ジョセフ・フーリエ

ジョセフ・フーリエ
生まれる
ジャン＝バティスト・ジョセフ・フーリエ
（1768年3月21日）1768年3月21日
フランス王国、オーセール
死亡1830年5月16日（1830年5月16日）（62歳）
パリ、フランス
母校エコール・ノルマル・シュペリュール
知られている
科学者としてのキャリア
フィールド数学者、物理学者、歴史家
機関
学術アドバイザー
著名な学生

ジャン＝バティスト・ジョゼフ・フーリエ（ Jean-Baptiste Joseph Fourier / ˈ f ʊr i eɪ , - i ər / ; [ 1 ]フランス語: [ʒɑ̃ batist ʒozɛf fuʁje] ; 1768年3月21日 - 1830年5月16日）は、ブルゴーニュ地方のオーセールで生まれたフランスの数学者および物理学者であり、フーリエ級数の研究を始めたことで最もよく知られており、これは後にフーリエ解析と調和解析、およびそれらの熱伝達と振動の問題への応用に発展した。フーリエ変換とフーリエの伝導の法則も彼にちなんで名付けられた。フーリエは温室効果の発見者とも一般的に考えられている。[ 2 ]

バイオグラフィー

フーリエはオーセール（現在のフランス・ヨンヌ県）で仕立て屋の息子として生まれた。9歳で孤児になった。オーセールの司教に推薦され、その紹介でサン・マルコ修道院のベネディクト会で教育を受けた。軍の科学者部隊への任命は良家の生まれに限られていたため不適格だったフーリエは、数学の軍事講師に就任した。彼は自分の地域でフランス革命を推進する上で重要な役割を果たし、地元の革命委員会に所属した。恐怖政治の際には短期間投獄されたが、1795年にエコール・ノルマルに任命され、その後エコール・ポリテクニークでジョゼフ＝ルイ・ラグランジュの後任となった。

フーリエは1798年、ナポレオン・ボナパルトのエジプト遠征に科学顧問として同行し、エジプト学院の書記官に任命された。イギリス艦隊によってフランスから孤立したフーリエは、フランス軍が軍需品の供給源として頼らざるを得なかった工房を組織した。また、ナポレオンが東洋におけるイギリスの影響力弱体化を目的としてカイロに設立したエジプト学院（カイロ学院とも呼ばれる）に、いくつかの数学論文を寄稿した。イギリスが勝利し、1801年にジャック＝フランソワ・ムヌー率いるフランスが降伏した後、フーリエはフランスに帰国した。

1820年、フランスの画家ジュリアン・レオポルド・ボワイーによるフランスの数学者アドリアン・マリー・ルジャンドル（左）とジョゼフ・フーリエ（右）の水彩画。水彩画の肖像画は、研究所会員の73枚の肖像画のアルバム「Album de 73 Portraits-Charge Aquarellés des Membres de I'Institut」の29番と30番である[ 3 ]。

1801年[ 4 ] 、ナポレオンはフーリエをグルノーブルのイゼール県知事に任命し、道路建設などの事業を監督した。しかし、フーリエはナポレオンのエジプト遠征から帰国し、エコール・ポリテクニークの教授として学術職に復帰していたが、ナポレオンはこの発言を撤回した。

...イゼール県知事が最近亡くなったため、私はフーリエ氏をこの場に任命することで、彼に対する信頼を表明したいと思います。[ 4 ]

クロード・ゴーテロによるフーリエの肖像、 1806年頃

ナポレオンに忠実であった彼は、総督の職に就いた。[ 4 ]グルノーブル滞在中に熱の伝播に関する実験を開始した。1807年12月21日、パリ科学研究所に「固体における熱の伝播について」という論文を提出した。また、記念碑的な著書『エジプト紀要』にも貢献した。[ 5 ]

1822年、フーリエはジャン・バティスト・ジョセフ・ドゥランブルの後任としてフランス科学アカデミーの事務次官に就任した。1830年にはスウェーデン王立科学アカデミーの外国人会員に選出された。

フーリエは結婚しなかった。[ 6 ]

1830 年、彼の健康状態は悪化し始めました。

フーリエはエジプトとグルノーブルで既に心臓動脈瘤の発作を経験していた。パリでは、彼が頻繁に経験した窒息の主原因について誤解の余地はなかった。しかし、1830年5月4日、階段を降りている際に転倒し、病状は想像を絶するほど悪化した。[ 7 ]

