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约瑟夫·傅里叶

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Joseph Fourier
Fourier.jpg
出生 1768年3月21日
法國约讷省欧塞尔
逝世 1830年5月16日
法國巴黎
居住地 法國
国籍  法国
研究領域 數學物理歷史
任职於 巴黎高等師範學校
巴黎综合理工学院
母校 巴黎高等師範學校
著名成就 傅立葉變換

约瑟夫·傅里叶男爵(法语Joseph Fourier,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[编辑]

约瑟夫·傅里叶於1768年3月21日在法国约讷省欧塞尔出生。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年他跟随拿破仑东征,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军火。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,六年後他当选了科学院的秘书,并发表了《热的分析理论》一文,此文是建立在牛顿的热传导理论的速率和温度差成正比的基础上。

1830年5月16日他病逝于巴黎,1831年他的遗稿被整理出版成書。

熱的解析理論[编辑]

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,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。

這本書的一個物理貢獻是方程式兩邊必須具有相同量綱的概念,即指當方程式兩邊的量綱匹配時,方程式才有可能正確。這樣,傅立葉在量綱分析做出重要貢獻。另外一個物理貢獻是傅立葉給出的關於熱能的傳導擴散偏微分方程。現在,每一位學習數學物理的學生都會學到這方程式。

確定的方程式[编辑]

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(François Budan)於1807年和1811年發表的布丹定理(Budan's theorem)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[编辑]

位于格勒诺贝尔的傅里叶胸像

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[编辑]

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Cowie, J. Climate Change: Biological and Human Aspects. Cambridge University Press. 2007: 3. ISBN 978-0-521-69619-7. 
  2. ^ Fourier J. Remarques Générales Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires. Annales de Chimie et de Physique. 1824, 27: 136–67. 
  3. ^ Fourier J. Mémoire Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires. Mémoires de l'Académie Royale des Sciences. 1827, 7: 569–604. 
  4. ^ Weart, S. (2008). The Carbon Dioxide Greenhouse Effect. Retrieved on 27 May 2008
  5. ^ Translation by W M Connolley of: Fourier 1827: MEMOIRE sur les temperatures du globe terrestre et des espaces planetaires

延伸阅读[编辑]

外部连接[编辑]