{h1}
vetenskap + teknik

På hans 250-årsdag gör Joseph Fouriers matematik fortfarande en skillnad

Anonim

21 mars markerar 250-årsdagen av en av de mest inflytelserika matematikerna i historien. Han följde Napoleon vid sin expedition till Egypten, revolutionerade vetenskapens förståelse för värmeöverföring, utvecklade de matematiska verktyg som används idag för att skapa CT- och MR-scanbilder och upptäckte växthuseffekten.

Hans namn var Joseph Fourier. Han skrev om matematik: "Det kan inte vara ett språk som är mer universal och enklare, mer fri från fel och obskuriteter

.

Matematisk analys är lika omfattande som naturen själv, och den definierar alla märkbara relationer. "Fouriers arbete fortsätter att forma livet idag, speciellt för människor som arbetar på områden som matematik och radiologi.

Fouriers liv

Som en orolig föräldralös i Frankrike omvandlades Fourier av sitt första möte med matematik. Tack vare en lokal biskop som erkände sin talang, fick Fourier utbildning genom benediktinska munkar. Som högskolestudent älskade han sålunda matematik att han samlade kasserade ljusstubbar så att han kunde fortsätta sina studier efter att andra hade gått till sängs.

Som en ung man blev Fourier snart sopad upp av den franska revolutionen. Han blev emellertid avskyvärd av sin överdriven brutalitet, och hans protester landade honom i fängelse för en del av 1794. Efter utgivningen utsågs han till fakulteten för en ingenjörskola. Där bevisade han sitt geni genom att ersätta sjuka kollegor och undervisa ämnen från fysik till klassiker.

Resa med Napoleon till Egypten 1798, utsågs Fourier till sekreterare för det egyptiska institutet, som Napoleon modellerade på institutet för Frankrike. När den brittiska flottan strandsade de franska krafterna organiserade han tillverkningen av vapen och ammunition för att tillåta fransmännen att fortsätta slåss. Fourier återvände till Frankrike efter att den brittiska flottan tvingade franska att överge. Till och med i sådana svåra omständigheter lyckades han publicera ett antal matematiska papper.

Värmeöverföring

En av de viktigaste frukterna i Fouriers studier gäller värme.

Fouriers lag anger att värme överföres genom ett material i takt med både temperaturskillnaden mellan olika områden och till det område över vilket överföringen äger rum. Till exempel kan personer som är överhettad svalna snabbt genom att komma till en sval plats och utsätta så mycket för sin kropp som möjligt.

Fouriers arbete gör att forskare kan förutsäga den framtida fördelningen av värme. Värme överförs genom olika material i olika takt. Exempelvis har mässing en hög värmeledningsförmåga. Luft är dåligt ledande, det är därför det används ofta i isolering.

Anmärkningsvärt gäller Fouriers ekvation allmänt för materia, vare sig i form av fast, flytande eller gas. Det formade kraftigt forskarnas förståelse av både el och diffusionsprocessen. Det förvandlade också vetenskapsmännens förståelse av flödet i naturen i allmänhet - från vattenets passage genom porösa stenar till blodets rörelse genom kapillärer.

Fourier transform och CT

Idag, när man hjälper till att ta hand om patienter, är radiologer beroende av en annan matematisk upptäckt av Fouriers, som nu kallas "Fourier-transformen".

I CT-skanningar skickar läkare röntgenstrålar genom en patient från flera olika håll. Några röntgenstrålar kommer från andra sidan, där de kan mätas, medan andra blockeras av strukturer i kroppen.

Med många sådana mätningar vid många olika vinklar blir det möjligt att bestämma graden till vilken varje litet vävnadsblock blockerade strålen. Till exempel blockerar benet de flesta av röntgenstrålarna, medan lungorna blockerar väldigt lite. Genom en komplex serie beräkningar är det möjligt att rekonstruera mätningarna i tvådimensionella bilder av en patients inre anatomi.

Tack vare Fourier och dagens kraftfulla datorer kan läkare skapa nästan momentana bilder av hjärnan, lungartärerna, bilagan och andra delar av kroppen. Detta gör det möjligt att bekräfta eller utesluta förekomsten av problem som blodproppar i lungartärerna eller inflammation i bilagan. Det är svårt att tänka sig att utöva medicin idag utan sådana CT-bilder.

Växthuseffekt

Fourier anses allmänt vara den första forskaren som märker vad vi idag kallar växthuseffekten.

Hans intresse var piqued när han observerade att en planet så långt bort från solen som jorden borde vara betydligt svalare. Han antydde att någonting om jorden - i synnerhet dess atmosfär - måste göra det möjligt att fälla solstrålning som annars annars skulle utstråla ut i rymden.

Fourier skapade en modell av jorden med en låda med ett glaslock. Över tiden steg temperaturen i lådan över den omgivande luftens luft, vilket tyder på att glaset ständigt fastnade värme. Eftersom hans modell liknade ett växthus i vissa avseenden kom detta fenomen att kallas "växthuseffekten".

Senare upptäckte forskare John Tyndall att koldioxid kan spela rollen som värmepinnare.

Livet på jorden som vi vet det skulle inte vara möjligt utan växthuseffekten. Men idag tenderar forskare att vara mer bekymrade över ett överskott av växthusgaser. Matematiska modeller föreslår att när koldioxid ackumuleras kan värme fångas snabbare, vilket resulterar i förhöjda globala genomsnittstemperaturer, smältande polära iskapslar och stigande havsnivåer.

Fouriers påverkan

Fourier fick många anmärkningar under sin livstid, inklusive val till den franska akademin för vetenskap.

Vissa trodde, kanske speciellt, att Fouriers attraktion mot värme kan ha skyndat på sin död. Han var känd att klättra in i bastur i flera lager av kläder, och hans bekanta hävdade att han höll sina rum varmare än Hades. I alla fall, i maj 1830, dog han av en aneurysm vid 63 års ålder.

Idag är Fouriers namn inskriven på Eiffeltornet. Men ännu viktigare är det odödliggjort i Fouriers lag och Fourier-omvandlingen, bestående emblem av hans tro på att matematiken rymmer nyckeln till universum.

Denna artikel har uppdaterats för att rätta det år som Fourier reste till Egypten.

Rekommenderas

Vad Brexit skulle innebära för relationerna mellan Indien och Storbritannien

Navigera online-information labyrinten: ska eleverna lita på Wikipedia?

Från att skrika ut för att stanna hemma: en kort historia av brittisk omröstning