José Fourier

Matemático y físico francés (1768-1830)
José Fourier
Nacido
Juan Bautista Joseph Fourier

( 21-03-1768 )21 de marzo de 1768
Auxerre , Reino de Francia
Fallecido16 de mayo de 1830 (16 de mayo de 1830)(62 años)
París , Francia
Alma máterEscuela Normal Superior
Conocido por
Carrera científica
CamposMatemático, físico , historiador
Instituciones
Asesores académicos
Estudiantes notables

Jean-Baptiste Joseph Fourier ( nacido el 21 de marzo de 1768 - fallecido el 16 de mayo de 1830) fue un matemático y físico francés nacido en Auxerre , mejor conocido por iniciar la investigación de las series de Fourier , que eventualmente se desarrollaron en el análisis de Fourier y el análisis armónico , y sus aplicaciones a problemas de transferencia de calor y vibraciones . La transformada de Fourier y la ley de conducción de Fourier también se nombran en su honor. A Fourier también se le atribuye generalmente el descubrimiento del efecto invernadero . [2]

Biografía

Fourier nació en Auxerre (hoy en el departamento de Yonne , Francia), hijo de un sastre . Quedó huérfano a los nueve años. Fourier fue recomendado al obispo de Auxerre y, gracias a esta presentación, fue educado por la Orden Benedictina del Convento de San Marcos. Las comisiones en el cuerpo científico del ejército estaban reservadas a personas de buena cuna y, al no ser elegibles, aceptó una cátedra militar de matemáticas. Desempeñó un papel destacado en su propio distrito en la promoción de la Revolución Francesa , sirviendo en el Comité Revolucionario local. Fue encarcelado brevemente durante el Terror , pero en 1795 fue designado para la Escuela Normal y posteriormente sucedió a Joseph-Louis Lagrange en la Escuela Politécnica .

Fourier acompañó a Napoleón Bonaparte en su expedición a Egipto en 1798, como asesor científico, y fue nombrado secretario del Institut d'Égypte . Aislado de Francia por la flota británica, organizó los talleres en los que el ejército francés tenía que confiar para sus municiones de guerra. También contribuyó con varios artículos matemáticos al Instituto Egipcio (también llamado Instituto de El Cairo) que Napoleón fundó en El Cairo , con el objetivo de debilitar la influencia británica en Oriente. Después de las victorias británicas y la capitulación de los franceses bajo el mando del general Menou en 1801, Fourier regresó a Francia.

Caricaturas en acuarela de 1820 de los matemáticos franceses Adrien-Marie Legendre (izquierda) y Joseph Fourier (derecha) realizadas por el artista francés Julien-Léopold Boilly , retratos en acuarela números 29 y 30 del Álbum de 73 Portraits-Charge Aquarellés des Membres de I'Institut . [3]

En 1801, [4] Napoleón nombró a Fourier Prefecto (Gobernador) del Departamento de Isère en Grenoble , donde supervisó la construcción de carreteras y otros proyectos. Sin embargo, Fourier había regresado previamente a casa de la expedición de Napoleón a Egipto para reanudar su puesto académico como profesor en la Escuela Politécnica cuando Napoleón decidió lo contrario en su declaración

... habiendo fallecido recientemente el Prefecto del Departamento de Isère, quisiera expresar mi confianza en el ciudadano Fourier nombrándolo para este puesto. [4]

Retrato de Fourier por Claude Gautherot , alrededor de 1806.

Fiel a Napoleón, asumió el cargo de prefecto. [4] Fue durante su estancia en Grenoble cuando comenzó a experimentar sobre la propagación del calor. Presentó su artículo Sobre la propagación del calor en los cuerpos sólidos en el Instituto de París el 21 de diciembre de 1807. También contribuyó a la monumental Descripción de Egipto . [5]

En 1822, Fourier sucedió a Jean Baptiste Joseph Delambre como secretario permanente de la Academia Francesa de Ciencias . En 1830, fue elegido miembro extranjero de la Real Academia Sueca de Ciencias .

