수학만큼 보편적이고 단순하며, 오류와 모호함으로부터 자유로우면서도 모든 자연적 사물의 불변적 관계를 표현하기에 더욱 합당한 언어는 없을 것이다.
장-바티스트 조제프 푸리에는 오세르에서 태어난 프랑스 수학자이자 물리학자로, 푸리에 급수의 조사를 시작한 것으로 가장 잘 알려져 있으며, 이는 나중에 푸리에 분석과 조화 분석으로 발전했고 열 전달과 진동 문제에 적용되었다. 푸리에 변환과 푸리에의 열전도 법칙도 그의 이름을 따서 명명되었다. 또한 푸리에는 일반적으로 온실 효과의 발견으로 인정받고 있다.
전기
푸리에는 현재 프랑스의 욘 데파르트망에 있는 오세르에서 재단사의 아들로 태어났다. 그는 아홉 살에 고아가 되었다. 푸리에는 오세르의 주교에게 추천받았고, 이 소개를 통해 성 마크 수도원의 베네딕토회 수도사들에게 교육을 받았다. 군의 과학 부대의 임관은 좋은 신분을 가진 사람들을 위해 예약되어 있었고, 그렇게 자격이 없었기 때문에 그는 수학에 관한 군 강의직을 받아들였다. 그는 프랑스 혁명을 촉진하는 데 자신의 지역에서 두드러진 역할을 했으며, 지역 혁명 위원회에서 복무했다. 테러 기간 동안 잠시 투옥되었지만, 1795년에 에콜 노르말에 임명되었고 이후 에콜 폴리테크니크에서 조제프-루이 라그랑주의 뒤를 이었다.
푸리에는 1798년 나폴레옹 보나파르트의 이집트 원정에 과학 고문으로 동행했으며, 이집트 학술원의 서기로 임명되었다. 영국 함대에 의해 프랑스와 단절된 그는 프랑스군이 전쟁 탄약을 위해 의존해야 하는 작업장을 조직했다. 또한 나폴레옹이 동방에서 영국의 영향력을 약화시킬 목적으로 카이로에 설립한 이집트 학술원(카이로 학술원이라고도 불림)에 수학 논문을 몇 편 기고했다. 1801년 메누 장군 휘하의 프랑스군의 영국군 승리와 항복 이후 푸리에는 프랑스로 돌아왔다.
1801년 나폴레옹은 푸리에를 그르노블의 이제르 데파르트망 현지사로 임명했으며, 그는 도로 건설과 기타 사업을 감독했다. 그러나 푸리에는 이전에 이집트 나폴레옹 원정에서 귀국하여 에콜 폴리테크니크의 교수로서 학문직을 재개했으나, 나폴레옹은 다음과 같은 발언으로 뜻을 달리했다
... 이제르 데파르트망의 현지사가 최근에 사망했으므로, 시민 푸리에를 이 직책에 임명함으로써 나의 신뢰를 표현하고 싶다.
따라서 나폴레옹에 충실하여 그는 현지사의 직책을 맡았다. 그르노블에 있으면서 그는 열의 전파에 관한 실험을 시작했다. 1807년 12월 21일 파리 학술원에 고체에서의 열 전파에 관한 논문을 발표했다. 또한 기념비적인 이집트 설명에 기여했다.
1822년 푸리에는 장 바티스트 조제프 델람브르의 뒤를 이어 프랑스 과학 아카데미의 상임 비서가 되었다. 1830년에 그는 스웨덴 왕립 과학 아카데미의 외국인 회원으로 선출되었다.
1830년 그의 악화된 건강이 그 대가를 치르기 시작했다:
푸리에는 이미 이집트와 그르노블에서 심장 동맥류의 몇몇 발작을 경험했었다. 파리에서는 그가 경험한 빈번한 질식의 주요 원인에 대해 착각할 수 없었다. 그러나 1830년 5월 4일 계단을 내려오다가 넘어진 낙상은 상상할 수 있었던 것 이상으로 질병을 악화시켰다.
이 사건 직후 그는 1830년 5월 16일 침대에서 숨을 거뒀다.
푸리에는 파리의 페르 라셰즈 묘지에 묻혔으며, 무덤은 카이로 학술원의 서기로서의 그의 직책과 이집트 설명의 편찬을 반영하기 위해 이집트 모티브로 장식되었다. 그의 이름은 에펠탑에 새겨진 72개의 이름 중 하나이다.
1849년 오세르에 청동상이 세워졌지만, 제2차 세계대전 중 무기류 제작을 위해 녹여졌다. 그르노블의 조제프 푸리에 대학교는 그의 이름을 따서 명명되었다.
