Dark
Light

Joseph Fourier – Mathematicus, fysicus, egyptoloog, revolutionair en prefect van Napoleon

18 minuten leestijd
Jean Baptiste Joseph Fourier
Portret van Jean Baptiste Joseph Fourier, vervaardigd door Julien-Léopold Boilly

Op 7 december 2023 vindt op de beroemde begraafplaats Père-Lachaise in Parijs een merkwaardige plechtigheid plaats. Het gerestaureerde grafmonument van de geniale geleerde Joseph Fourier – in Egyptische stijl – wordt er onthuld, met een kopie van het oorspronkelijke borstbeeld. Dat oorspronkelijke beeld was allang aan diggelen gevallen en – bij vergissing – vervangen door het borstbeeld dat op het naburige graf stond, dat van Fouriers tijdgenoot François Chaussier, ooit een bekend arts. Nauwelijks enkele meters verder bevindt zich een ander grafmonument in Egyptische stijl, dat van Jean-François Champollion, de man die de hiërogliefen ontcijferde. Dat beide genieën zo dicht bij elkaar begraven liggen is geen toeval.

De grafmonumenten van Joseph Fourier en, Jean-François Champollion op de Parijse begraafplaats Père-Lachaise
De grafmonumenten van Joseph Fourier en, Jean-François Champollion op de Parijse begraafplaats Père-Lachaise (foto Mathouriste)
Fourier heeft wat zijn nagedachtenis betreft wat pech gehad. Niet alleen verdween het originele borstbeeld op zijn graf, een standbeeld van hem in zijn geboortestad Auxerre werd tijdens de Tweede Wereldoorlog gesmolten vanwege het toen kostbare brons. Dit ondanks de grote bijdrage van Joseph Fourier aan de wetenschap, een bijdrage die voor leken in de wiskunde niet zo eenvoudig te begrijpen is.

De naam Fourier is inderdaad in veel takken van wetenschap en techniek bekend. Hij is onsterfelijk door de Fourieranalyse, een wiskundige methode die het mogelijk maakt om trillingen, golven en andere periodieke verschijnselen te beschrijven als een combinatie of optelling van eenvoudige golfbewegingen (de Fourierreeks). Zo kan de toonkleur van een muziekinstrument worden voorgesteld als een som van eenvoudige grond- en boventonen. Fourieranalyse wordt dan ook gebruikt in de akoestiek, maar evengoed voor spraakherkenning. Andere toepassingen zijn er voor het bepalen van de stabiliteit van gebouwen of de studie van aardbevingen en zelfs van hartritmes. Nog meer Fourieranalyse vindt men in de optica, de elektronica en de telecommunicatie, maar ook in hologrammen, compressie van beeld- en geluidsdata zoals bij JPEG en mp3, of het maken van elektromagnetische scans in de geneeskunde.

Dit zijn alle toepassingen van een “wiskundig werktuig”, bedacht in de begin negentiende eeuw door een man die geen besef kon hebben van die toepassingen. Hij gebruikte zijn analyse alleen om beter begrip te krijgen van warmte. Een overigens sympathiek man die een uitzonderlijk leven leidde

Arm en begaafd

Jean-Baptiste-Joseph Fourier werd op 21 maart 1768 geboren in een arm en kroostrijk gezin in de Bourgondische stad Auxerre. Op zijn tiende waren zijn beide ouders overleden en hij bracht als kind een tijd in een weeshuis door. Het waren plaatselijke geestelijken die ervoor zorgden dat de jongen naar school kon gaan, blijkbaar omdat hij een (verre) verwant was van een zaligverklaarde priester, maar wellicht ook omwille van zijn begaafdheid.

Geboortehuis van Fourier in Auxerre. Onderaan links staat een gedenkplaat.
Geboortehuis van Fourier in Auxerre. Onderaan links staat een gedenkplaat. – Foto: Tim Trachet
De benedictijnen runden in Auxerre een college dat uitstekend onderwijs verzorgde voor een elite en ze gaven de jongen de kans daar te studeren. Zijn studies waren briljant. Volgens een anekdote die na Fouriers dood bekend raakte, schreef hij op zijn twaalfde preken die gebruikt werden door hoge geestelijken. Bovenal bleek een grote aanleg voor wiskunde. Een andere anekdote vertelt dat hij ‘s nachts de slaapzaal van het college uitsloop om in de bibliotheek boeken over algebra te lezen. Toen hij op zijn zestiende zijn diploma behaalde, mocht hij meteen zelf les aan het college geven. Intussen interesseerde hij zich al voor belangrijke wiskundige problemen.

