Joseph Fourier: un matemático utilitarista

Hijo de un sastre, huérfano a los ocho años. En 1812 escribió la obra cumbre de su carrera científica, la Teoría Analítica del Calor, por la que ganó un premio de la Academia de Ciencias de París.

Dr. Esptiben Rojas Bernilla

2021-08-01
Ciudad de México

La Revolución Industrial fue un proceso de profundas transformaciones económicas, sociales, culturales y tecnológicas que se desarrolló entre 1760 y 1840, y tuvo su origen en Inglaterra. En este contexto histórico nace en 1768 en la ciudad de Auxerre (Francia), uno de los matemáticos sobresalientes por su mirada utilitarista de la matemática, pero que contribuyó al inicio de la moderna teoría de las Ecuaciones Diferenciales Parciales y a la Topología Conjuntista. Se trata de Joseph Fourier (1768-1830), hijo de un sastre, huérfano a los ocho años. Dados su inquietud y talento para los estudios, logró ingresar a la Escuela Militar; por sus orígenes humildes estaba destinado al sacerdocio, pero sus cualidades académicas le permitieron ser nombrado profesor de matemática.

Joseph Fourier inició su carrera académica en 1789, presentando en París sus investigaciones sobre solución de ecuaciones numéricas. En 1794 se creó la Escuela Normal de París, en donde Fourier fue nombrado profesor, para luego también ser nombrado profesor en el Escuela Politécnica de París. El profesor Joseph Fourier se caracterizó por implementar un nuevo enfoque pedagógico basado en el intercambio de ideas entre profesor y alumno, en donde incluía disertaciones con motivaciones históricas en las que, después de un esbozo teórico, concluía con aplicaciones de los temas; estaba convencido que la utilidad de la matemática es más importante que su fundamento purista.

En 1798, Napoleón Bonaparte tenía la idea de que la antigua cultura de Egipto necesitaba de la ciencia y cultura europea, para la cual invitó a un grupo de científicos que llamó “Legión de la cultura”, cuyos integrantes se encargaron de implementar escuelas y hasta un Politécnico en el Cairo; entre estos científicos se encontraba Joseph Fourier. Sin embargo esta idea no prosperó y tuvieron que regresar a Francia.

Joseph Fourier regresó en 1802; por los servicios prestados a la nación fue nombrado prefecto en Grenoble, realizando una notable labor política de pacificación. Se le reconoce por extirpar el paludismo y realizar obras de infraestructura vial para la ciudad.

En 1812, durante sus años como servidor público, Joseph Fourier escribió la obra cumbre de su carrera científica, la Teoría Analítica del Calor, por la que ganó un premio de la Academia de Ciencias de París. Sin embargo, la obra fue duramente criticada por Laplace, Lagrange y Legendre, por su falta de rigor matemático. Incluso Lord Kelvin lo calificó como un gran poema matemático. Uno de los problemas era que el concepto de función matemática no estaba bien esclarecido.

En su obra Teoría Analítica del Calor, Joseph Fourier definía el concepto de función como una sucesión de valores dados subordinados o no a una ley general y correspondientemente a todos los valores de x, denotado por fx. Con esta concepción de función pretendía determinar la temperatura T, en un cuerpo homogéneo e isotrópico como una función de x,y,z,t. Demostró sobre la base de principios físicos que T satisface la ecuación  donde k2 constante que depende del material. La solución que dio Joseph Fourier fue en términos de una afirmación poco fundamentada, apoyada en evidencia estrictamente geométrica, dice en su obra: “Nada nos ha parecido a nosotros más conveniente que las construcciones geométricas para mostrar la verdad de los nuevos resultados y para proporcionar las formas que el análisis emplea para sus expresiones”. Y afirma que toda función puede ser representada como una serie trigonométrica  que la posteridad ha llamado Serie de Fourier, muy estudiada en los cursos universitarios para ingeniería.

Esta afirmación es errónea; en 1876, Du Bois-Reymond construyó una función continua cuya serie de Fourier diverge en algunos puntos. Esta dificultad técnica impulsó al joven George Cantor a abordar en su tesis doctoral aquellos puntos en donde esta serie diverge, concibiendo lo que hoy llamamos puntos de adherencia, puntos de acumulación, conjunto cerrado, conjunto abierto etc., iniciando una poderosa herramienta matemática llamada Topología Conjuntista.

En sus últimos años, Joseph Fourier se dedicó a la vida académica y murió de una enfermedad al corazón a los 63 años.