Математик и физик высочайшего уровня, Жозеф Фурье своими исследованиями совершил революцию в научном мире.
Детство и ранние годы
Жозеф Фурье, родившийся в Осере, во Франции, был выходцем из скромной семьи. Осиротевший в раннем возрасте, Жозеф получает начальное образование в Соборной школе, которой руководит церковный учитель музыки. После этого Фурье продолжает учебу в Королевской военной школе Осера. Мальчик проявляет недюжинные способности к литературе, однако в 15 лет эти этот талант затмевает склонность к математике, которой он увлекается со всей душой. К своим четырнадцати годам, Жозеф заканчивает изучение “Курса математики” Безу, а уже в следующем году получает свою первую награду за очерк к книге Боссю “Основы механики”. В 1787 г. Фурье становится послушником в бенедиктинском Аббатстве св. Бенуа-сюр-Луар, намереваясь в дальнейшем постричься в монахи. Однако он неожиданно меняет свои планы, отправляя в Париж Жану Монтюкла свои научные заметки по алгебре и даже заявляя в письме, адресованном Бонару, свое желание внести весомый вклад в развитие математики. Подобные действия выявляют сомнения Фурье относительно того, действительно ли он хочет отойти от мирской жизни. В 1789 г. Фурье едет в Париж, где представляет в Королевской академии наук свою статью на тему алгебраических уравнений.
В следующем году Фурье занимает пост младшего преподавателя в бенедиктинском колледже – Королевской военной школе в Осере, где учился он сам.
К дилемме, посвятить ли свою жизнь служению Богу или всерьез заняться математикой, добавляется еще и политика, когда Фурье вступает в ряды местного Революционного комитета. Вернувшись в родной Осер, Жозеф преподает в колледже и работает в комитете. В 1794 г. его арестовывают, но вскоре выпускают на свободу. Год спустя, его отправляют учиться в Высшую нормальную школу Парижа – учебное заведение, готовящее преподавателей, – где он, конечно же, оказывается самым способным среди студентов. Жозеф учится у лучших преподавателей своего времени – Лагранжа, Лапласа и Монжа. Позже, Фурье сам становится преподавателем в Коллеж де Франс. Со своими учителями он сохраняет добрые отношения и, с их помощью, начинает свой путь к большим математическим достижениям. Фурье быстро продвигается по служебной лестнице, получая должность преподавателя в Центральной школе государственных работ, которую впоследствии переименуют в Политехническую школу. Однако же, в его старом уголовном деле открываются новые обстоятельства, вследствие чего Фурье арестовывают снова и заключают в тюрьму. Продлится это недолго, и совсем скоро он вновь окажется на свободе.
Поздний период
1 сентября 1795 г. Фурье опять приступает к преподаванию в Политехнической школе. Два года спустя, в 1797 г., он сменит Лагранжа на посту главы кафедры анализа и механики. Несмотря на то, что Фурье успел зарекомендовать себя как выдающийся лектор, серьезной исследовательской работой он займется только теперь. В 1798 г., во время вторжения в Египет, Фурье состоит научным советником при армии Наполеона. Хотя вначале эта военная компания была крайне успешной, 1 августа французский флот терпит полное поражение. Наполеон оказывается окруженным в стране, которую он захватил. С помощью Фурье, он учреждает здесь типичное французское политическое устройство и администрацию. Фурье также занимается открытием в Египте учебных заведений и организацией археологических раскопок. В Каире ученый не только помогает основать Каирский институт, но и становится одним из двенадцати членов его математического отделения, наряду с Монжем, Малюсом и самим Наполеоном. В виду слабеющего английского влияния на Востоке, он даже пишет ряд математических статей. Позже Фурье становится научным секретарем института, и пробудет на этом посту все время французской оккупации Египта. В его ведении также находятся все научные достижения и литературные труды.
В 1801 г. Фурье возвращается в Париж и занимает свой прежний пост главы кафедры анализа в Политехнической школе. Однако у Наполеона были на него свои планы. Фурье отправляется в Гренобль, где назначается префектом департамента Изера. Ученый занимается множеством проектов, в числе которых было осуществление надзора операцией по осушению болот Бургуина и контроль над строительством новой дороги из Гренобля в Турин. Именно здесь Фурье начнет свои опыты с “распространением тепла”. 21 декабря 1816 г., в Парижском институте, он представит научной публике свою статью “Теплопроводность твердых тел”, которая войдет в монументальное французское издание “Описание Египта”. В этом же году он отправится в Англию, вернувшись из которой через шесть лет, сменит Жана Баптиста Жозефа Деламбре на посту Постоянного секретаря Французской академии наук.
Труды Фурье
В 1822 г. Фурье представляет свою статью на тему теплового потока под названием “Théorie analytique de la chaleur” . Основываясь на законе охлаждения Ньютона, Фурье делает вывод, что тепловой поток между двумя смежными молекулами прямо пропорционален крайне малой разнице их температур. В работе было три аспекта: один математический и два физических. С математической точки зрения, Фурье доказывает, что любая функция с переменной, будь то непрерывной или разрывной, может быть разложена в ряд синусов, кратных переменной. Хотя это утверждение это было неверным, мысль о том, что некоторые заведомо разрывные функции задаются формулами, если в последние включить бесконечные ряды, стало открытием огромной важности. Среди физических выводов работы была и теория однородности размерностей уравнения, согласно которой уравнение формально может быть правильным только тогда, когда размерности в обеих частях уравнения совпадают. Еще одним значительным вкладом Фурье в развитие физики стало предложение собственного дифференциального уравнения в частных производных для теплопроводности. По сей день это уравнение знает каждый студент, изучающий математическую физику.
Ко всему вышеперечисленному можно добавить еще и недописанную работу Фурье на тему уравнений, содержащих определители, которую в 1831 г. закончит и издаст Клод-Луи Навье. В этой работе представлена теорема Фурье для определения количества действительных корней алгебраического уравнения. Помимо математических открытий, Фурье первым предлагает теорию парникового эффекта. Произведя необходимые расчеты, он выводит, что, если бы Земля обогревалась лишь солнечным излучением, то, принимая во внимание ее размеры и расстояние до Солнца, на нашей планете должно было быть куда холоднее. Исходя из этого, ученый приходит к выводу, что значительная порция дополнительного тепла планета получает благодаря межзвездной радиации. Его идея о том, что атмосфера Земли действует как некий изоляционный слой, было первой в истории теорией явления, которое сегодня известно нам под названием парникового эффекта. Ссылаясь на опыт, проведенный Фердинандом де Соссюром, Фурье высказывает предположение, что газы в атмосфере могут создавать надежный барьер, подобно стеклянным рамам теплицы, которое закладывает основы современной теории парникового эффекта.
Смерть и наследие
В 1830 г. здоровье Фурье резко ухудшается. Первые симптомы аневризмы сердца проявляются у него еще во время пребывания в Египте и Гренобле, но с возвращением в Париж приступы удушья становятся все тяжелее. Все это осложняет падение Фурье с лестницы, случившееся 4 мая 1830 г. Через несколько дней, 16 мая 1830 г., Фурье скончался. Похоронен ученый на кладбище Пер-Лашез в Париже. Могила его украшена в египетском стиле в знак того, что он был секретарем Каирского института, а также как напоминание о его вкладе в издание “Описание Египта”. Имя Фурье числится в списке 72 двух имен выдающихся людей Франции, увековеченных на первом этаже Эйфелевой башни.