Der Mathematiker und Physiker der höchsten Ebene, Joseph Fourier, revolutionierte mit seinen Forschungen die wissenschaftliche Welt.
Kindheit und frühe Jahre
Joseph Fourier, geboren in Auxerre, Frankreich, war ein Nachfahre einer bescheidenen Familie. In einem frühen Alter verwaist, erhält Joseph die Grundschule an der Kathedralschule, die von einem Kirchenmusiklehrer geleitet wird. Danach setzt Fourier sein Studium an der Königlichen Militärschule von Auxerre fort. Der Junge zeigt bemerkenswerte Fähigkeiten in der Literatur, aber in 15 Jahren, die Finsternisse das Talent Vorliebe für Mathematik, die er mit ganzem Herzen genießt. Mit seinem Alter von vierzehn Jahren, ergänzt Joseph die Studie „Mathematik-Kurs“ Bezout, und im folgenden Jahr erhielt seine erste
Im folgenden Jahr bekleidet Fourier die Position eines Junior Instructors am Benedictine College – der Royal Military School in Auxerre, wo er studierte.
Zu dem Dilemma, ob man sein Leben dem Dienst Gottes widmen oder sich ernsthaft mit Mathematik beschäftigen soll, wird Politik hinzugefügt, als Fourier in die Reihen des örtlichen Revolutionskomitees eintritt. Joseph kehrt in seine Heimat Auxerre zurück, unterrichtet dort und arbeitet im Komitee. 1794 wurde er verhaftet, aber bald wieder freigelassen. Ein Jahr später wird er in die Höhere Normalschule von Paris geschickt – eine Bildungseinrichtung, die Lehrer vorbereitet
Spätzeit
1. September 1795 beginnt Fourier wieder an der Polytechnischen Schule zu unterrichten. Zwei Jahre später, im Jahr 1797, ersetzte er Lagrange als Leiter der Abteilung für Analyse und Mechanik. Trotz der Tatsache, dass Fourier sich als hervorragender Dozent etabliert hat, wird er jetzt nur noch ernsthafte Forschungsarbeit leisten. Im Jahr 1798, während der Invasion in Ägypten, ist Fourier ein wissenschaftlicher Berater der Armee von Napoleon. Obwohl diese Militärfirma zunächst sehr erfolgreich war, erleidet die französische Flotte am 1. August eine komplette Niederlage. Napoleon ist umgeben von dem Land, das er gefangen genommen hat. Mit Hilfe von Fourier etabliert er hier eine typisch französische politische Struktur und Verwaltung. Fourier beschäftigt sich auch mit der Eröffnung von Bildungseinrichtungen in Ägypten und der Organisation von archäologischen Ausgrabungen. In Kairo hilft der Wissenschaftler nicht nur bei der Gründung des Kairoer Instituts, er wird aber auch zusammen mit Monge, Malius und Napoleon zu einem der zwölf Mitglieder seiner mathematischen Abteilung. Angesichts des schwächelnden englischen Einflusses im Osten schreibt er sogar einige mathematische Artikel. Später wird Fourier der wissenschaftliche Sekretär des Instituts und wird die ganze Zeit der französischen Besetzung von Ägypten in diesem Posten bleiben. In seiner Obhut sind auch alle wissenschaftlichen Leistungen und literarischen Werke.
Im Jahr 1801 kehrte Fourier nach Paris zurück und bekleidete seinen früheren Posten als Leiter der Abteilung für Analysis an der Polytechnischen Schule. Napoleon hatte jedoch seine eigenen Pläne für ihn. Fourier geht nach Grenoble, wo er zum Präfekten des Departements Ysera ernannt wird. Der Wissenschaftler ist an einer Reihe von Projekten beteiligt, darunter die Überwachung des Betriebs zur Entwässerung der Moore von Burguin und die Kontrolle des Baus einer neuen Straße von Grenoble nach Turin. Hier beginnt Fourier seine Experimente mit „der Ausbreitung der Hitze“. Am 21. Dezember 1816 wird er im Pariser Institut der wissenschaftlichen Öffentlichkeit seinen Artikel „Wärmeleitfähigkeit von Festkörpern“ vorstellen, der in der monumentalen französischen Ausgabe „Beschreibung von Ägypten“ enthalten sein wird. Im selben Jahr wird er nach England gehen und sechs Jahre später zurückkehren.
