Joseph Fourier - Joseph Fourier

Pro francouzského socialistického filozofa viz Charles Fourier.
Joseph Fourier
Fourier2.jpg
Jean-Baptiste Joseph Fourier
narozený(1768-03-21)21. března 1768
Auxerre, burgundské, Francouzské království (nyní v Yonne, Francie )
Zemřel16. května 1830(1830-05-16) (ve věku 62)
Paříž, Francouzské království
Národnostfrancouzština
Alma materÉcole Normale Supérieure
Známý jako(viz seznam)
Fourierovo číslo
Fourierova řada
Fourierova transformace
Fourierův zákon vedení
Vyřazení Fourier-Motzkin
Skleníkový efekt
Vědecká kariéra
PoleMatematik, fyzik, historik
InstituceÉcole Normale Supérieure
École Polytechnique
Akademičtí poradciJoseph-Louis Lagrange
Pozoruhodné studentyPeter Gustav Lejeune Dirichlet
Claude-Louis Navier
Giovanni Plana

Jean-Baptiste Joseph Fourier (/ˈF.rieɪ,-i.r/;[1] Francouzština:[fuʁje]; 21. března 1768 - 16. května 1830) byl a francouzština matematik a fyzik narozen v Auxerre a nejlépe známý pro zahájení vyšetřování Fourierova řada, který se nakonec vyvinul do Fourierova analýza a harmonická analýza a jejich aplikace na problémy přenos tepla a vibrace. The Fourierova transformace a Fourierův zákon vedení jsou také jmenováni na jeho počest. Fourier je také obecně připočítán s objevem skleníkový efekt.[2]

Životopis

Fourier se narodil v Auxerre (nyní v Yonne département Francie), syn a Krejčí. Byl osiřel ve věku devíti. Fourier byl doporučen Biskup z Auxerre a prostřednictvím tohoto úvodu byl vzděláván Benediktinský řád kláštera svatého Marka. Provize ve vědeckých sborech armády byly vyhrazeny pro ty, které se dobře narodily, a proto byl nezpůsobilý a přijal vojenskou docenturu matematiky. Podílel se na prominentní roli ve svém vlastním obvodu při propagaci francouzská revoluce, sloužící v místním revolučním výboru. Během války byl krátce uvězněn Teror ale v roce 1795 byl jmenován do École Normale a následně uspěl Joseph-Louis Lagrange na École Polytechnique.

Fourier doprovázen Napoleon Bonaparte na jeho Egyptská expedice v roce 1798 jako vědecký poradce a byl jmenován tajemníkem Institut d'Égypte. Odříznut od Francie britskou flotilou, uspořádal workshopy, na které se francouzská armáda musela spoléhat na svou válečnou munici. Přispěl také několika matematickými příspěvky do Egyptského institutu (nazývaného také Káhirský institut), který Napoleon založil Káhira, s ohledem na oslabení britského vlivu na východě. Po britských vítězstvích a kapitulaci francouzských pod Generále Menou v roce 1801 se Fourier vrátil do Francie.

1820 akvarel karikatury francouzských matematiků Adrien-Marie Legendre (vlevo) a Joseph Fourier (vpravo) francouzským umělcem Julien-Léopold Boilly, akvarel portrét čísla 29 a 30 z Album de 73 Portraits-Charge Aquarellés des Membres de I’Institut.[3]

V roce 1801[4] Napoleon jmenován Fourierem Prefekt (Guvernér) Department of Isère v Grenoble, kde dohlížel na stavbu silnic a další projekty. Fourier se však předtím vrátil z napoleonské expedice do Egypta domů, aby pokračoval ve svém akademickém postu profesora École Polytechnique když Napoleon ve své poznámce rozhodl jinak

... prefekt departementu Isère, který nedávno zemřel, bych rád vyjádřil důvěru v občana Fouriera jmenováním na toto místo.[4]

Proto byl věrný Napoleonovi a nastoupil do úřadu prefekta.[4] V Grenoblu začal experimentovat s šířením tepla. Prezentoval svůj příspěvek O šíření tepla v pevných tělesech do pařížského institutu 21. prosince 1807. Rovněž přispěl k monumentu Popis de l'Égypte.[5]

V roce 1822 uspěl Fourier Jean Baptiste Joseph Delambre jako stálý tajemník Francouzská akademie věd. V roce 1830 byl zvolen zahraničním členem Královská švédská akademie věd.