Het college in Auxerre was erkend als “militaire school”, een voorbereiding voor een officierenopleiding. Wie goed was in wiskunde kwam in aanmerking om artillerie-officier te worden. Fourier diende een verzoek daartoe in maar dat werd niet aanvaard vanwege zijn te nederige afkomst. Een officier moest in het toenmalige Frankrijk van adel zijn of tenminste daarmee gelijkgesteld (dat gold bijvoorbeeld wel voor Fouriers bijna-leeftijdsgenoot Napoleon Bonaparte, zoon van een Corsicaanse patriciër, die een soortgelijke school niet zo ver daarvandaan in Brienne-le-Château bezocht en eveneens uitstekend was in wiskunde).

Het nu verdwenen standbeeld van Joseph Fourier in Auxerre
Het nu verdwenen standbeeld van Joseph Fourier in Auxerre
Bij gebrek aan een ander perspectief besloot Fourier om ook benedictijn worden. Dat kon leiden tot een rustig leven van studie en onderwijs in een van de rijke abdijen van de orde, in een tijd dat de kloosterregels zeer verslapt waren. Fourier begon dan ook als novice in de abdij van Saint-Benoît-sur-Loire. Zijn noviciaat – de voorbereiding op de religieuze status van monnik – verliep zonder problemen.

Van novice tot revolutionair

Intussen was echter de Franse Revolutie uitgebroken. Op 2 november 1789 nationaliseerde de Franse Nationale Vergadering alle kerkelijke goederen. De kloosterlingen werden ontslagen van hun geloften en moesten de kloosters verlaten. Die maatregel trad een paar dagen in voor het moment waarop Fourier zijn religieuze geloften had moeten afleggen. Men stelde hem nog voor die geloften te vervroegen, zodat ook hij kon genieten van de vergoeding die de afgedankte religieuzen kregen, maar dat deed hij niet. Het zegt iets over zijn oprechtheid. Hoe dan ook lijkt hij geen spijt te hebben gehad dat hij geen monnik is geworden.

De maand daarop mocht hij in Parijs een verhandeling over algebra voorlezen aan de Academie van Wetenschappen, zijn eerste wetenschappelijk werk. Daarop keerde hij naar Auxerre terug waar hij weer aan de slag kon aan het college. Een deel van de ex-benedictijnen was daar blijven les geven. Er was een groot tekort aan leerkrachten en in de vier volgende jaren doceerde Fourier behalve wiskunde ook andere vakken, zoals geschiedenis en welsprekendheid.

De voormalige novice werd intussen een enthousiast aanhanger van de revolutie. Hij was actief in een revolutionaire club, de Société populaire d’Auxerre. Bij het begin de Terreur werd hij lid van het plaatselijke waakzaamheidscomité, dat vijanden van de revolutie moest opsporen. Hoewel hij zich met overtuiging van zijn taak kweet, was hij behoedzaam voor excessen. Toen het comité opdracht kreeg in Auxerre lijsten van verdachten op te stellen om ze meteen te laten arresteren, diende hij zijn ontslag in – dat overigens geweigerd werd. In een tijd dat de guillotine onschuldige slachtoffers maakte, bleef hij humaan en redelijk. Veel later zou hij ooit vertellen hoe hij erin slaagde een verdachte te laten ontkomen door de man die hem moest arresteren te misleiden.