Fourier nunca se casó. [6]

En 1830, su deteriorada salud empezó a pasar factura:

Fourier ya había sufrido, en Egipto y en Grenoble, algunos ataques de aneurisma del corazón. En París era imposible equivocarse en cuanto a la causa primaria de las frecuentes asfixias que sufría. Sin embargo, una caída que sufrió el 4 de mayo de 1830 mientras bajaba un tramo de escaleras agravó la enfermedad hasta un punto que nunca se hubiera podido temer. [7]

Poco después de este acontecimiento, murió en su cama el 16 de mayo de 1830.

Fourier fue enterrado en el cementerio de Père Lachaise de París, una tumba decorada con un motivo egipcio para reflejar su cargo de secretario del Instituto de El Cairo y su recopilación de la Description de l'Égypte . Su nombre es uno de los 72 nombres inscritos en la Torre Eiffel .

En 1849 se erigió una estatua de bronce en Auxerre, pero durante la Segunda Guerra Mundial se fundió para fabricar armamento. La Universidad Joseph Fourier de Grenoble lleva su nombre.

La teoría analítica del calor

En 1822, Fourier publicó su trabajo sobre el flujo de calor en Théorie analytique de la chaleur ( La teoría analítica del calor ), [8] en la que basó su razonamiento en la ley de enfriamiento de Newton , es decir, que el flujo de calor entre dos partículas adyacentes es proporcional a la diferencia extremadamente pequeña de sus temperaturas. Este libro fue traducido, [9] con 'correcciones' editoriales, [10] al inglés 56 años después por Freeman (1878). [11] El libro también fue editado, con muchas correcciones editoriales, por el matemático Jean Gaston Darboux y republicado en francés en 1888. [10]

En este trabajo hubo tres contribuciones importantes, una puramente matemática y dos esencialmente físicas. En matemáticas, Fourier afirmó que cualquier función de una variable, ya sea continua o discontinua , puede desarrollarse en una serie de senos de múltiplos de la variable. Aunque este resultado no es correcto sin condiciones adicionales, la observación de Fourier de que algunas funciones discontinuas son la suma de series infinitas fue un gran avance. La cuestión de determinar cuándo converge una serie de Fourier ha sido fundamental durante siglos. Joseph-Louis Lagrange había dado casos particulares de este (falso) teorema y había dado a entender que el método era general, pero no había profundizado en el tema. Peter Gustav Lejeune Dirichlet fue el primero en dar una demostración satisfactoria del mismo con algunas condiciones restrictivas. Este trabajo proporciona la base de lo que hoy se conoce como la transformada de Fourier .

Una importante contribución física del libro fue el concepto de homogeneidad dimensional en ecuaciones; es decir, una ecuación puede ser formalmente correcta solo si las dimensiones coinciden en ambos lados de la igualdad; Fourier hizo importantes contribuciones al análisis dimensional . [12] La otra contribución física fue la propuesta de Fourier de su ecuación diferencial parcial para la difusión conductiva del calor. Esta ecuación ahora se enseña a todos los estudiantes de física matemática.

Raíces reales de polinomios

Busto de Fourier en Grenoble

Fourier dejó un trabajo inacabado sobre la determinación y localización de raíces reales de polinomios, que fue editado por Claude-Louis Navier y publicado en 1831. Este trabajo contiene mucho material original, en particular, el teorema de Fourier sobre raíces reales de polinomios , publicado en 1820. El teorema de Fourier sobre raíces reales de polinomios establece que un polinomio con coeficientes reales tiene una raíz real entre dos ceros consecutivos cualesquiera de su derivada. [13] [14] François Budan , en 1807 y 1811, había publicado independientemente su teorema (también conocido con el nombre de Fourier), que es muy cercano al teorema de Fourier (cada teorema es un corolario del otro). La prueba de Fourier [13] es la que se daba habitualmente, durante el siglo XIX, en los libros de texto sobre teoría de ecuaciones. [a] Una solución completa del problema fue dada en 1829 por Jacques Charles François Sturm . [15]

