Joseph Fourier (1768-1830) fue un maestro, matemático y físico de origen francés, que es reconocido por descubrir las series trigonométricas convergentes, mediante las cuales podía determinar la conducción de calor y las vibraciones en cuerpos sólidos.
Su teoría del calor ayudó a comprender además la luz y el sonido. Posteriormente, permitiría solucionar problemas de física, de ingeniería y de telecomunicaciones. También desarrolló la transformación matemática que lleva su nombre, en la que se basa el estudio de cualquier fenómeno ondulatorio.
Fourier se destacó por ser el primero en dar una explicación científica al efecto invernadero. Además se le conoce por ser uno de los 100 académicos reclutados por Napoleón Bonaparte para su expedición a Egipto y por participar en el descubrimiento de la Piedra de Rosetta.
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Biografía
Jean-Baptiste-Joseph Baron Fourier nació el 21 de marzo de 1768, en la ciudad de Auxerre, ubicada en la región de Borgoña en Francia.
Su padre fue un sastre que se volvió a casar luego de la muerte de su primera esposa. Joseph fue el noveno de los 12 hijos de ese segundo matrimonio. Quedó huérfano a temprana edad ya que murió su madre cuando tenía nueve años y al año siguiente, su padre.
La gestión municipal logró que lo adoptara Joseph Pallais, quien le enseñó latín, francés y parte de las ideas de Jean-Jacques Rousseau, quien luego inspiraría la Revolución francesa. Luego ingresó a la École Royale Militaire, donde destacó en literatura, pero aún más en matemáticas.
A pesar de su pasión por los números, decidió en 1787 dedicarse a la vida religiosa, ingresando a la abadía de la orden benedictina de St. Benoit-sur-Loire. Pero su interés por las matemáticas persistió, por lo que no llegó a tomar sus votos religiosos.
En 1790 se encargó de la cátedra de matemáticas en la escuela donde inició su formación y, en paralelo, continuaba su investigación en álgebra.
Los ideales de la Revolución Francesa lo involucraron en el conflicto político, uniéndose al Comité Revolucionario local desde 1793. Un año más tarde fue arrestado y encarcelado, pero los triunfos de la revolución lo salvaron de la guillotina.
Al ser liberado se enfocó en mejorar sus habilidades como maestro, ingresando a la École Normale de Paris, en donde se ofrecía capacitación en el arte de enseñar. Su investigación en matemáticas se mantuvo durante este tiempo
Con la apertura de la École Polytechnique e ingresando como maestro de la facultad, se convirtió en colega de destacados matemáticos de su época como Gaspard Monge, Giuseppe Lagrangia y Pierre-Simon Laplace.
Expedición a Egipto
En 1798, con 30 años de edad, zarpó hacia Egipto como asesor científico junto a Napoleón Bonaparte, 30 mil soldados y más de 100 académicos. Allí fue testigo de cómo la flota francesa fue ocupando Malta, Alejandría y El Cairo.
Cuando el poder francés logró asentarse, Fourier ayudó a fundar el Institut d’Égypte, del que fue secretario. Además llevó a cabo exploraciones arqueológicas y se encargó de cotejar descubrimientos científicos y literarios hasta 1801.
Ese año, ante la victoria de los británicos y la rendición francesa, regresó a su país con una colección de objetos arqueológicos. Entre ellos se encontraba una copia de la piedra de Rosetta, reconocida por ser el primer texto plurilingüe antiguo descubierto en tiempos modernos.
Desarrollo de su teoría del calor
El matemático iba a reanudar sus labores académicas cuando fue nombrado prefecto de Grenoble, capital del departamento de Isère. Estuvo 14 años en el cargo y se destacó por su gestión administrativa. Además construyó un importante tramo de la carretera hasta Turín.
Durante ese periodo realizó destacadas contribuciones a la obra Descripción de l’Égypte, además de redactar el prefacio. En paralelo comenzó sus experimentos sobre la propagación del calor. Sus conclusiones suscitaron controversia entre los matemáticos por una ecuación que intentaba describir el calor en cuerpos sólidos.
Las críticas no lo detuvieron y continuó trabajando en su teoría hasta diciembre de 1807 cuando la presentó ante el Instituto de París. Pese a que algunos de los más importantes matemáticos la rechazaron al instante, como Lagrange, Laplace, Legendre, Euler y Poisson, la misma institución lo premiaría por sus memorias cuatro años más tarde.
Últimos años
El matemático, que había obtenido el título nobiliario de barón durante el poderío de Napoleón, logra sobrevivir tras su caída. Estaba a cargo de la Oficina de Estadística del Sena y se dedicaba exclusivamente a la vida académica en París.
En 1817 ingresó como miembro de la Academia de Ciencias y en 1822 lo eligieron Secretario Permanente de la institución. Ese año logró la publicación de la Teoría analítica del calor, a pesar de las críticas que había recibido por una supuesta falta de rigor matemático.