Buste van Joseph Fourier
Buste van Joseph Fourier – Vervaardigd door Pierre-Alphonse Fessard, 1839

Fouriers integriteit bezorgde hem gezag en sympathie in Auxerre, maar bracht hem uiteindelijk in moeilijkheden. Toen hij in het najaar van 1793 kritiek leverde op het optreden van een vertegenwoordiger van de regering, zorgde deze ervoor dat hij uit al zijn functies werd ontheven. Eind juni 1794 – de Terreur was toen op zijn hoogtepunt – kwam er een arrestatiebevel tegen hem. De autoriteiten van Auxerre weigerden dit uit te voeren en enkelen gingen voor hem in Parijs pleiten bij het Comité de Salut public, het machtigste orgaan van de revolutie. Desondanks eiste het Comité, onder feitelijke leiding van Robespierre, zijn onmiddellijke arrestatie. Op 15 juli werd hij opgesloten en hij leek een vogel voor de kat. Maar amper twaalf dagen later kwam de val van Robespierre, wat het einde van de Terreur betekende. Nog eens twee weken later was hij een van de honderden “verdachten” die in vrijheid werden gesteld.

Fourier kreeg eerherstel en werd zelfs opnieuw lid van een revolutionair comité, maar na enkele maanden besloot hij zich volledig op zijn onderwijstaken te concentreren.

Monge en de École polytechnique

Begin 1795 mocht hij deelnemen aan een van de merkwaardigste experimenten van de Franse Revolutie. Zo’n 1500 jonge leerkrachten werden naar Parijs geroepen om daar gedurende vier maanden onderricht te krijgen van de knapste geleerden van Frankrijk. Bedoeling was dat deze vorming hen in staat stelde snel zelf leraren op te leiden. Deze eerste École normale zou niet lang bestaan, maar voor Fourier was het een unieke kans. Hij kreeg lessen van enkele van de grootste wiskundigen van zijn tijd, zo niet van alle tijden: Joseph-Louis Lagrange, Pierre-Simon Laplace en Gaspard Monge. Vooral de laatste raakte onder de indruk van Fouriers talent.

De Franse wiskundige Gaspard Monge
De Franse wiskundige Gaspard Monge
Monge had tijdens de revolutie veel invloed. Hij was zelfs een tijd minister geweest. Sinds kort stond hij aan het hoofd van een nieuwe school die ingenieurs zou opleiden en iets later de naam École polytechnique zou krijgen. Monge wilde die opleiding een encyclopedisch karakter geven, met nadruk op wiskunde. Iemand als Fourier kon hij daarbij zeker gebruiken.

Op zijn zesentwintigste kreeg Fourier een baan aan wat een van de meest gereputeerde onderwijsinstellingen van Frankrijk zou worden. Na enige ondergeschikte taken te hebben uitgeoefend, mocht hij een college van de grote Lagrange overnemen. Toch stond hem geen rustige academische carrière te wachten.

Naar Egypte

In maart 1798 nodigde Monge zijn medewerkers van de Polytechnique uit om deel te nemen aan een geheime opdracht waarover hij niets op voorhand kon vertellen. De meesten, ook Fourier, gingen op de uitnodigingen in. Zelfs enkele van zijn studenten gingen mee (ze zouden hun examens onderweg afleggen). Samen met andere geleerden werden ze naar de zuidelijke havenstad Toulon gevoerd waar ze inscheepten op oorlogsschepen. Pas op volle zee vernamen ze dat ze deel uitmaakten van de Franse militaire expeditie onder leiding van generaal Napoleon Bonaparte naar Egypte. De Franse geleerden hadden de taak dit fascinerende land met zijn oude beschaving te bestuderen. Bovendien moesten ze optreden als een soort missionarissen van de Verlichting: Egypte moest onder Frans revolutionair bewind opnieuw een welvarend en beschaafd land worden.

Tekening van Fourier toen hij in Egypte was
Tekening van Fourier toen hij in Egypte was (André Dutertre, 1798)
Fourier speelde hierin van meet af aan een vooraanstaande rol. In opdracht van Bonaparte begon hij al kort na de Franse landing (1 juli 1798) in de havenstad Rosetta met de uitgave van Le courrier de l’Égypte, de eerste krant die ooit in Egypte werd gedrukt. In augustus 1798 werd in Caïro het Institut d’Égypte opgericht “voor de vooruitgang en de verspreiding van de Verlichting”. Naar het voorbeeld van het tijdens de revolutie ontstane Institut de France (het Nationaal Instituut van Wetenschappen en Kunsten), dat de oude academies had vervangen, moest deze instelling het werk van de geleerden coördineren. Voorzitter werd Monge, ondervoorzitter Bonaparte (!) en secretaris Fourier. Voor Fourier een drukke en belangrijke taak. Hij coördineerde de vergaderingen en publiceerde de resultaten van het onderzoek.

