард Э. (2010). Цифровая обработка изображений (Третье изд.). Река Аппер Сэдл: Пирсон Прентис Холл. п. 200. ISBN  978-0-13-234563-7.
  11. ^ Мейсон, Стивен Ф .: История наук (Simon & Schuster, 1962), стр. 169.
  12. ^ а б Фурье 1820 г..
  13. ^ Фурье 1824a.
  14. ^ а б Фурье 1827a.
  15. ^ Варт, С. (2008). "Парниковый эффект углекислого газа". Получено 27 мая 2008.
  16. ^ Флеминг, Дж. Р. (1999). «Джозеф Фурье,« парниковый эффект »и поиск универсальной теории земных температур». Стараться. 23 (2): 72–75. Дои:10.1016 / с0160-9327 (99) 01210-7.
  17. ^ Баум, старший, Руди М. (2016). «Расчеты на будущее: первый сторонник изменения климата». Дистилляции. 2 (2): 38–39. Получено 22 марта 2018.
  18. ^ Осман, Джени (2011), 100 идей, которые изменили мир, Random House, стр. 65, ISBN  9781446417485, [Фурье] не назвал свое открытие парниковым эффектом, но будущие ученые назвали его так в честь эксперимента [де Соссюра], который повлиял на работу Фурье..

дальнейшее чтение

внешняя ссылка