この事件の直後、彼は1830年5月16日に病床で亡くなった。

フーリエはパリのペール・ラシェーズ墓地に埋葬されている。この墓地は、カイロ研究所の事務局長としての彼の地位と『エジプト記』の編纂を記念して、エジプト風のモチーフで装飾されている。彼の名前は、エッフェル塔に刻まれた72の名前の一つである。

1849年にオーセールに銅像が建てられましたが、第二次世界大戦中に軍需品として溶かされました。グルノーブルのジョセフ・フーリエ大学は彼の名にちなんで名付けられました。

熱の解析理論

1822年、フーリエは熱流に関する論文『熱の解析理論』[8]を発表した。彼はニュートンの冷却の法則、すなわち隣接する2つの粒子間の熱流はその温度差が極めて小さい場合に比例するという理論を根拠としている。この論文は[9]、編集上の「訂正」[10]を加えて56年後、フリーマン（1878年）によって英語に翻訳された。[ 11 ]また、数学者ジャン・ガストン・ダルブーによって多くの訂正が加えられ、1888年にフランス語で再出版された。 [ 10 ]

この出版物には 3 つの重要な貢献があり、1 つは純粋に数学的なもの、2 つは本質的に物理的なものです。数学において、フーリエは、連続か不連続かにかかわらず、変数の任意の関数は、変数の倍数の正弦の級数に展開できると主張しました。この結果は追加の条件なしでは正しくありませんが、一部の不連続関数は無限級数の和であるというフーリエの観察は画期的なものでした。フーリエ級数がいつ収束するかを決定する問題は、何世紀にもわたって基本的な問題でした。ジョゼフ=ルイ ラグランジュはこの (誤った) 定理の特定のケースを示し、この方法が一般性があることを示唆していましたが、この主題を追求していませんでした。ピーター グスタフ ルジューン ディリクレは、いくつかの制限条件付きでこれを満足のいく形で証明した最初の人物でした。この研究は、今日フーリエ変換として知られているものの基礎を提供します。

この本における重要な物理的貢献の一つは、方程式における次元同次性の概念である。つまり、方程式は等式の両側の次元が一致する場合にのみ形式的に正しいと言える。フーリエは次元解析に重要な貢献をした。[ 12 ]もう一つの物理的貢献は、熱伝導拡散に関する偏微分方程式の提案であり、これはしばしば熱方程式と呼ばれる。この方程式は現在、数理物理学のあらゆる学生に教えられており、放物型偏微分方程式の最も基本的な例となっている。

多項式の実根

グルノーブルのフーリエの胸像

フーリエは、多項式の実根の決定と位置の決定に関する未完の研究を残しており、これはクロード・ルイ・ナビエによって編集され、1831年に出版された。この研究には独創的な内容が多く含まれており、特に1820年に出版された多項式の実根に関するフーリエの定理である。 [ 13 ] [ 14 ]フランソワ・ブダンは、1807年と1811年に、独立して彼の定理（フーリエの名でも知られる）を発表していたが、これはフーリエの定理に非常に近い（それぞれの定理がもう一方の定理の系である）ものである。フーリエの証明[ 13 ]は、19世紀には方程式論の教科書でよく示されていたものである。[ a ]この問題の完全な解答は、 1829年にジャック・シャルル・フランソワ・シュトゥルムによって与えられた。[ 15 ]

温室効果の発見

パリのペール・ラシェーズ墓地にあるジャン＝バティスト・ジョゼフ・フーリエの墓

1820年代、フーリエは、地球と同じ大きさで太陽からの距離にある物体は、入射する太陽放射の影響だけで温められた場合、地球の実際の温度よりもかなり低温になるはずだと計算した。彼は1824年[ 16 ]と1827年[ 17 ]に発表した論文で、観測された追加熱の様々な発生源を検証した。しかし、最終的に、彼の計算と観測値の間に33度という大きな差があったため、フーリエは星間空間からの放射が大きな影響を及ぼしていると誤って考えていた。それでも、地球の大気が何らかの断熱材として機能する可能性があるというフーリエの考察は、現在では温室効果として知られているものの最初の提唱として広く認識されている[ 18 ]。ただし、フーリエ自身は温室効果と呼んだことはなかった[ 19 ]。[ 20 ]

