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푸리에 – 세상을 보는 새로운 눈

조세프 푸리에(Jean-Baptiste Joseph Fourier, 1768-1830)는 1768년 프랑스에서 태어났다. 혁명의 혼란기 속에서 젊은 시절을 보낸 그는 나폴레옹의 과학 자문을 맡아 이집트 원정에 동행하고, 이를 계기로 알프스 주변의 이제레 지역의 지사에 임명되기도 했다. 공적 업무를 수행하면서도 푸리에는 열역학과 관련된 수학, 물리학 연구를 진행했으며, 이를 기반으로 한 여러 저작을 남겼다.

열역학에 관한 해석적 이론을 정립하기 위해, 푸리에는 임의의 함수를 삼각함수들의 합으로 표현하는 방법을 택했다. 그리고, 이러한 과정 중에 불연속인 함수가 삼각함수의 무한급수로 표현되는 예를 찾기도 했으며, 이것이 바로 현재까지 널리 사용되고 있는 푸리에 급수의 기원이다. 푸리에는 자신의 연구결과를 모아 1807년 ‘고체 내부의 열 전도에 관하여’라는 제목의 논문을 파리 학술원에 제출하였다. 그의 논문은  라그랑주, 라플라스 등의 구성원에 르장드르가 더해진 위원회에서 일반성과 엄밀성이 부족하다는 평을 내렸다. 푸리에 급수가 수렴할 조건은 나중에 디리클레에 의해 증명되며, 이는 디리클레 조건으로 알려져 있다.

푸리에는 고체 내부뿐만 아니라 우주 공간에서 열이 어떤 방식으로 전파되는지도 연구하였으며, 지구의 실제 온도가 태양에서 오는 에너지를 토대로 계산한 결과보다 훨씬 높다는 것을 계산하기도 했다. 푸리에는 이 모순을 설명할 수 있는 다양한 이론을 제시하였는데, 그 중 하나가 지구의 대기에 의한 단열효과였다. 비록 푸리에는 이 가능성이 낮다고 생각했지만, 후대의 연구를 통해 이 이론이 사실임이 밝혀졌다. 이로 인해 푸리에는 온실효과에 관한 연구의 선구자로 인정받고 있다.

역학 이론을 체계적으로 정리한 뉴턴과 비교하여, 푸리에는 스스로를 열역학 이론의 뉴턴으로 간주했다. 푸리에의 아이디어는 푸리에 변환 등으로 확장되어 지금까지도 수학, 물리학, 전자공학 등 여러 분야에서 널리 사용되고 있다.

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