لا يمكن أن توجد لغة أكثر عالمية وبساطة، وأكثر خلواً من الأخطاء والغموض...وأكثر استحقاقاً للتعبير عن العلاقات الثابتة لجميع الأشياء الطبيعية [من الرياضيات].
Jean-Baptiste Joseph Fourier كان عالم رياضيات وفيزيائياً فرنسياً وُلد في Auxerre واشتهر بشكل خاص بتطوير دراسة Fourier series، التي تطورت لاحقاً إلى Fourier analysis والتحليل التوافقي وتطبيقاتهما على مسائل نقل الحرارة والاهتزازات. يُسمى Fourier transform وFourier's law of conduction أيضاً باسمه تكريماً له. يُنسب إلى Fourier بشكل عام أيضاً اكتشاف ظاهرة الاحتباس الحراري.
السيرة الذاتية
وُلد Fourier في Auxerre الآن في département Yonne بفرنسا، وهو ابن خياط. فقد والديه في سن التاسعة. نصحه أسقف Auxerre، وبفضل هذه المقدمة، تلقى تعليمه من نظام Benedictine Order التابع لـ Convent of St. Mark. كانت المناصب في الفيلق العلمي للجيش محفوظة لذوي النسب الجيد، وبما أنه لم يكن مؤهلاً، قَبِل منصباً عسكرياً في تدريس الرياضيات. لعب دوراً بارزاً في منطقته في تعزيز الثورة الفرنسية، حيث عمل في اللجنة الثورية المحلية. تم سجنه بإيجاز خلال فترة الإرهاب، لكن في عام 1795، تم تعيينه في École Normale وخلف لاحقاً Joseph-Louis Lagrange في École Polytechnique.
رافق Fourier Napoleon Bonaparte في حملته المصرية عام 1798، بصفته مستشاراً علمياً، وتم تعيينه سكرتيراً لـ Institut d'Égypte. محاصراً من قبل الأسطول البريطاني عن فرنسا، نظّم الورش التي اضطر الجيش الفرنسي للاعتماد عليها في الحصول على الذخيرة. ساهم أيضاً بعدة أوراق رياضية في Egyptian Institute المعروفة أيضاً باسم Cairo Institute التي أسسها Napoleon بالقاهرة، بهدف إضعاف النفوذ البريطاني في الشرق. بعد الانتصارات البريطانية واستسلام الفرنسيين تحت قيادة General Menou عام 1801، عاد Fourier إلى فرنسا.
في عام 1801، عيّنه Napoleon محافظاً لمحافظة Isère في Grenoble، حيث أشرف على بناء الطرق والمشاريع الأخرى. ومع ذلك، كان Fourier قد عاد إلى الوطن مسبقاً من حملة Napoleon إلى مصر ليستأنف منصبه الأكاديمي كأستاذ في École Polytechnique عندما قرر Napoleon خلاف ذلك في ملاحظته
...محافظ محافظة Isère توفي مؤخراً، أود أن أعبر عن ثقتي بـ Fourier بتعيينه في هذا المنصب.
لذا ظل وفياً لـ Napoleon، فقَبِل منصب المحافظ. كان خلال وجوده في Grenoble أنه بدأ في إجراء تجارب على انتشار الحرارة. قدّم ورقته بعنوان On the Propagation of Heat in Solid Bodies إلى Paris Institute في 21 ديسمبر 1807. ساهم أيضاً في Description de l'Égypte الضخمة.
في عام 1822، خلف Fourier Jean Baptiste Joseph Delambre كسكرتير دائم لـ French Academy of Sciences. في عام 1830، تم انتخابه عضواً أجنبياً في Royal Swedish Academy of Sciences.
في عام 1830، بدأت صحته المتدهورة تأخذ منها:
كان Fourier قد عاني بالفعل، في مصر و Grenoble، من نوبات تمدد أم الدم في القلب. في باريس، كان من المستحيل الخطأ بشأن السبب الأساسي للاختناقات المتكررة التي عاناها. إلا أن سقطة تعرض لها في 4 مايو 1830، أثناء نزوله من درج، أدت إلى تفاقم المرض بدرجة تجاوزت كل التوقعات.
