Значимые фигуры. Жизнь и открытия великих математиков

Шел 1804 г., идеи математической физики буквально витали в воздухе. Иоганн Бернулли уже применил Ньютоновы законы движения в комбинации с Гуковым законом о силе, которую развивает растянутая пружина, к колебаниям скрипичной струны. Его идеи привели Жана ле Рона д’Аламбера к формулировке волнового уравнения. Это дифференциальное уравнение в частных производных, описывающее скорости изменения формы струны как в пространстве, так и во времени, показывает поведение самых разных волн – волн на воде, звуковых волн, других колебаний. Аналогичные уравнения в свое время предлагались для магнетизма, электричества и гравитации. Теперь Жозеф Фурье решил применить эти же методы в другой области физики – к потоку теплоты в теплопроводящей среде. После трех лет исследований он представил длинную записку о распространении тепла. Записка была прочитана в Парижском институте и встретила смешанную реакцию, так что решено было организовать комиссию для ее проверки. Когда по итогам проверки был написан отчет, стало ясно, что члены комиссии недовольны. На то у них было две причины – одна хорошая, другая плохая.

Жан-Батист Био обратил внимание членов комиссии на, как он утверждал, проблему с выводом уравнения для потока теплоты. В частности, Фурье не упомянул одну из его собственных работ 1804 г. Это был плохой повод для недовольства, поскольку статья Био была неверна. Хороший же повод состоял в том, что ключевой шаг в рассуждениях Фурье – преобразование периодической функции в бесконечный ряд синусов и косинусов угла, кратного заданному, – не был проведен с должной строгостью. В самом деле, Эйлер и Бернулли не один год пытались обосновать ту же идею в контексте волнового уравнения. Фурье поспешил пояснить свои рассуждения, но комиссию это не удовлетворило.

Тем не менее задача считалась важной, и Фурье существенно прояснил подходы к ней, так что институт объявил, что призовой задачей на 1811 г. будет распространение тепла в твердом теле. Фурье добавил к своей записке кое-какие дополнительные результаты, в основном об остывании и об излучении тепла, и подал работу на конкурс. Новая комиссия присудила ему приз, но отметила все тот же недостаток, связанный с тригонометрическими рядами:

Способ, посредством которого автор приходит к этим уравнениям, не лишен трудностей, а его анализ с целью их интегрирования по-прежнему оставляет желать лучшего в плане общности и даже строгости.

Как правило, победившая в конкурсе работа сразу же публиковалась, но в данном случае комиссия, сославшись на эти недостатки, отказалась делать это.

В 1817 г. Фурье был избран членом Парижской академии наук. Пять лет спустя умер секретарь математической секции Академии Жан Деламбр. На освободившееся место претендовали Франсуа Араго, Био и Фурье, но Араго снял свою кандидатуру, и Фурье выиграл с подавляющим преимуществом. Вскоре после этого Академия опубликовала «Аналитическую теорию тепла» Фурье – ту самую записку, ставшую победителем конкурса. Выглядит так, будто Фурье оказал на комиссию административное давление, но на самом деле работу в печать отправил еще Деламбр. Тем не менее Фурье, должно быть, получил немалое удовлетворение.

* * *

Отец Фурье был портным, у которого от первого брака осталось трое детей. После смерти жены он женился вновь, и в этом втором браке на свет появилось ни много ни мало 12 детей, из которых Жозеф был девятым. Когда мальчику было девять лет, его мать умерла, а через год умер и отец. Свое образование Жозеф начал в школе, которой заведовал музыкант местного Осерского собора. Мальчик прекрасно проявил себя в изучении французского языка и латыни. В 1780 г., в возрасте 12 лет, он продолжил обучение в местной же Королевской военной школе. У него неплохо шла литература, но к 13 годам начал проявляться и основной талант – математика. Мальчик самостоятельно читал сложные математические тексты: так, меньше чем за год он одолел все шесть томов «Курса математики» Этьена Безу.