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让·巴蒂斯特·约瑟夫·傅里叶 男爵(法語:Jean Baptiste Joseph Fourier ,法语发音: [ʒɑ̃ batist ʒozɛf fuʁje] ;1768年3月21日—1830年5月16日),法国 数学家 、物理学家 ,提出傅里叶级数 ,并将其应用于热传导 理论與振動 理論,傅里叶变换 也以他命名。他被歸功為溫室效應 的發現者。[ 1]
生平
1768年3月21日,约瑟夫·傅里叶出生於法国约讷省 欧塞尔 。因幼年时父母双亡,所以很小便被送入天主教本笃会 接受教育,之後考入巴黎高等师范学校 ,毕业后在军队中教授数学。1795年他到巴黎高等师范学校 教书,之後又任聘為巴黎综合理工学院 教授。
1798年,傅里叶跟随拿破仑 东征,被任命为下埃及 的总督。由于英国 舰队对法国人进行了封锁,所以他受命在当地生产军火,為远征部队提供槍枝彈藥。这个时期,他向开罗埃及学院 递交了几篇有關数学 的论文。1801年,拿破仑远征军隊失败后,他便被任命为伊泽尔省 长官。1809年被封為男爵 。1816年他回到巴黎 ,在六年後他擔任科学院的秘书,并发表了《热的分析理论 》一文,此文推理的基礎是建立在牛顿 的冷卻定律 之上。
1830年5月16日,约瑟夫·傅里叶病逝于巴黎,享年62歲。1831年,其遗稿被整理出版成書。
熱的解析理論
1822年傅立葉提出了他在熱流上的作品:《熱的解析理論》(Théorie analytique de la chaleur )。他的推理的基礎是牛頓冷卻定律 ,即兩相鄰分子的熱流和它們之間非常小的溫度差成正比。56年後,於1878年,這本書被Freeman翻譯與校正成英文版本。讓·加斯東·達布 又將這本書加以編輯校對,於1888年重新以法文出版。
這本著作有三個重要貢獻,一個是純粹的數學,另兩個實質上是物理。在數學中,傅立葉聲明,一個變數的任意函數,不論是否連續或不連續,都可展開為正弦函數的級數,而這正弦函數的參數為變數的倍數。雖然這個結果是不正確的,傅立葉正確地察覺,有些不連續函數是無窮級數的總和。這察覺是一個重大數學突破。約瑟夫·拉格朗日 曾給予了這個(錯誤的)定理一些特別的例子,並暗示這是一般的方法,但他沒有繼續跟蹤這題目。約翰·狄利克雷 最先給出,在有限制條件下,對於這結果滿意的示範。
這本書的其中一個物理貢獻為:方程式兩邊必須具有相同量綱 的概念,意即當方程式兩邊的量綱匹配時,方程式才會正確。因此傅立葉在量綱分析 有重要貢獻。另外一個則是傅立葉提出有關於熱能傳導擴散 的偏微分方程 。在現代每位學習數學物理 的學生都會學到此方程式。
確定的方程式
傅立葉關於確定方程式的著作並未完成,克劳德-路易·纳维 將這著作加以編輯,並且在1831年出版。在這著作裡面有許多原創的研究。弗朗索瓦·布丹 於1807年和1811年發表的布丹定理 並沒有給出令人滿意的示範,這定理後來是以傅立葉為命名。傅立葉的證明與通常在教科書裏給出的一模一樣。1829年,雅克·施图姆 給出這問題的最終解答。
“溫室效應”的發現
位于格勒诺布尔的傅里叶胸像
1820年,傅立葉計算出,一個物体,如果有地球那样的大小,以及到太陽的距離和地球一样,如果只考虑太阳辐射的加热效应,那這物體應該比地球实际的温度更冷。他試圖尋找其它熱源。[ 2] [ 3] 雖然傅立葉最終建議,星際輻射或許占了其它热源的一大部分,但他也考慮到另一种可能性:地球大氣層可能是一种隔热体。这种看法被廣泛公認为是有关现在广为人知的“温室效应 ”第一次被提出。[ 4]
位于拉雪兹神父公墓 的傅里叶的墓地
傅立葉在他的文章提到了奥拉斯-贝内迪克特·德索叙尔 的實驗。在一個瓶子內部,黏貼滿了黑色軟木,在軟木間,德索叙尔平擺置入幾片透明的玻璃,在玻璃與玻璃之間有用來隔熱的空氣。正午的陽光可以從透明玻璃的頂部射入。這個裝置內部的溫度變得更高。傅立葉認為在大氣中的氣體可形成穩定的隔熱氣,如同玻璃之間的空氣。這結論可能導致後來使用溫室效應 明指決定大氣溫度的過程。傅立葉指出,在實際決定溫度的機制裏,會存在大氣對流因素,但在德索叙尔的實驗裝置裏不會出現對流。[ 5]
紀念
参见
参考文献
延伸阅读
(英文)
A Short Account of the History of Mathematics - 古腾堡计划 (1st ed. 1888 and later editions)
Fourier, Joseph. (1822). Theorie Analytique de la Chaleur . Firmin Didot (reissued by Cambridge University Press , 2009; ISBN 978-1-108-00180-9 )
Fourier, Joseph. (1878). The Analytical Theory of Heat . Cambridge University Press (reissued by Cambridge University Press , 2009; ISBN 978-1-108-00178-6 )
(法文) Fourier, J.-B.-J. (1824). Mémoires de l'Académie Royale des Sciences de l'Institut de France VII . 570–604 (Mémoire sur Les Temperatures du Globe Terrestre et Des Espaces Planetaires - greenhouse effect essay published in 1827)
(英文)
Biographies of Distinguished Scientific Men - 古腾堡计划 by François Arago
Fourier, J. Éloge historique de Sir William Herschel, prononcé dans la séance publique de l'Académie royale des sciences le 7 Juin, 1824. Historie de l'Académie Royale des Sciences de l'Institut de France, tome vi., année 1823, p. lxi.[Pg 227]
外部链接