フーリエは論文の中で、オラース・ベネディクト・ド・ソシュールの実験に言及している。ソシュールは黒く焦げたコルクを花瓶に敷き詰めた。コルクの中に、空気を挟んだ透明なガラス板を数枚挿入した。正午の太陽光がガラス板を通して花瓶の上部から入るように配置された。この実験装置の内側の区画ほど温度が上昇した。フーリエは、大気中の気体がガラス板のように安定した障壁を形成できるならば、惑星の気温にも同様の影響を及ぼすはずだと指摘した。[ 17 ]この結論は、後に大気温度を決定するプロセスを指す際に「温室効果」という比喩が用いられるようになったことにつながったと考えられる。[ 21 ]フーリエは、大気温度を決定する実際のメカニズムには対流が含まれるが、ソシュールの実験装置には対流は存在しないと指摘した。

作品

シャルールの分析理論、1888 年

参照

参考文献

  1. ^これらの問題は 19 世紀末から 20 世紀後半にかけてはもはや重要ではないと考えられるようになりましたが、コンピュータ代数の必要性から再び浮上しました。
  1. ^ 「フーリエ」。Dictionary.com Unabridged（オンライン）。nd
  2. ^ Cowie, J. (2007). 『気候変動：生物学的側面と人間的側面』ケンブリッジ大学出版局. p  . 3. ISBN 978-0-521-69619-7。
  3. ^ボイル、ジュリアン＝レオポルド。 （1820年）。アルバム 73 の肖像画 - アクアレルの研究所のメンバー(水彩画の肖像画#29) を担当します。フランス研究所ビリオテーク。
  4. ^ a b cオコナー、ジョン・J.;ロバートソン、エドマンド・F.、「ジョセフ・フーリエ」、マクチューター数学史アーカイブ、セントアンドリュース大学
  5. ^ Nowlan, Robert. A Chronicle of Mathematical People (PDF) . 2016年3月4日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2015年2月2日閲覧。
  6. ^ 「No. 1878: Jean Baptiste Joseph Fourier」 . www.uh.edu . 2022年11月6日閲覧。
  7. ^アラゴ、フランソワ (1857).著名な科学者の伝記.
  8. ^フーリエ 1822 .
  9. ^ Freeman, A. (1878). The Analytical Theory of Heat , Cambridge University Press, Cambridge UK, Truesdell, CA (1980). The Tragicomical History of Thermodynamics, 1822–1854 , Springer, New York, ISBN 978-453-25355 より引用 0-387-90403-4、52ページ。
  10. ^ a b Truesdell, CA (1980). 『熱力学の悲喜劇史 1822–1854』 Springer, New York, ISBN 0-387-90403-4、52ページ。
  11. ^ゴンザレス, ラファエル; ウッズ, リチャード E. (2010).デジタル画像処理（第3版）. アッパーサドルリバー: ピアソン・プレンティス・ホール. p. 200. ISBN 978-0-13-234563-7。
  12. ^メイソン、スティーブン・F.：科学の歴史（サイモン＆シュスター、1962年）、169ページ。
  13. ^ a bフーリエ 1820 .
  14. ^ Grattan-Guinness, I. (1970). 「ジョセフ・フーリエによる線形計画法の先見」 . Operational Research Quarterly . 21 (3): 361– 364. doi : 10.2307/3008492 . JSTOR 3008492 . 2023年3月21日閲覧。
  15. ^ . A. RosenbaumとEL Davis、「フーリエの定理」、. A. RosenbaumとEL Davis
  16. ^フーリエ 1824a .
  17. ^ a bフーリエ 1827a .
  18. ^ Weart, S. (2008). 「二酸化炭素の温室効果」 . 2016年11月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2008年5月27日閲覧。
  19. ^ Fleming, JR (1999). 「ジョセフ・フーリエ、「温室効果」、そして地球温度の普遍理論の探求」Endeavour . 23 (2): 72– 75. doi : 10.1016/s0160-9327(99)01210-7 .
  20. ^ Baum, Sr., Rudy M. (2016). 「未来計算：気候変動を信じる最初の人」 . Distillations . 2 (2): 38–39 . 2018年3月22日閲覧。
  21. ^オスマン、ジェニ（2011）、世界を変えた100のアイデア、ランダムハウス、65ページ、ISBN 9781446417485[フーリエ]は自身の発見を温室効果とは呼ばなかったが、後の科学者たちは、フーリエの研究に影響を与えた[ソシュール]の実験にちなんでそれを温室効果と名付けた。。

さらに読む

Wikisource には、1906 年の新国際百科事典に掲載された「ジョセフ・フーリエ」に関する記事のテキストがあります。
Wikiquote にはジョセフ・フーリエに関する引用句があります。
Wikiquote には、熱の解析理論に関する引用があります。
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