Posteriormente lo admitieron en la Academia Literaria Francesa y de la Academia de Medicina, gracias a sus aportes en egiptología. También fue elegido miembro extranjero de la Real Academia de Ciencias de Suecia.
El 16 de mayo de 1830, a la edad de 62 años murió Joseph Fourier en París, Francia. Al parecer, su fallecimiento fue causado por una dolencia cardíaca, aunque algunos creyeron que contrajo una enfermedad durante sus años en Egipto. No llegó a concluir su trabajo sobre resolución de ecuaciones, aunque al año siguiente fueron publicados los avances que había alcanzado para demostrar su teorema.
Además de haber designado con su apellido las herramientas matemáticas que desarrolló, una estatua de bronce fue erigida en su ciudad natal en 1849. También un asteroide lleva su nombre, así como la universidad de Grenoble.
Aportes
Los grandes aportes de Fourier se concentran en los ámbitos de la física y las matemáticas, pero su aplicación abarca muchas otras ciencias como la astronomía, la medicina, la climatología, la oceanografía, la ingeniería y la química. Su trabajo fue punto de arranque de las series trigonométricas y de las funciones de variables reales.
Específicamente destaca su formulación de la teoría del calor y las leyes matemáticas con las que explica su propagación, contribuyendo con los fundamentos de la termodinámica. La ecuación del calor se trató de una ecuación diferencial que describe cómo se distribuye el calor y cómo varía la temperatura en cada zona y a lo largo de un periodo de tiempo.
Además desarrolló la Serie de Fourier, que consiste en la descomposición de una señal periódica en términos de señales más básicas. Esta herramienta matemática se aplica en áreas como el análisis vibratorio, la compresión de datos, la acústica, el procesamiento de imágenes y de señales.
Otro de sus grandes aportaciones fue la Transformada de Fourier. Se trata de una función matemática clave en áreas como las telecomunicaciones, la estadística, la óptica y la física. Esta función permite transformar señales de carácter temporal o espacial, así como las de movimiento periódico.
Fourier también realizó investigaciones en meteorología, entre las que sobresalen sus razonamientos sobre el efecto invernadero. En ellas sugirió que la radiación interestelar provocaba gran parte del calor de la Tierra y, por primera vez, se planteó la atmósfera como elemento aislante.
Entre sus aportes no puede dejar de mencionarse los diversos artículos en Egiptología y en Historia de la Ciencia. No es sorprendente que sea uno de los 72 científicos inscritos en el primer piso de la Torre Eiffel.
Obras
Entre las obras más destacadas del matemático francés, se encuentran las relacionadas al ámbito de la teoría del calor:
-Rapport sur les tontines (1821)
-Théorie analytique de la chaleur (1822)
-Remarques générales sur les températures du globe terrestre et des espaces planétaires (1824)
-Analyse des équations déterminées (1827)
-Mémoire sur la distinction des racines imaginaires, et sur l’application des théorèmes d’analyse algébrique aux équations transcendantes qui dépendant de la théorie de la chaleur (1827)
-Remarques générales sur l’application du principe de l’analyse algébrique aux équations transcendantes (1827)
-Mémoire d’analyse sur le mouvement de la chaleur dans les fluides (1833).
Citas atribuidas
– “El estudio profundo de la naturaleza es la fuente más fértil de descubrimientos matemáticos”.
-“No puede existir un lenguaje más universal y simple, más carente de errores y oscuridades, y por lo tanto más apto para expresar las relaciones invariables de las cosas naturales. Las matemáticas parecen constituir una facultad de la mente humana destinada a compensar la brevedad de la vida y la imperfección de los sentidos”.
– “Las causas primarias son desconocidas para nosotros; pero están sujetos a leyes simples y constantes, que pueden ser descubiertas por observación, siendo su estudio el objeto de la filosofía natural”.
– “El calor, como la gravedad, penetra cada sustancia del universo, sus rayos ocupan todas las partes del espacio. El objetivo de nuestro trabajo es establecer las leyes matemáticas a las que este elemento obedece. La teoría del calor formará a partir de ahora una de las ramas más importantes de la física general”.
– Las matemáticas comparan los fenómenos más diversos y descubren las analogías secretas que los unen”.
Referencias
- Joseph Fourier. (2019, 1 de noviembre). Wikipedia, La enciclopedia libre. Recuperado de es.wikipedia.org
- MCN Biografias.com. (s.f.) Fourier, Jean-Baptiste Joseph (1768-1827). Recuperado de mcnbiografias.com
- Wikipedia contributors. (2019, 17 de diciembre). Joseph Fourier. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Recuperado de en.wikipedia.org
- Struik, D.J. (2019, 12 de mayo). Joseph Fourier. Encyclopædia Britannica. Recuperado de britannica.com
- Joseph Fourier. (2019, 05 de julio). Wikiquote, Compendio de frases célebres. Recuperado de es.wikiquote.org
- O’Connor, J. J., & Robertson, E. F. (s.f.). Jean Baptiste Joseph Fourier. Recuperado de st-andrews.ac.uk