بعد وقت قصير من هذا الحدث، توفي في سريره في 16 مايو 1830.
دُفن Fourier في Père Lachaise Cemetery في باريس، وضريح مزيّن بزخارف مصرية تعكس منصبه كسكرتير لـ Cairo Institute وتجميعه لـ Description de l'Égypte. اسمه أحد الأسماء الـ 72 المنقوشة على Eiffel Tower.
نُصبت تمثال برونزي له في Auxerre عام 1849، لكن تم صهره للحصول على الأسلحة خلال الحرب العالمية الثانية. Joseph Fourier University في Grenoble سميت باسمه.
نظرية الحرارة التحليلية
في عام 1822 نشر Fourier عمله عن تدفق الحرارة في Théorie analytique de la chaleur The Analytical Theory of Heat، حيث استند فيه على قانون نيوتن في التبريد، أي أن تدفق الحرارة بين جزيئين متجاورين يتناسب مع الفرق الصغير جداً في درجات حرارتهما. تمت ترجمة هذا الكتاب، مع "تصحيحات" تحريرية، إلى الإنجليزية بعد 56 سنة من قبل Freeman عام 1878. تم أيضاً تحرير الكتاب، مع العديد من التصحيحات التحريرية، من قبل Darboux وإعادة نشره باللغة الفرنسية عام 1888.
كان هناك ثلاث مساهمات مهمة في هذا العمل، واحدة بحتة رياضية، واثنتان فيزيائية بشكل أساسي. في الرياضيات، ادعى Fourier أن أي دالة للمتغير، سواء كانت مستمرة أم غير مستمرة، يمكن توسيعها في سلسلة من الجيوب لمضاعفات المتغير. على الرغم من أن هذه النتيجة ليست صحيحة بدون شروط إضافية، كانت ملاحظة Fourier أن بعض الدوال غير المستمرة هي مجموع سلاسل لا نهائية نقطة انطلاق. كان سؤال تحديد متى تتقارب سلسلة Fourier أساسياً لقرون. كان Joseph-Louis Lagrange قد أعطى حالات خاصة من هذه النظرية الخاطئة، وأشار إلى أن الطريقة كانت عامة، لكنه لم يتابع الموضوع. كان Peter Gustav Lejeune Dirichlet أول من أعطى إثباتاً مرضياً لها مع بعض الشروط المقيدة. يوفر هذا العمل الأساس لما يُعرف اليوم باسم Fourier transform.
كانت إحدى المساهمات الفيزيائية المهمة في الكتاب مفهوم التجانس البُعدي في المعادلات؛ أي أن المعادلة يمكن أن تكون صحيحة رسمياً فقط إذا تطابقت الأبعاد على جانبي المساواة؛ قدّم Fourier مساهمات مهمة في التحليل البُعدي. المساهمة الفيزيائية الأخرى كانت اقتراح Fourier لمعادلته التفاضلية الجزئية لانتشار الحرارة الموصلة. تُدرّس هذه المعادلة الآن لكل طالب فيزياء رياضية.
الجذور الحقيقية للعديدات الحدود
ترك Fourier عملاً لم ينته عليه بخصوص تحديد وتوطين الجذور الحقيقية للعديدات الحدود، تم تحريره من قبل Claude-Louis Navier ونُشر عام 1831. يحتوي هذا العمل على الكثير من المادة الأصلية - لا سيما نظرية Fourier حول جذور العديدات الحدود الحقيقية، المنشورة عام 1820. كان François Budan قد نشر بشكل مستقل عام 1807 و1811 نظريته المعروفة أيضاً باسم Fourier، والتي تشبه كثيراً نظرية Fourier كل نظرية هي نتيجة طبيعية للأخرى. كان إثبات Fourier هو الذي كان يُعطى عادة خلال القرن التاسع عشر في الكتب المدرسية حول نظرية المعادلات. تم إعطاء حل كامل للمسألة عام 1829 من قبل Jacques Charles François Sturm.