Fouriers Verfahren
Im Jahr 1822 präsentierte Fourier seinen Artikel zum Thema Wärmestrom mit dem Titel „Théorie analytique de la chaleur“. Basierend auf dem Newton’schen Abkühlungsgesetz kommt Fourier zu dem Schluss, dass der Wärmefluss zwischen zwei benachbarten Molekülen direkt proportional zu dem extrem kleinen Temperaturunterschied ist. Es gab drei Aspekte in der Arbeit: eine mathematische und zwei physische. Aus mathematischer Sicht beweist Fourier, dass jede Funktion mit einer Variablen, ob kontinuierlich oder diskontinuierlich, in eine Reihe von Sinus-Vielfachen der Variablen erweitert werden kann. Obwohl diese Behauptung falsch war, ist die Vorstellung, dass einige absichtlich diskontinuierliche Funktionen durch Formeln gegeben sind, wenn letztere unendliche Reihen einschließen, eine Entdeckung von großer Wichtigkeit geworden. Unter den physikalischen Schlussfolgerungen des Papiers war die Theorie der Gleichförmigkeit der Dimensionen der Gleichung, wonach die Gleichung formal nur dann richtig sein kann, wenn die Dimensionen auf beiden Seiten der Gleichung übereinstimmen. Ein weiterer wichtiger Beitrag von Fourier zur Entwicklung der Physik war der Vorschlag einer partiellen Differentialgleichung für Wärmeleitung. Bis heute kennt jeder Student, der mathematische Physik studiert, diese Gleichung.
Zu all dem Oben können wir auch die unvollendete Fourier-Arbeit an den Gleichungen hinzufügen, die Determinanten enthalten, die Claude-Louis Navier 1831 vollendete und veröffentlichte. In dieser Arbeit stellen wir das Fourier-Theorem zur Bestimmung der Anzahl der realen Wurzeln einer algebraischen Gleichung vor. Neben mathematischen Entdeckungen schlug Fourier zunächst die Theorie des Treibhauseffekts vor. Nachdem er die notwendigen Berechnungen durchgeführt hat, folgert er, dass, wenn die Erde nur durch Sonnenstrahlung geheizt wurde, sie, unter Berücksichtigung ihrer Dimensionen und Entfernung zur Sonne, auf unserem Planeten viel kälter sein sollte. Ausgehend davon kommt der Wissenschaftler zu dem Schluss, dass ein signifikanter Teil der zusätzlichen Wärme, die der Planet dank der interstellaren Strahlung erhält. Seine Vorstellung, dass die Erdatmosphäre als isolierende Schicht wirkt, war die erste Theorie des Phänomens in der Geschichte, das ist uns jetzt unter dem Namen des Treibhauseffektes bekannt. In Bezug auf die Erfahrungen von Ferdinand de Saussure schlägt Fourier vor, dass Gase in der Atmosphäre eine zuverlässige Barriere schaffen können, wie die Glasrahmen eines Gewächshauses, die die Grundlage für eine moderne Theorie des Treibhauseffekts bilden.
Tod und Erbe
Im Jahr 1830 verschlechterte sich Fouriers Gesundheitszustand stark. Die ersten Symptome eines Aneurysmas des Herzens sind während seines Aufenthalts in Ägypten und Grenoble offensichtlich, aber mit der Rückkehr nach Paris werden die Erstickungsanfälle immer schwieriger. All dies kompliziert den Fall von Fourier von der Treppe, der am 4. Mai 1830 passierte. Einige Tage später, am 16. Mai 1830, starb Fourier. Der Wissenschaftler wurde auf dem Friedhof Pere Lachaise in Paris begraben. Sein Grab ist im ägyptischen Stil geschmückt, als Zeichen dafür, dass er der Sekretär des Kairoer Instituts war, und auch als Erinnerung an seinen Beitrag zur Veröffentlichung „Beschreibung Ägyptens“. Fouriers Name steht auf der Liste von 72 Namen zweier herausragender Persönlichkeiten Frankreichs, verewigt im ersten Stock des Eiffelturms.
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