분석적 열 이론
1822년 푸리에는 열 유동에 관한 저작인 Théorie analytique de la chaleur 열의 분석적 이론을 출판했으며, 이는 뉴턴의 냉각 법칙, 즉 두 인접한 분자 사이의 열 흐름이 그들의 온도의 매우 작은 차이에 비례한다는 가정에 기초했다. 이 책은 1878년 56년 후 프리먼에 의해 편집상의 '수정'을 통해 영어로 번역되었다. 이 책은 또한 다르부에 의해 많은 편집상의 수정을 거쳐 1888년에 프랑스어로 재출판되었다.
이 저작에는 한 가지는 순수하게 수학적이고, 두 가지는 본질적으로 물리적인 세 가지 중요한 기여가 있었다. 수학에서 푸리에는 연속이든 불연속이든 변수의 어떤 함수든 변수의 배수의 정현의 급수로 전개될 수 있다고 주장했다. 비록 이 결과가 추가 조건 없이는 올바르지 않지만, 불연속 함수 중 일부가 무한 급수의 합이라는 푸리에의 관찰은 획기적이었다. 푸리에 급수가 수렴하는 시기를 결정하는 문제는 수 세기 동안 근본적이었다. 조제프-루이 라그랑주는 이 거짓 정리의 특수한 경우들을 제시했고, 그 방법이 일반적임을 시사했지만, 그 주제를 추구하지 않았다. 피터 구스타프 르장드르 디리클레는 몇 가지 제한적 조건과 함께 처음으로 만족스러운 증명을 제시했다. 이 저작은 오늘날 푸리에 변환으로 알려진 기초를 제공한다.
이 책의 한 가지 중요한 물리적 기여는 방정식의 차원적 동질성 개념이었다. 즉, 방정식은 등호의 양쪽에 차원이 일치할 때만 형식적으로 올바를 수 있다는 개념이었다. 푸리에는 차원 분석에 중요한 기여를 했다. 다른 물리적 기여는 열의 전도 확산을 위한 푸리에의 편미분 방정식 제안이었다. 이 방정식은 현재 모든 수리물리학 학생에게 가르쳐진다.
다항식의 실근
푸리에는 다항식의 실근을 결정하고 위치하는 것에 관한 미완성 저작을 남겼으며, 이는 클로드-루이 나비에에 의해 편집되어 1831년에 출판되었다. 이 저작에는 많은 독창적인 물질이 포함되어 있으며, 특히 1820년에 출판된 다항식 실근에 관한 푸리에의 정리가 있다. 프랑수아 부단은 1807년과 1811년에 독립적으로 푸리에의 이름으로도 알려진 그의 정리를 출판했으며, 이는 푸리에의 정리와 매우 유사하고 각 정리는 다른 하나의 결론이다. 푸리에의 증명은 19세기 동안 방정식 이론 교재에서 일반적으로 제시된 것이다. 이 문제의 완전한 해결은 1829년 자크 샤를 프랑수아 스튀름에 의해 주어졌다.
온실 효과의 발견
1820년대에 푸리에는 지구의 크기이고 태양으로부터의 거리에 있는 물체는 들어오는 태양 복사의 영향만으로 가해질 경우 행성이 실제로 하는 것보다 상당히 더 차가워야 한다고 계산했다. 그는 1824년과 1827년에 출판된 논문에서 추가로 관찰된 열의 가능한 다양한 원인을 조사했다. 궁극적으로 그는 성간 복사가 추가 온난화의 대부분을 담당할 수 있다고 제안했지만, 지구의 대기가 어떤 종류의 단열재로 작용할 수 있다는 푸리에의 고려는 현재 온실 효과로 알려진 것의 첫 번째 제안으로 널리 인정받고 있으며, 비록 푸리에가 그것을 그렇게 부르지는 않았지만 그렇다.
그의 논문에서 푸리에는 드 소쉬르의 실험을 언급했으며, 그는 검은 코르크로 된 용기에 장비했다. 코르크에 그는 공기 간격으로 분리된 여러 장의 투명한 유리판을 삽입했다. 정오의 햇빛이 유리판을 통해 용기의 맨 위에서 들어올 수 있었다. 이 장치의 더 내부의 구획에서 온도가 더 높아졌다. 푸리에는 대기의 가스가 유리판과 같은 안정적인 장벽을 형성할 수 있다고 결론 내렸다. 이 결론은 나중에 대기 온도를 결정하는 과정을 나타내기 위해 "온실 효과"의 은유 사용에 기여했을 수 있다. 푸리에는 대기 온도를 결정하는 실제 메커니즘이 드 소쉬르의 실험 장치에는 없었던 대류를 포함한다고 지적했다.
저작
- "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.