Terwijl hij in de marge nog tijd vond voor zuivere wiskunde – hij hield voor het Instituut zelfs een lezing over algebra – werkte hij mee aan allerlei praktische projecten, zoals de bouw van efficiënte windmolens of de aanleg van een aquaduct naar Caïro. Tussendoor nam hij deel aan verkenningstochten naar het Egyptische binnenland en maakte beschrijvingen van oude monumenten.

Vanwege een blokkade door de Britse vloot kon het Franse leger Egypte niet verlaten. In augustus 1799 slaagde Bonaparte er toch in naar Frankrijk terug te keren, waar hij kort daarop de macht zou grijpen. Omdat Monge de generaal vergezelde, werd Fourier nu de belangrijkste onder de geleerden die bij de troepen in Egypte bleven. Naast zijn wetenschappelijk werk kreeg hij ook meer en meer bestuurstaken toegewezen. Zo werd hij – hoewel een burger – de vertegenwoordiger van de legerleiding bij de Diwan in Cairo, een vergadering van hoge Egyptische notabelen. Tegelijk trad hij op als woordvoerder van de geleerden bij de bevelhebber. Hij drong erop aan dat ze een vrije aftocht naar Frankrijk zouden krijgen. Daarvoor werden onderhandelingen gevoerd met de Britten, die echter mislukten. Pas toen het Franse leger in Egypte capituleerde, drie jaar na zijn aankomst, konden Fourier en zijn collega’s terugkeren.

Description de l’Égypte
Description de l’Égypte – Eerste uitgave
Intussen hadden de geleerden afgesproken de wetenschappelijke resultaten van de expeditie te publiceren in één groot boekwerk. Dat zou de indrukwekkende Description de l’Égypte worden, waarvan de meer dan twintig delen pas tussen 1810 en 1821 zouden verschijnen. Fourier kreeg bijna vanzelfsprekend de leiding over dit enorme project.

Grenoble

Begin 1802 was Fourier terug in Parijs en kon hij zijn werk aan de École polytechnique hervatten. Maar amper een maand later kwam er een nieuwe wending in zijn leven. Bonaparte, die nu als eerste consul de macht in Frankrijk had, had een sterk gecentraliseerd bestuursapparaat ingevoerd. Hij beroofde de tijdens de revolutie opgerichte Franse departementen van elke autonomie en liet ze besturen door prefecten, machtige ambtenaren die door de regering werden benoemd en er volledig afhankelijk van waren. De eerste consul koos voor deze belangrijke functie vooral mensen uit die tijdens de Revolutie hun bekwaamheid en toewijding hadden getoond Daaronder ook Fourier, wiens capaciteiten hij in Egypte had leren kennen. De tweeëndertigjarige mathematicus werd prefect van het departement Isère, met als hoofdplaats Grenoble. Of Fourier daar zo gelukkig mee was, is maar de vraag. Hij moest zijn baan aan de intussen wereldvermaarde Polytechnique nu definitief opgeven en Parijs ruilen voor een verre provinciestad in de Alpen. Maar het was een benoeming die men niet kon weigeren.

Fourier zou dertien jaar prefect zijn en daarbij veel blijk van bekwaamheid en plichtsbewustheid geven. Hij moest zich buigen over de meest diverse administratieve kwesties in zijn departement, tot het sluitingsuur van drankgelegenheden toe. Maar hij werkte ook aan grotere projecten, zoals de aanleg van wegen en de drooglegging van moerassen. Zo is de weg Grenoble-Briançon langs de Col du Lautaret, die nu door ontelbaar veel toeristen, wielerfanaten en skiliefhebbers wordt gebruikt, er door de inzet van Fourier gekomen. Ook bevorderde hij het onderwijs en richtte een geleerd genootschap in Grenoble op die de verdwenen Académie delphinale moest vervangen.

