Біографія Жозефа Фур’є
Математик і фізик найвищого рівня, Жозеф Фур’є своїми дослідженнями здійснив революцію у науковому світі.
Дитинство та ранні роки
Жозеф Фур’є, який народився в Осері, у Франції, був вихідцем зі скромної родини. Осиротілий у ранньому віці Жозеф отримує початкову освіту в Соборній школі, якою керує церковний учитель музики. Після цього Фур’є продовжує навчання у Королівській військовій школі Осера. Хлопчик виявляє незвичайні здібності до літератури, однак у 15 років цей талант затьмарює схильність до математики, якою він захоплюється з усією душею. До своїх чотирнадцяти років Жозеф закінчує вивчення «Курсу математики» Безу, а вже наступного року отримує свою першу нагороду за нарис до книги Боссю «Основи механіки».
У 1787 р. Фур’є стає послушником у бенедиктинському Абатстві св. Бенуа-сюр-Луар, маючи намір надалі постригтися у ченці. Однак він несподівано змінює свої плани, відправляючи в Париж Жану Монтюкла свої наукові нотатки з алгебри і навіть заявляючи в листі, адресованому Бонару, своє бажання зробити вагомий внесок у розвиток математики. Подібні дії виявляють сумніви Фур’є щодо того, чи справді він хоче відійти від мирського життя. У 1789 р. Фур’є їде до Парижа, де представляє в Королівській академії наук свою статтю на тему рівнянь алгебри.
Наступного року Фур’є обіймає посаду молодшого викладача у бенедиктинському коледжі – Королівській військовій школі в Осері, де навчався він сам.
До дилеми, чи присвятити своє життя служінню Богу чи всерйоз зайнятися математикою, додається ще й політика, коли Фур’є вступає до лав місцевого Революційного комітету. Повернувшись у рідний Осер, Жозеф викладає у коледжі та працює у комітеті. У 1794 р. його заарештовують, але незабаром випускають на волю. Через рік, його відправляють навчатися у Вищу нормальну школу Парижа – навчальний заклад, який готує викладачів, де він, звичайно ж, виявляється найздатнішим серед студентів. Жозеф навчається у найкращих викладачів свого часу – Лагранжа, Лапласа та Монжа. Пізніше Фур’є сам стає викладачем у Колеж де Франс. Зі своїми вчителями він зберігає добрі стосунки і, з їх допомогою, починає свій шлях до великих математичних досягнень. Фур’є швидко просувається службовими сходами, отримуючи посаду викладача в Центральній школі державних робіт, яку згодом перейменують на Політехнічну школу. Проте в його старій кримінальній справі відкриваються нові обставини, внаслідок чого Фур’є заарештовують знову і ув’язнюють. Триватиме це недовго, і незабаром він знову опиниться на свободі.
Пізній період
1 вересня 1795 р. Фур’є знову приступає до викладання у Політехнічній школі. Через два роки, в 1797 р., він замінить Лагранжа на посаді голови кафедри аналізу та механіки. Незважаючи на те, що Фур’є встиг зарекомендувати себе як видатний лектор, серйозною дослідницькою роботою він займеться лише тепер. У 1798 р., під час вторгнення до Єгипту, Фур’є є науковим радником при армії Наполеона. Хоча спочатку ця військова компанія була вкрай успішною, 1 серпня французький флот зазнає повної поразки. Наполеон виявляється оточеним країни, яку він захопив. За допомогою Фур’є, він засновує тут типовий французький політичний устрій та адміністрацію. Фур’є також займається відкриттям у Єгипті навчальних закладів та організацією археологічних розкопок. У Каїрі вчений як допомагає заснувати Каїрський інститут, а й стає однією з дванадцяти членів його математичного відділення, поруч із Монжем, Малюсом і самим Наполеоном. Зважаючи на слабкий англійський вплив на Сході, він навіть пише ряд математичних статей. Пізніше Фур’є стає науковим секретарем інституту і пробуде на цій посаді весь час французької окупації Єгипту. У його віданні також знаходяться всі наукові здобутки та літературні праці.