Descubrimiento del efecto invernadero

La tumba de Jean-Baptiste Joseph Fourier en el cementerio Père Lachaise, París

En la década de 1820, Fourier calculó que un objeto del tamaño de la Tierra, y a su distancia del Sol, debería ser considerablemente más frío de lo que es realmente el planeta si se calentara únicamente por los efectos de la radiación solar entrante. Examinó varias posibles fuentes del calor adicional observado en artículos publicados en 1824 [16] y 1827. [17] Sin embargo, al final, debido a la gran diferencia de 33 grados entre sus cálculos y observaciones, Fourier creyó erróneamente que existe una contribución significativa de la radiación del espacio interestelar. Aun así, la consideración de Fourier de la posibilidad de que la atmósfera de la Tierra pudiera actuar como un aislante de algún tipo es ampliamente reconocida como la primera propuesta de lo que ahora se conoce como el efecto invernadero , [18] aunque Fourier nunca lo llamó así. [19] [20]

En sus artículos, Fourier hizo referencia a un experimento de Horace Bénédict de Saussure , quien recubrió un jarrón con corcho ennegrecido. En el corcho, insertó varios paneles de vidrio transparente, separados por intervalos de aire. Se permitió que la luz del sol del mediodía entrara por la parte superior del jarrón a través de los paneles de vidrio. La temperatura se volvió más elevada en los compartimentos más interiores de este dispositivo. Fourier señaló que si los gases en la atmósfera pudieran formar una barrera estable como los paneles de vidrio, tendrían un efecto similar en las temperaturas planetarias. [17] Esta conclusión puede haber contribuido al uso posterior de la metáfora del "efecto invernadero" para referirse a los procesos que determinan las temperaturas atmosféricas. [21] Fourier señaló que los mecanismos reales que determinan las temperaturas de la atmósfera incluían la convección , que no estaba presente en el dispositivo experimental de Saussure.

Obras

Teoría analítica del calor , 1888
  • "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 (en francés). París: Firmin Didot Père et Fils. 1822. OCLC  2688081.
    • Théorie analitique de la chaleur (en francés). vol. 1. París: 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). "Resumen theorique des Proprietes de la chaleur rayonette". Annales de Chimie et de Physique . 27 . París: 236–281.
  • Memoria sobre la temperatura del globo terrestre y de los espacios planetarios. vol. 7. Memorias de la Academia Real de Ciencias. 1827a. págs. 569–604.Traducción de WM Connolley
  • Mémoire sur la distinción de racines imaginaires, et sur l'application des théorèmes d'analyse algébrique aux équations trascendentes qui dependientes de la théorie de la chaleur. vol. 7. Memorias de la Real Academia de Ciencias del Institut de France. 1827b. págs. 605–624.
  • Analice las ecuaciones determinadas. vol. 10. Firmin Didot hermanos. 1827c. págs. 119-146. Archivado desde el original el 30 de septiembre de 2011 . Consultado el 20 de abril de 2011 .
  • Observaciones generales sobre la aplicación del principio de análisis de cálculo de ecuaciones trascendentes. vol. 10. París: Memorias de la Real Academia de Ciencias del Institut de France. 1827d. págs. 119-146.
  • Mémoire d'analyse sur le mouvement de la chaleur dans les fluides. vol. 12. París: Memorias de la Real Academia de Ciencias del Institut de France. 1833, págs. 507–530.
  • Informe sobre las tontinas. Vol. 5. París: Memorias de la Real Academia de Ciencias del Instituto de Francia. 1821. págs. 26–43.