Daarnaast had hij nog een bijzondere opdracht. Door zijn vertrek naar Grenoble had hij ook de redactie van de Description de l’Égypte moeten opgeven. Maar Bonaparte, die van deze publicatie een staatszaak had gemaakt, drong erop aan dat Fourier zelf het werk zou voorzien van een lange historische inleiding. De eerste consul stelde de prefect zelfs uitdrukkelijk vrij van sommige taken om hieraan de nodige tijd te kunnen besteden.

Fourier als prefect
Fourier als prefect – Schilderij van Claude Gautherot
Bonaparte had goede redenen om juist Fourier hiermee te belasten. Onder de geleerden in Egypte was er discussie over de ouderdom van de Egyptische beschaving. Uit de astronomische interpretatie van sommige afbeeldingen in tempels leidden sommigen af dat die veel ouder was dan algemeen was aangenomen, misschien wel tienduizend jaar, dus ouder dan de schepping volgens de Bijbelse chronologie. Dat was koren op de molen voor de antireligieuze overtuiging van nogal wat Franse geleerden. Maar de eerste consul wilde geen ruzie met de katholieke kerk, met wie hij net een concordaat had gesloten. Sinds hij het klooster had verlaten had Fourier niet de minste belangstelling voor religie getoond (als prefect regelde hij de herinvoering van de katholieke eredienst in Grenoble, zonder er zichzelf betrokken bij te voelen) maar als ernstig wetenschapper stond hij kritisch tegenover zulke fantastische theorieën. Bonaparte rekende er dan ook op dat de inleiding niets zou bevatten dat de religieuze gevoelens zou kwetsen. Fourier zou zelfs meermalen naar Parijs komen om met de eerste consul – sinds 1804 keizer Napoleon – over zijn tekst te praten.

Voor het maken van deze historische inleiding wilde Fourier nog meer documentatie over Egypte verzamelen. Om hem bij te staan deed Fourier beroep op een jongeman die hij in het geleerd genootschap van Grenoble had leren kennen en die in zijn vrije tijd aan archeologie deed. Die heette Jacques-Joseph Champollion en noemde zich “Champollion-Figeac”, omdat hij geboren was in Figeac (Zuidwest-Frankrijk), in tegenstelling tot zijn familie in de streek van Grenoble, bij wie hij was komen wonen.

Champollion-Figeac
Champollion-Figeac
Champollion-Figeac had eerder bijna deel uitgemaakt van de expeditie naar Egypte, maar had helaas de boot gemist! In Grenoble werd hij een trouwe medewerker en zelfs een vriend van Fourier. Maar er was meer. Hij had een veel jongere broer, Jean-François Champollion, die naar het lyceum van Grenoble ging en bijzonder begaafd was in oude talen. Zo hield hij in het lyceum een voordracht over het Hebreeuws, in aanwezigheid van de prefect. Deze tiener zou later beroemd worden als degene die de hiërogliefen ontcijferde, en de samenwerking tussen zijn oudere broer en Fourier heeft hem daartoe aangezet. Binnen de familie Champollion bestond de anekdote dat de jongen voor het eerst hiërogliefen zou hebben gezien in de werkkamer van Fourier. Dat is wellicht onjuist, want de gebroeders Champollion hadden al eerder Egyptische antiquiteiten aanschouwd. Veel belangrijker was dat de jonge Champollion via Fourier kennismaakte met de Egyptische christelijke monnik Raphaël de Monarchis, die in Caïro nog voor het Institut d’Égypte had gewerkt. Deze was naar Frankrijk gekomen om te doceren aan de École des langues orientales in Parijs. Met de steun van Fourier zou Jean-François daarop zelf aan die gespecialiseerde school gaan studeren. Van deze Dom Raphaël leerde het jonge talengenie Koptisch, de (uitgestorven) liturgische taal van de Egyptische christenen, die de voortzetting is van de oude Egyptische taal. Dat zou voor hem van onschatbare waarde zijn om de hiërogliefen te begrijpen.

