没有比数学更通用、更简洁、更不容易出错和模糊的语言……更值得用来表达所有自然事物的不变关系。
Jean-Baptiste Joseph Fourier是一位法国数学家和物理学家,出生于Auxerre,最著名的是开创了Fourier级数的研究,该级数最终发展成为Fourier分析和调和分析,以及它们在热传递和振动问题中的应用。Fourier变换和Fourier导热定律也是以他的名字命名的。Fourier也通常被认为是温室效应的发现者。
传记
Fourier出生于法国Yonne省的Auxerre,是一位裁缝的儿子。他在九岁时成为孤儿。Fourier被推荐给Auxerre的主教,通过这一介绍,他由Benedictine修会的圣马克修道院教育。军队科学团队中的委员会保留给出身良好的人,因此不符合条件的他接受了一个数学军事讲座职位。他在自己的地区积极参与推动法国大革命,在当地革命委员会任职。他在恐怖统治期间被短暂监禁,但在1795年被任命为École Normale,随后继任Joseph-Louis Lagrange担任École Polytechnique教授。

Fourier在1798年作为科学顾问陪同Napoleon Bonaparte进行埃及远征,并被任命为埃及研究所秘书。由于英国舰队的阻隔,他组织了法国军队必须依赖的工厂来生产战争弹药。他还为埃及研究所(也称为Cairo研究所)贡献了多篇数学论文,该研究所由Napoleon在Cairo建立,目的是削弱英国在东方的影响力。在英国胜利和法国在Menou将军领导下于1801年投降后,Fourier返回法国。
1801年,Napoleon任命Fourier为Grenoble的Isère省的省长,他监督了道路建设和其他项目。然而,Fourier之前从Napoleon的埃及远征中回国,以恢复他在École Polytechnique的教授职位,但Napoleon改变了主意,他的评论是
... Isère省的省长最近去世,我想通过任命citizen Fourier担任这个职位来表达我对他的信心。
因此,为了忠于Napoleon,他接受了省长的职务。正是在Grenoble期间,他开始进行热传播的实验。他于1807年12月21日向巴黎研究所提交了《固体热传播论文》。他还对宏大的《埃及志》有所贡献。
1822年,Fourier继任Jean Baptiste Joseph Delambre成为法国科学院的常任秘书。1830年,他被选为瑞典皇家科学院的外籍成员。
1830年,他日渐衰退的健康开始产生影响:
Fourier已经在埃及和Grenoble经历过数次心脏动脉瘤发作。在巴黎,对于他所经历的频繁窒息的主要原因,不可能有任何误解。然而,1830年5月4日他在下楼时跌倒,使这种病情加重到超乎预料的程度。
这一事件不久后,他于1830年5月16日在床上去世。
Fourier被埋葬在巴黎的Père Lachaise墓地,坟墓以埃及风格装饰,以反映他作为Cairo研究所秘书的职位,以及他的《埃及志》整理工作。他的名字是刻在Eiffel塔上的72个名字之一。
1849年在Auxerre竖立了一座铜像,但在第二次世界大战期间被熔化用作军备。Grenoble的Joseph Fourier大学以他的名字命名。
热的解析理论
1822年,Fourier发表了他关于热流的著作《Théorie analytique de la chaleur》(《热的解析理论》),其中他基于Newton的冷却定律进行推理,即两个相邻分子之间的热流与其温度的极小差异成正比。这本书在56年后由Freeman在1878年翻译成英文,并进行了编辑上的"纠正"。该书也由Darboux编辑,进行了多项编辑纠正,并于1888年以法文重新出版。

这部著作中有三项重要贡献,一项纯粹是数学的,两项本质上是物理的。在数学中,Fourier声称任何变量的函数,无论是连续的还是不连续的,都可以展开为该变量倍数的正弦级数。虽然这个结果在没有附加条件的情况下不正确,但Fourier关于某些不连续函数是无穷级数之和的观察是一个突破。Fourier级数何时收敛的问题几个世纪以来一直是基础性问题。Joseph-Louis Lagrange给出了该虚假定理的特殊情况,并暗示该方法是通用的,但他没有继续追究。Peter Gustav Lejeune Dirichlet是第一个用一些限制条件给出令人满意证明的人。这项工作为现在被称为Fourier变换的内容奠定了基础。
该书中一个重要的物理贡献是方程中的量纲齐次性概念;即,方程只有在等号两边的量纲匹配时才能形式上正确;Fourier对量纲分析做出了重要贡献。另一个物理贡献是Fourier提出的热传导扩散的偏微分方程。这个方程现在被传授给每一个数学物理学的学生。
多项式的实根
Fourier留下了一部未完成的关于多项式实根的确定和定位的著作,由Claude-Louis Navier编辑并于1831年出版。这部著作包含大量原创内容——特别是Fourier于1820年出版的关于多项式实根的Fourier定理。François Budan在1807年和1811年独立出版了他的定理,也以Fourier的名字著称,这与Fourier定理非常接近,每个定理都是另一个的推论。Fourier的证明是在19世纪方程论的教科书中通常给出的证明。完整的问题解决方案由Jacques Charles François Sturm在1829年给出。
温室效应的发现
在1820年代,Fourier计算出一个与地球大小相同、距离太阳相同距离的物体,如果仅由传入太阳辐射的影响加热,应该比这个星球实际的温度冷得多。他在1824年和1827年发表的论文中检查了额外观察到热的各种可能来源。虽然他最终建议星际辐射可能负责大部分额外的温暖,但Fourier对地球大气可能以某种方式充当绝缘体的可能性的考虑,被广泛认为是现在所知温室效应的第一个提议,尽管Fourier从未这样称呼它。
在他的论文中,Fourier提到了de Saussure的实验,他用黑化的软木塞给一个花瓶衬里。在软木塞中,他插入了几块透明玻璃窗格,由空气间隔分开。正午的阳光被允许通过玻璃窗格从花瓶顶部进入。在该装置的内部隔间中,温度变得更高。Fourier得出结论,大气中的气体可以形成像玻璃窗格一样的稳定屏障。这一结论可能对后来使用"温室效应"这一隐喻来指代决定大气温度的过程有所贡献。Fourier指出,决定大气温度的实际机制包括对流,在de Saussure的实验装置中并不存在。
著作
- "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.
