萧遥说 | 让理工科学生瑟瑟发抖的傅里叶,原来是这样的……



天才也会走火入魔


上周读关于全球气候变暖和温室效应的文章,看到一则未曾听说过的故事。


虽然地球上的人类生活了几十万年,可是很长时间里,没有人研究过为什么地球上有一个适合生物居住的温度。


太阳系除了地球以外的8个行星,有的距离太阳比地球近,有的比地球远,可是这些行星的表面不是温度很低,就是温差很大,不适于生存居住。为什么地球就不一样?


解释这个现象的,是法国科学家傅里叶(Jean Baptiste Joseph Fourier)。1820年,傅里叶首次提出了温室效应理论。


学过高等数学的人,没有不知道傅里叶的。以他命名的傅里叶变换和傅里叶级数,在数学、物理学、量子力学、密码学、通讯、金融甚至医学等领域都有着极其广泛的应用。


比如,在讯号处理中,傅里叶变换的典型用途是将讯号分解成振幅分量和频率分量。


傅里叶变换和傅里叶级数的美妙,犹如爱因斯坦形容莫扎特的音乐“是如此的纯净、优美,以致让人觉得他不过是“发现”这样的音乐而已——“这样的音乐是一直存在的,它是宇宙内在美的一部份,有待揭示出来。”


可是提出温室效应理论的,居然也是傅里叶。


实际上,傅里叶终其一生首先是一位热力学家。早在1807年(39岁),他就写成关于热传导的论文《热的传播》,为了解热传导方程,他才发现了傅里叶分析理论


1820年,傅里叶计算出,一个物体,如果有地球那样的大小,以及到太阳的距离和地球一样,如果只考虑太阳辐射的加热效应,那这物体应该比地球实际的温度更冷。因此,必然有其它热源。


虽然傅里叶认为,星际辐射或许占了其它热源的一大部分,但是他第一次提出,地球大气层可能是一种隔热体,


大气层像温室一样,保存了从太阳辐射进来的一定热量,使得地球不至于像没有大气层的月球一样,被太阳照射时温度急剧升高,不受太阳照射时温度急剧下降。


这种看法被公认为是今天人所共知的“温室效应”。


然而,傅里叶时代地球的大气层和今天已经很不一样。由于现代社会的工业活动,大量使用化石燃料使得二氧化碳、甲烷、一氧化二氮这样的温室气体在空气中急剧增加。这些气体的存在,增强了大气层的温室效应,导致全球气候变暖。


这样一位天才的科学家,却最终在他的研究领域里走火入魔。因为热力学的发现,傅里叶认为热是世界上最好的东西,甚至可以包治百病,房间也当然是越热越好。


1830年初夏的一天,傅里叶关闭所有门窗,穿上厚厚的衣服,坐在火炉边烤火。所有进入傅里叶房间的人都觉得热的透不过气来,但他却享受其中。


过高的室温不仅没有治愈他的疾病,反而大大加重了他的病情,最后他被活活热死,据说高温导致了心力衰竭。


那年他62岁。




作者 | 萧柏春博士

美国宾夕法尼亚大学沃顿商学院管理科学博士,现任美国长岛大学商学院管理系主任,终身教授。担任国内多所著名高校(北京大学,南京大学,香港中文大学等)的客座教授,并成为美国富布莱特基金会高级访问学者。萧教授在英荔商学院开设有《商务统计》、《收益管理与定价》等优质MBA课程。