У 1801 р. Фур’є повертається в Париж і займає свою колишню посаду голови кафедри аналізу в Політехнічній школі. Проте Наполеон мав на нього свої плани. Фур’є вирушає до Гренобля, де призначається префектом департаменту Ізера. Вчений займається безліччю проектів, серед яких було здійснення нагляду операцією з осушення боліт Бургуїна та контроль над будівництвом нової дороги з Гренобля до Туріну. Саме тут Фур’є почне свої досліди із «поширенням тепла». 21 грудня 1816 р., у Паризькому інституті, він представить науковій публіці свою статтю «Теплопровідність твердих тіл», яка увійде до монументального французького видання «Опис Єгипту». Цього ж року він вирушить до Англії, повернувшись із якої через шість років, замінить Жана Баптіста Жозефа Деламбре на посаді Постійного секретаря Французької академії наук.
Праці Фур’є
У 1822 Фур’є представляє свою статтю на тему теплового потоку під назвою Théorie analytique de la chaleur («Аналітична теорія тепла»). Спираючись на закон охолодження Ньютона, Фур’є робить висновок, що тепловий потік між двома суміжними молекулами прямо пропорційний вкрай малій різниці їх температур. У роботі було три аспекти: один математичний та два фізичні. З математичної точки зору, Фур’є доводить, що будь-яка функція зі змінною, чи то безперервною, чи розривною, може бути розкладена в ряд синусів, кратних змінній. Хоча це твердження це було неправильним, думка про те, що деякі свідомо розривні функції задаються формулами, якщо останні включити нескінченні ряди, стало відкриттям величезної важливості. Серед фізичних висновків роботи була й теорія однорідності розмірностей рівняння, за якою рівняння формально може бути правильним лише тоді, коли розмірності обох частинах рівняння збігаються. Ще одним значним внеском Фур’є у розвиток фізики стала пропозиція власного диференціального рівняння у приватних похідних для теплопровідності. До цього дня це рівняння знає кожен студент, який вивчає математичну фізику.
До всього вищезгаданого можна додати ще й недописану роботу Фур’є на тему рівнянь, що містять визначники, яку в 1831 закінчить і видасть Клод-Луї Навье. У цій роботі представлена теорема Фур’є для визначення кількості дійсних коренів рівняння алгебри. Окрім математичних відкриттів, Фур’є першим пропонує теорію парникового ефекту. Зробивши необхідні розрахунки, він виводить, що, якби Земля обігрівалася лише сонячним випромінюванням, то, зважаючи на її розміри та відстань до Сонця, на нашій планеті мало бути куди холодніше. Виходячи з цього, вчений приходить до висновку, що значна порція додаткового тепла планета отримує завдяки міжзоряній радіації. Його ідея про те, що атмосфера Землі діє як якийсь ізоляційний шар, була першою в історії теорією явища, яке сьогодні відоме нам під назвою парникового ефекту. Посилаючись на досвід, проведений Фердинандом де Соссюр, Фур’є висловлює припущення, що гази в атмосфері можуть створювати надійний бар’єр, подібно до скляних рам теплиці, яке закладає основи сучасної теорії парникового ефекту.
Смерть та спадщина
У 1830 р. здоров’я Фур’є різко погіршується. Перші симптоми аневризми серця виявляються в нього ще під час перебування в Єгипті та Греноблі, але з поверненням до Парижа напади ядухи стають все важчими. Все це ускладнює падіння Фур’є зі сходів, що трапилося 4 травня 1830 р. Через кілька днів, 16 травня 1830, Фур’є помер. Похований вчений на цвинтарі Пер-Лашез у Парижі. Могила його прикрашена в єгипетському стилі на знак того, що він був секретарем інституту Каїра, а також як нагадування про його внесок у видання «Опис Єгипту». Ім’я Фур’є в списку 72 двох імен видатних людей Франції, увічнених на першому поверсі Ейфелевої вежі.