V roce 1830 si jeho zhoršené zdraví začalo vybírat svou daň:

Fourier již v Egyptě a Grenoblu zažil některé záchvaty aneurismu srdce. V Paříži nebylo možné se mýlit, pokud jde o hlavní příčinu častých udušení, která zažil. Pád, kterého však 4. května 1830 utrpěl, když sestupoval po schodech, zhoršil nemoc do té míry, že by se toho nebylo možné bát.[6]

Krátce po této události zemřel 16. května 1830 ve své posteli.

Fourier byl pohřben v Hřbitov Père Lachaise v Paříži hrob zdobený egyptským motivem, který odráží jeho pozici sekretáře káhirského institutu a jeho shromáždění Popis de l'Égypte. Jeho jméno je jedno z 72 jmen zapsaných na Eiffelovu věž.

Bronzová socha byla postavena v Auxerre v roce 1849, ale během druhé světové války byla roztavena pro vyzbrojování.[A] Univerzita Josepha Fouriera v Grenoblu je pojmenován po něm.

Analytická teorie tepla

Náčrt Fourier, kolem roku 1820.

V roce 1822 publikoval Fourier svou práci tepelný tok v Théorie analytique de la chaleur (Analytická teorie tepla),[7] ve kterém založil své úvahy Newtonův zákon chlazení totiž, že tok tepla mezi dvěma sousedními molekulami je úměrný extrémně malému rozdílu jejich teplot. Tato kniha byla přeložena,[8] s redakčními „opravami“,[9] do angličtiny o 56 let později Freeman (1878).[10] Kniha byla také editována, s mnoha redakčními opravami, autorem Darboux a znovu publikovány ve francouzštině v roce 1888.[9]

V této práci byly tři důležité příspěvky, jeden čistě matematický a dva v zásadě fyzické. V matematice Fourier tvrdil, že jakoukoli funkci proměnné, ať už spojitou nebo nespojitou, lze rozšířit v řadě sines násobků proměnné. I když tento výsledek není bez dalších podmínek správný, průlomem bylo Fourierovo pozorování, že některé diskontinuální funkce jsou součtem nekonečných řad. Otázka určení, kdy se Fourierova řada sblíží, je zásadní po celá staletí. Joseph-Louis Lagrange uvedl konkrétní případy této (falešné) věty a naznačil, že metoda byla obecná, ale nesledoval předmět. Peter Gustav Lejeune Dirichlet byl první, kdo to uspokojivě demonstroval za určitých omezujících podmínek. Tato práce poskytuje základ pro to, co je dnes známé jako Fourierova transformace.

Jedním z důležitých fyzikálních příspěvků v knize byl koncept dimenzionální homogenity v rovnicích; tj. rovnice může být formálně správná, pouze pokud se rozměry shodují na obou stranách rovnosti; Fourier významně přispěl k rozměrová analýza.[11] Dalším fyzickým příspěvkem byl jeho Fourierův návrh parciální diferenciální rovnice pro vodivou difúzi tepla. Tuto rovnici nyní učí každý student matematické fyziky.

Skutečné kořeny polynomů

Busta Fouriera v Grenoblu

Fourier zanechal nedokončenou práci na určování a lokalizaci skutečných kořenů polynomů, kterou editoval Claude-Louis Navier a publikováno v roce 1831. Tato práce obsahuje mnoho originálních materiálů - zejména Fourierova věta o polynomiálních reálných kořenech, publikoval v roce 1820.[12] François Budan, v letech 1807 a 1811, publikoval samostatně své teorém (také známý pod jménem Fourier), který je velmi blízký Fourierově větě (každá věta je důsledkem druhé). Fourierův důkaz[12] je ten, který byl během 19. století obvykle uveden v učebnicích teorie rovnic.[b] A úplné řešení problému byl dán v roce 1829 Jacques Charles François Sturm.

