Bugün fiziğin en temel yasalarından biri şudur: Enerji ne yaratılır ne yok edilir; yalnızca bir biçimden diğerine dönüşür ya da bir yerden başka bir yere taşınır.
Fransız matematikçi Joseph Fourier ısı araştırmalarında ve ısının sıcak yerlerden soğuk yerlere nasıl hareket ettiğini konusunda bir öncüydü. Fourier hem ısının katılarda iletkenlik yoluyla nasıl yayıldığıyla, hem şeylerin nasıl ısı kaybederek soğuduğuyla ilgilendi. Memleketlisi Jean-Baptiste Biot ısının yayılmasını, ısının sıcak yerlerden soğuk yerlere atlayarak yayıldığı “bir uzaktan etki” olarak düşünmüştü. Biot bir katıdaki ısı akışını bir dizi dilim şeklinde ifadelendirdi; bu temsil şekli, ısının bir dilimden diğerine atlayışını gösteren geleneksel denklemlerle incelenmesine olanak vermekteydi.
Sıcaklık Eğimleri
Fourier ısı akışına tamamen farklı bir açıdan baktı. Sıcaklık eğimlerine – sıcak yerler ile soğuk yerler arasında kesintisiz derecelenmeler – odaklandı. Bunlar geleneksel denklemlerle nicelikleştirilemezdi; bu nedenle yeni matematiksel teknikler geliştirdi.
Fourier dalga düşüncesine ve dalgaları matematiksel olarak ifadelendirmenin bir yolunu bulmaya odaklandı. Şunu gördü: Dalga-benzeri her harekete sıcaklık düşümü de dalga – benzeri bir harekettir – ifadelendirilecek dalganın şekli nasıl olursa olsun, basit dalgalar birbirine eklenerek yaklaşılabilir. Birbirine eklenecek basit dalgalar trigonometriden türetilen sinüsler ve kosinüslerdir; matematiksel olarak bir seri şeklinde yazılabilir. Bu bireysel dalgaların her biri, eş biçimli olarak bir dalga tepesinden bir dalga çukuruna hareket eder. Giderek daha fazla basit dalgayı birbirine eklemek, başka herhangi bir dalga tipine yaklaşabilen ve giderek artan bir karmaşıklık üretir. Bu sonsuz serilere bugün Fourier serileri denilmektedir.
Fourier düşüncesini 1807’de yayımladı; ama eleştirildi ve çalışmaları 1822’ye kadar kabul görmedi. Isı araştırmalarına devam eden Fourier 1824’te, Yer’in Güneş’ten aldığı ısı ile uzaya verdiği ısı arasındaki farkı inceledi. Güneşten bu kadar uzak olmasına rağmen Yer’in hoş bir biçimde sıcak olmasının nedenini anladı: Çünkü atmosferdeki gazlar, ısıyı tutar ve tekrar uzaya yayılmasını durdurur yani şimdi sera etkisi denilen olgu budur.
Bugün yalnızca ısı aktarımı için değil, akustikten, elektrik mühendisliğinden ve optikten kuantum mekaniğine kadar uzanan birçok bilimsel problem için Fourier’in analizine başvurulur.
Joseph Fourier Kimdir?
Bir terzinin oğlu olan Joseph Fourier Fransa’da, Auxerre’de doğdu. 10 yaşında yetim kalınca yerel bir manastıra alındı; daha sonra gittiği bir askeri okulda matematik yeteneğiyle kendini gösterdi. Fransa devrimin sancılarını yaşıyordu ve 1794 Teröründe, devrimci arkadaşlarıyla arası açılınca kısa bir süre hapis yattı.
Devrim’den sonra Fourier, 1798’de Mısır seferinde Napoleon’a eşlik etti. Mısır valisi yapıldı ve eski Mısır kalıntılarını incelemekle görevlendirildi. 1801’de Fransa’ya dönen Fourier, Alpler’de Isere valisi yapıldı. Yol inşaatlarını ve drenaj çalışmalarını denetleme idari görevleri arasında, eski Mısır’la ilgili çığır açıcı bir inceleme yayımladı ve ısı araştırmalarına başladı. 1831’de bir merdivene ayağı takılıp düştükten sonra öldü.
Önemli Eserleri:
1807 – On the Propagation of Heat in Solid Bodies
1822 – The Analytic Theory of Heat
Isı Hakkında Tarihsel Görüşler
1761 – Joseph Black, maddelerin sıcaklıklarını belli bir miktar arttırmak için aldıkları gizil ısıyı – sıcaklık değişmeden buzun erimek ve suyun kaynamak için aldığı ısı – keşfeder.
1783 – Antoine Lavoisier ve Pierre-Simon Laplace gizil ısı ile özgül ısıyı ölçer.
1824 – Isı enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren ısı makinesine ilişkin ilk teoriyi geliştiren Sadi Carnot, termodinamik teorinin temellerini atar.
1834 – Emile Clapeyron enerjinin her zaman daha fazla yayıklığını gösterir ve termodinamiğin ikinci yasasını formüle eder.