生日快乐,约瑟夫·傅立叶(Joseph Fourier)

2021年3月21日

“不能有一种更普遍,更简单的语言,更不含错误和晦涩难懂……更值得表达所有自然事物的不变关系,而不是数学。”-让·巴蒂斯特·约瑟夫·傅里耶(Jean-Baptiste Joseph Fourier)

一个辉煌的18Th世纪法国数学家让·巴蒂斯特(Jean-Baptiste Joseph Fourier)因其对热传导的研究,发现傅立叶系列的发现以及他发现温室效应的帮助而被人们铭记。今天,让我们看看他的生活和许多成就……

数学:通用语言

让·巴蒂斯特(Jean-Baptiste Joseph Fourier)于1768年3月21日出生于法国艾克塞尔(Auxerre)。到10岁时,傅立叶的童年很困难。他在埃科尔皇家军事武装部的学业中发现了逃脱,这是艾克塞尔的一所军事学校,在那里学生被教导了科学和数学的重要性。到13岁时,Fourier对这两个科目,尤其是后者都得到了强烈的欣赏,熬夜学习方程式。实际上,据说傅立叶收集的废弃蜡烛在黑暗中工作时用作光源。

约瑟夫·傅里耶(Joseph Fourier)的彩色肖像。
约瑟夫·傅里耶(Joseph Fourier)的肖像。在公共领域中的图像,通过Wikimedia Commons

1794年,在法国巴黎建立了著名的École正常。该机构曾担任教育​​工作者的培训学校,傅立叶是其最早的学生之一。他由著名的法国数学家教授约瑟夫·路易斯·拉格朗日,,,,皮埃尔·西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)和Gaspard Monge。但是,开放几个月后,该机构关闭了,傅立叶因其政治信仰而被捕。(学校于1826年重新开放。)

法国École正常Supérieure入口的照片。
当今的École正常入口,现在称为Écolenormalsupérieure。在下面许可的图像CC由2.0, 通过Wikimedia Commons

从监狱获释后,傅立叶在一些熟悉的面孔中在ÉcolePolytechnique工作:拉格朗日,拉普拉斯和蒙格。傅立叶因其出色的演讲而受到称赞。1798年,他离开学校加入拿破仑·波拿巴(Napoleon Bonaparte)的三年埃及探险队,担任科学顾问。

约瑟夫·路易斯·拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange),皮埃尔·西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)和加斯帕德·蒙格(Gaspard Monge)的3幅肖像,他们对约瑟夫·富斯(Joseph Fourier)产生了深远的影响。
约瑟夫·路易斯·拉格朗日(Joseph-Louis Lagrange)的肖像(左),皮埃尔·西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)和加斯帕德·蒙格(Gaspard Monge)(右)。该小组都在ÉcolePolytechnique教授并最终与Joseph Fourier合作。拉格朗日的肖像在公共领域,通过Wikimedia Commons。拉普拉斯的肖像已获得许可CC BY-SA 4.0, 通过Wikimedia Commons。Monge的肖像在公共领域,通过Wikimedia Commons

发现傅立叶系列

除了对数学的欣赏之外,约瑟夫·福特尔(Joseph Fourier)对传热的运作充满了兴趣 - 有些人将这种兴趣归因于他在埃及的旅行。他是他的出色数学家,傅里叶发现并解决了描述热量如何在固体物体中传播的方程式。该方程式证明了如何通过许多材料(例如金属板)进行热量。找到此方程后,傅立叶总结了这一点复杂的周期函数可以扩展和写出,因为简单的波在数学上以罪恶和余弦表示。这项工作展示了傅立叶系列的初步发展。

傅立叶在工作中写了他的发现,关于固体中热的传播,并于1807年与巴黎学院分享。他的工作受到当时许多伟大数学家的强烈批评,包括拉格兰奇和拉普拉斯。然而,傅立叶知道他已经做出了一些巨大的发现,当巴黎学院举办一场比赛时,寻找最佳作品,以了解1811年的热量如何在固体中传播,傅立叶提交了他的工作并赢得了胜利。即使在获胜后,巴黎研究所选拔委员会说工作:

“作者到达这些方程式的方式并不是豁免困难,……他的整合分析仍然使人们对普遍性甚至严格的得分有一些不希望的想法。”

1822年,傅立叶在他最著名的作品中发表了他的发现,热的分析理论。尽管不是完美的,但傅立叶的开创性发现为三角序列的后来工作和真实变量的功能理论提供了基础。最值得注意的是,傅里叶变换。从数字信号处理到光学和声学的研究,傅立叶变换用于多种应用中。

电动机噪声模型,带有彩虹颜色表中显示的位移幅度和蓝色颜色梯度中显示的总声压力。
在带有蓝色和绿色的灰色基板上可视化的印刷双带状线天线模型,显示了电磁现象。

Fourier作品的现代化身是Fast Fourier Transform(FFT),该变换是由James Cooley和John Tukey在1965年发明的。FFT通常用于模拟研究中。例如,它可以用于分析电动机噪音(剩下),印刷双波带天线(右),还有更多!

温室效应

约瑟夫·傅立叶(Joseph Fourier)对科学的另一个贡献是他对地球温度的分析。他研究了地球温度的变化白天和黑夜以及夏季和冬天。在他的工作中,他意识到地球实际上比考虑到距离太阳的距离要热得多。他质疑这种过剩的温暖来自哪里。在提出了几种可能性之后,傅立叶认为这是地球大气的原因,它是保留热辐射的。傅立叶写道

“ [地球的温度]可以通过大气的插入率来增强,因为在光线状态下的热量发现在渗透空气中的阻力较小,而不是在转化为非露透热的热量时将其倒入空气中。”

由于这项工作,傅立叶是帮助发展温室效应概念并进一步了解气候变化的众多科学家之一。

今天,我们祝愿约瑟夫·傅立叶(Joseph Fourier)生日快乐!

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