Objev skleníkového efektu

Fourierův hrob, Hřbitov Père Lachaise

Ve dvacátých letech 20. století Fourier vypočítal, že objekt o velikosti Země a ve své vzdálenosti od Slunce by měl být podstatně chladnější, než ve skutečnosti je planeta, pokud je ohříván pouze účinky přicházejícího slunečního záření. V článcích publikovaných v roce 1824 zkoumal různé možné zdroje dalšího pozorovaného tepla[13] a 1827.[14] I když nakonec navrhl, že mezihvězdné záření může být zodpovědné za velkou část dalšího tepla, Fourierova úvaha o možnosti, že by zemská atmosféra mohla působit jako nějaký izolátor, je široce uznávána jako první návrh toho, co je nyní známé jako skleníkový efekt,[15] ačkoli Fourier to tak nikdy nenazval.[16][17]

Fourier ve svých článcích odkazoval na experiment od de Saussure, který lemoval vázu se zčernalým korkem. Do korku vložil několik tabulí z průhledného skla, oddělených intervaly vzduchu. Polední sluneční světlo mělo dovoleno vstoupit na vrchol vázy přes skleněné tabule. Teplota se zvýšila ve více vnitřních prostorech tohoto zařízení. Fourier dospěl k závěru, že plyny v atmosféře mohou tvořit stabilní bariéru jako skleněné tabule.[14] Tento závěr mohl přispět k pozdějšímu použití metafory „skleníkového efektu“ pro označení procesů, které určují atmosférické teploty.[18] Fourier poznamenal, že zahrnovaly skutečné mechanismy, které určují teploty atmosféry proudění, který nebyl přítomen v de Saussurově experimentálním zařízení.

Funguje

Viz také

Reference

  1. ^ A předplatné byla zahájena instalace nového.
  2. ^ Tyto otázky již nebyly považovány za důležité od konce 19. století do druhé poloviny 20. století, kde se znovu objevily pro potřebu počítačová algebra.
  1. ^ "Fourier". Dictionary.com Nezkrácené. Random House.
  2. ^ Cowie, J. (2007). Změna klimatu: biologické a lidské aspekty. Cambridge University Press. p.3. ISBN  978-0-521-69619-7.
  3. ^ Boilly, Julien-Léopold. (1820). Album de 73 Portraits-Charge Aquarelle's des Membres de I’Institute (akvarel portrét # 29). Biliotheque de l’Institut de France.
  4. ^ A b C O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., „Joseph Fourier“, MacTutor Historie archivu matematiky, University of St Andrews.
  5. ^ Nowlan, Robert. Kronika matematických lidí (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 04.03.2016. Citováno 2015-02-02.
  6. ^ Arago, François (1857). Biografie významných vědeckých mužů.
  7. ^ Fourier 1822.
  8. ^ Freeman, A. (1878). Analytická teorie tepla, Cambridge University Press, Cambridge UK, citováno Truesdell, C.A. (1980), Tragikomická historie termodynamiky, 1822–1854, Springer, New York, ISBN  0-387-90403-4, strana 52.
  9. ^ A b Truesdell, C.A. (1980). Tragikomická historie termodynamiky, 1822–1854, Springer, New York, ISBN  0-387-90403-4, strana 52.
  10. ^ Gonzalez, Rafael; Woods, Richard E. (2010). Digitální zpracování obrazu (Třetí vydání.). Horní sedlo: Pearson Prentice Hall. p. 200. ISBN  978-0-13-234563-7.
  11. ^ Mason, Stephen F .: Historie věd (Simon & Schuster, 1962), str. 169.
  12. ^ A b Fourier 1820.
  13. ^ Fourier 1824a.
  14. ^ A b Fourier 1827a.
  15. ^ Weart, S. (2008). „Skleníkový efekt oxidu uhličitého“. Citováno 27. května 2008.
  16. ^ Fleming, J R (1999). „Joseph Fourier,„ skleníkový efekt “a hledání univerzální teorie pozemských teplot“. Usilovat. 23 (2): 72–75. doi:10.1016 / s0160-9327 (99) 01210-7.
  17. ^ Baum, Sr., Rudy M. (2016). „Budoucí výpočty: první zastánce změny klimatu“. Destilace. 2 (2): 38–39. Citováno 22. března 2018.
  18. ^ Osman, Jheni (2011), 100 nápadů, které změnily svět, Random House, str. 65, ISBN  9781446417485, [Fourier] nenazval svůj objev skleníkovým efektem, ale budoucí vědci jej pojmenovali po experimentu [de Saussure], který ovlivnil Fourierovu práci.

Další čtení

externí odkazy