اكتشاف ظاهرة الاحتباس الحراري
في عشرينيات القرن التاسع عشر حسب Fourier أن جسماً بحجم الأرض، وعلى بُعدها من الشمس، يجب أن يكون أبرد بكثير مما هي الكوكب في الواقع إذا تم تدفئته فقط بفعل الإشعاع الشمسي الوارد. درس مصادر محتملة مختلفة للحرارة الإضافية المُلاحَظة في مقالات نُشرت عام 1824 و1827. بينما اقترح في نهاية المطاف أن الإشعاع النجمي قد يكون مسؤولاً عن جزء كبير من الدفء الإضافي، تُعتبر دراسة Fourier لإمكانية أن تعمل الغلاف الجوي للأرض كمادة عازلة من نوع ما على نطاق واسع الاقتراح الأول لما يُعرف الآن باسم ظاهرة الاحتباس الحراري، على الرغم من أن Fourier لم يطلق عليها هذا الاسم قط.
في مقالاته، أشار Fourier إلى تجربة من قبل de Saussure، الذي غطى إناءً بفلين مسوّد. في الفلين، أدرج عدة ألواح زجاجية شفافة، مفصولة بفترات من الهواء. سُمح لأشعة الشمس عند الظهيرة بالدخول من أعلى الإناء عبر ألواح الزجاج. أصبحت درجة الحرارة أكثر ارتفاعاً في أقسام هذا الجهاز الأكثر داخلية. استنتج Fourier أن الغازات في الغلاف الجوي يمكنها أن تشكل حاجزاً مستقراً مثل ألواح الزجاج. قد تكون هذه النتيجة قد ساهمت في الاستخدام اللاحق لاستعارة "ظاهرة الاحتباس الحراري" للإشارة إلى العمليات التي تحدد درجات حرارة الغلاف الجوي. لاحظ Fourier أن الآليات الفعلية التي تحدد درجات حرارة الغلاف الجوي تشملت الحمل الحراري، والذي لم يكن موجوداً في جهاز de Saussure التجريبي.
الأعمال
- "Sur l'usage du théorème de Descartes dans la recherche des limites des racines". Bulletin des Sciences, Par la Société Philomatique de Paris: 156–165. 1820.
- Théorie analytique de la chaleur (in French). Paris: Firmin Didot Père et Fils. 1822. OCLC 2688081.
- Théorie analitique de la chaleur (in French). 1. Paris: Gauthier-Villars. 1888.
- "Remarques Générales Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires". Annales de Chimie et de Physique. 27: 136–167. 1824a.
- Gay-Lussac, Joseph Louis; Arago, François, eds. (1824b). "Resume theorique des Proprietes de la chaleur rayonette". Annales de Chimie et de Physique. Paris. 27: 236–281.
- Mémoire sur la température du globe terrestre et des espaces planétaires. 7. Mémoires de l'Académie Royale des Sciences. 1827a. pp. 569–604. Translation by W M Connolley
- Mémoire sur la distinction des racines imaginaires, et sur l'application des théorèmes d'analyse algébrique aux équations transcendantes qui dépendant de la théorie de la chaleur. 7. Memoirs of the Royal Academy of Sciences of the Institut de France. 1827b. pp. 605–624.
- Analyse des équations déterminées. 10. Firmin Didot frères. 1827c. pp. 119–146. Archived from the original on 2011-09-30. Retrieved 2011-04-20.
- Remarques générales sur l'application du principe de l'analyse algébrique aux équations transcendantes. 10. Paris: Memoirs of the Royal Academy of Sciences of the Institut de France. 1827d. pp. 119–146.
- Mémoire d'analyse sur le mouvement de la chaleur dans les fluides. 12. Paris: Memoirs of the Royal Academy of Sciences of the Institut de France. 1833. pp. 507–530.
- Rapport sur les tontines. 5. Paris: Memoirs of the Royal Academy of Sciences of the Institut de France. 1821. pp. 26–43.
