約瑟夫·傅立葉
讓·巴蒂斯特·約瑟夫·傅立葉男爵（法語：Jean Baptiste Joseph Fourier，法語發音：[ʒɑ̃ batist ʒozɛf fuʁje]；1768年3月21日—1830年5月16日），法國數學家、物理學家，提出傅立葉級數，並將其應用於熱傳導理論與振動理論，傅立葉轉換也以他命名。他被歸功為溫室效應的發現者。[1]
| 約瑟夫·傅立葉 Joseph Fourier | |
|---|---|
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| 出生 | 1768年3月21日 法國約納省歐塞爾 |
| 逝世 | 1830年5月16日（62歲） 法蘭西王國巴黎 |
| 居住地 | 法國 |
| 國籍 |  法國 |
| 母校 | 巴黎高等師範學校 |
| 知名於 | 傅立葉變換 |
| 信仰 | 羅馬天主教 |
| 科學生涯 | |
| 研究領域 | 數學、物理和歷史 |
| 機構 | 巴黎高等師範學校 巴黎綜合理工學院 |
生平
編輯1768年3月21日，約瑟夫·傅立葉出生於法國約納省歐塞爾。因幼年時父母雙亡，所以很小便被送入天主教本篤會接受教育，之後考入巴黎高等師範學校，畢業後在軍隊中教授數學。1795年他到巴黎高等師範學校教書，之後又任聘為巴黎綜合理工學院教授。
1798年，傅立葉跟隨拿破崙東征，被任命為下埃及的總督。由於英國艦隊對法國人進行了封鎖，所以他受命在當地生產軍火，為遠征部隊提供槍枝彈藥。這個時期，他向開羅埃及學院遞交了幾篇有關數學的論文。1801年，拿破崙遠征軍隊失敗後，他便被任命為伊澤爾省長官。1809年被封為男爵。1816年他回到巴黎，在六年後他擔任科學院的秘書，並發表了《熱的分析理論》一文，此文推理的基礎是建立在牛頓的冷卻定律之上。
1830年5月16日，約瑟夫·傅立葉病逝於巴黎，享年62歲。1831年，其遺稿被整理出版成書。
熱的解析理論
編輯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，另兩個實質上是物理。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。
這本書的其中一個物理貢獻為：方程式兩邊必須具有相同量綱的概念，意即當方程式兩邊的量綱匹配時，方程式才會正確。因此傅立葉在量綱分析有重要貢獻。另外一個則是傅立葉提出有關於熱能傳導擴散的偏微分方程式。在現代每位學習數學物理的學生都會學到此方程式。
確定的方程式
編輯傅立葉關於確定方程式的著作並未完成，克勞德-路易·納維將這著作加以編輯，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·布丹於1807年和1811年發表的布丹定理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·史特姆給出這問題的最終解答。
「溫室效應」的發現
編輯
1820年，傅立葉計算出，一個物體，如果有地球那樣的大小，以及到太陽的距離和地球一樣，如果只考慮太陽輻射的加熱效應，那這物體應該比地球實際的溫度更冷。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熱源的一大部分，但他也考慮到另一種可能性：地球大氣層可能是一種隔熱體。這種看法被廣泛公認為是有關現在廣為人知的「溫室效應」第一次被提出。[4]
傅立葉在他的文章提到了奧拉斯-貝內迪克特·德索敘爾的實驗。在一個瓶子內部，黏貼滿了黑色軟木，在軟木間，德索敘爾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，但在德索敘爾的實驗裝置裏不會出現對流。[5]
紀念
編輯- 小行星10101號傅立葉。
- 他是名字被刻在艾菲爾鐵塔的七十二位法國科學家與工程師其中一位。
- 約瑟夫·傅立葉大學
參見
編輯參考文獻
編輯- ^ Cowie, J. Climate Change: Biological and Human Aspects. Cambridge University Press. 2007: 3. ISBN 978-0-521-69619-7.
- ^ Fourier J. Remarques Générales Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires. Annales de Chimie et de Physique. 1824, 27: 136–67.
- ^ Fourier J. Mémoire Sur Les Températures Du Globe Terrestre Et Des Espaces Planétaires. Mémoires de l'Académie Royale des Sciences. 1827, 7: 569–604 [2012-09-08]. （原始內容存檔於2017-04-30）.
- ^ Weart, S. (2008). The Carbon Dioxide Greenhouse Effect （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. Retrieved on 27 May 2008
- ^ Translation by W M Connolley of: Fourier 1827: MEMOIRE sur les temperatures du globe terrestre et des espaces planetaires. [2012-09-08]. （原始內容存檔於2019-10-03）.
延伸閱讀
編輯- （英文）
- A Short Account of the History of Mathematics - 古騰堡計劃 (1st ed. 1888 and later editions)
- Fourier, Joseph. (1822). Theorie Analytique de la Chaleur. Firmin Didot (reissued by Cambridge University Press, 2009; ISBN 978-1-108-00180-9)
- Fourier, Joseph. (1878). The Analytical Theory of Heat. Cambridge University Press (reissued by Cambridge University Press, 2009; ISBN 978-1-108-00178-6)
- （法文）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 - greenhouse effect essay published in 1827)
- （英文）
- Biographies of Distinguished Scientific Men - 古騰堡計劃 by François Arago
- Fourier, J. Éloge historique de Sir William Herschel, prononcé dans la séance publique de l'Académie royale des sciences le 7 Juin, 1824. Historie de l'Académie Royale des Sciences de l'Institut de France, tome vi., année 1823, p. lxi.[Pg 227]