Véase también

Referencias

  1. ^ Estas cuestiones dejaron de considerarse importantes desde finales del siglo XIX hasta la segunda mitad del siglo XX, cuando reaparecieron por necesidad del álgebra computacional .
  1. ^ "Fourier". Dictionary.com Unabridged (en línea). nd
  2. ^ Cowie, J. (2007). Cambio climático: aspectos biológicos y humanos . Cambridge University Press. pág. 3. ISBN 978-0-521-69619-7.
  3. ^ Boilly, Julien-Léopold. (1820). Álbum de 73 Retratos-Charge Aquarelle's des Membres de I'Institute (retrato en acuarela n.° 29). Biliothèque del Institut de France.
  4. ^ abc O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. , "Joseph Fourier", Archivo de Historia de las Matemáticas MacTutor , Universidad de St Andrews
  5. ^ Nowlan, Robert. A Chronicle of Mathematical People (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 2 de febrero de 2015 .
  6. ^ "No. 1878: Jean Baptiste Joseph Fourier". www.uh.edu . Consultado el 6 de noviembre de 2022 .
  7. ^ Arago, François (1857). Biografías de científicos ilustres.
  8. ^ Fourier 1822.
  9. ^ Freeman, A. (1878). The Analytical Theory of Heat , Cambridge University Press, Cambridge, Reino Unido, citado por Truesdell, CA (1980), The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822–1854 , Springer, Nueva York, ISBN 0-387-90403-4 , página 52. 
  10. ^ ab Truesdell, CA (1980). La tragicómica historia de la termodinámica, 1822-1854 , Springer, Nueva York, ISBN 0-387-90403-4 , página 52. 
  11. ^ Gonzalez, Rafael; Woods, Richard E. (2010). Procesamiento de imágenes digitales (tercera edición). Upper Saddle River: Pearson Prentice Hall. pág. 200. ISBN 978-0-13-234563-7.
  12. ^ Mason, Stephen F.: Una historia de las ciencias (Simon & Schuster, 1962), pág. 169.
  13. ^ desde Fourier 1820.
  14. ^ Grattan-Guinness, I. (1970). "La anticipación de Joseph Fourier a la programación lineal". Operational Research Quarterly . 21 (3): 361–364. doi :10.2307/3008492. JSTOR  3008492.Recuperado el 21 de marzo de 2023.
  15. ^ . A. Rosenbaum y EL Davis, Teorema de Fourier , . A. Rosenbaum y EL Davis
  16. ^ Fourier 1824a.
  17. ^ desde Fourier 1827a.
  18. ^ Weart, S. (2008). «El efecto invernadero del dióxido de carbono». Archivado desde el original el 11 de noviembre de 2016. Consultado el 27 de mayo de 2008 .
  19. ^ Fleming, JR (1999). "Joseph Fourier, el "efecto invernadero" y la búsqueda de una teoría universal de las temperaturas terrestres". Endeavour . 23 (2): 72–75. doi :10.1016/s0160-9327(99)01210-7.
  20. ^ Baum, Sr., Rudy M. (2016). «Cálculos futuros: el primer creyente en el cambio climático». Destilaciones . 2 (2): 38–39 . Consultado el 22 de marzo de 2018 .
  21. ^ Osman, Jheni (2011), 100 ideas que cambiaron el mundo, Random House, pág. 65, ISBN 9781446417485[ Fourier ] no llamó a su descubrimiento efecto invernadero, pero científicos posteriores lo llamaron así después de un experimento de [de Saussure] que influyó en el trabajo de Fourier..

Lectura adicional

  • Texto inicial del dominio público Rouse Historia de las matemáticas
  • Fourier, José. (1822). Teoría analítica de la Chaleur . Firmin Didot (reeditado por Cambridge University Press , 2009; ISBN 978-1-108-00180-9 ) 
  • Fourier, Joseph. (1878). La teoría analítica del calor . Cambridge University Press (reeditado por Cambridge University Press , 2009; ISBN 978-1-108-00178-6 ) 
  • 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 - ensayo sobre el efecto invernadero publicado en 1827)
  • Fourier, J. Éloge historique de Sir William Herschel, pronunciado en la sesión pública de la Academia Real de Ciencias del 7 de junio de 1824. Historia de la Academia Real de Ciencias del Instituto de Francia, tomo vi., año 1823. , pag. lxi.[Pág. 227]
  • Medios relacionados con Joseph Fourier en Wikimedia Commons
Wikisource tiene el texto de un artículo de la Nueva Enciclopedia Internacional de 1906 sobre " Joseph Fourier ".
Wikiquote tiene citas relacionadas con Joseph Fourier .
Wikiquote tiene citas relacionadas con La teoría analítica del calor .
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