Fourier zou de gebroeders Champollion ook later steunen. Toen er door zijn inspanningen in 1809 een faculteit letteren in Grenoble werd opgericht, mochten beide broers er doceren. Champollion-Figeac werd zelfs tot decaan benoemd.

Het principe van de Fourieranalyse. Elke trilling kan worden voorgesteld als een combinatie van eenvoudige golfbewegingen.
Het principe van de Fourieranalyse. Elke trilling kan worden voorgesteld als een combinatie van eenvoudige golfbewegingen.
Naast zijn vele werk – de historische inleiding van de Description de l’Égypte zou pas in 1809 voltooid zijn – wist Fourier nog tijd te vinden voor eigen wetenschappelijk onderzoek, vooral naar de voortplanting van de warmte. In een schuur naast zijn ambtswoning verrichtte hij in zijn vrije tijd daarover experimenten. Hij verwarmde het uiteinde van metalen staven en mat vervolgens de stijging van de temperatuur in die staven. Die proeven waren vrij eenvoudig. Waar het op aankwam was een wiskundige formule te vinden die de warmtevoortplanting beschreef. Fourier vond die in de vorm van een vrij ongewone differentiaalvergelijking. Om er oplossingen voor te vinden, bedacht hij wat later bekend zou staan als de Fourieranalyse.

Fourier stuurde in 1807 zijn resultaten naar het Institut de France in Parijs. Hij kreeg er onverwacht veel tegenstand van twee jongere briljante geleerden: Jean-Baptiste Biot, die zelf onderzoek naar dat onderwerp had gedaan en tot andere resultaten was gekomen, en Siméon-Denis Poisson, nota bene Fouriers opvolger aan de École polytechnique. Zelfs toen Fourier bij Monge, Laplace en Lagrange ging aandringen om het verzet van Biot en Poisson te counteren, kreeg hij weinig steun. Na veel getouwtrek loste het Instituut in 1811 de ruzie op door een prijsvraag in te stellen over… een mathematische theorie van de voortplanting van de warmte. Een enigszins vernederde Fourier diende zoals vereist een anonieme verhandeling daarover in. Hij won de prijs zonder betwisting, maar vreemd genoeg publiceerde het Instituut de bekroonde verhandeling niet.

De tegenstand die hij ondervond toonde hoe geïsoleerd hij stond. Als prefect was hij een machtig en met eerbewijzen overladen man – Napoleon verhief hem tot baron – maar hij was in tegenstelling tot Biot en Poisson geen lid van het Instituut. Zolang hij in Grenoble bleef kon hij dat ook niet worden. Tevergeefs drongen zijn medestanders, vooral Monge, er bij de keizer aan om hem een functie in Parijs te geven. Het mocht niet baten.

Tussen wal en schip

Fourier bleef plichtsgetrouw prefect van de Isère. Ook toen Napoleon in 1814 troonsafstand moest doen en het koningschap van de Bourbons werd hersteld, bleef hij aan, zoals de grote meerderheid van de ambtenaren van het Keizerrijk. Maar nog geen jaar later, in maart 1815, vernam de prefect dat Napoleon uit zijn ballingsoord Elba was vertrokken en geland was op de Zuid-Franse kust. Sterker, hij rukte met een kleine troepenmacht door de Alpen richting Grenoble (geen toeval, want de stad had een linkse reputatie en Napoleon wilde met steun van het progressieve deel van de bevolking de reactionaire Bourbons verdrijven en een “liberaal” keizerrijk oprichten). De troepen die Napoleon moesten arresteren, liepen naar hem over en toen hij Grenoble betrad, werd hij enthousiast verwelkomd en toegejuicht. Maar de prefect wilde er niets mee te maken hebben en was gevlucht.

“De auteur van een theorie over warmte verkeerde bij voorkeur in een oververwarmde ruimte en duffelde zich zelfs ‘s zomers warm in.”

Champollion-Figeac, die als decaan tot de notabelen behoorde die Napoleon verwelkomden, haalde Fourier echter terug, waarop Napoleon hem overtuigde zijn kant te kiezen. De keizer – in Grenoble vaardigde hij opnieuw keizerlijke decreten uit – had hem als prefect van de Isère al vervangen, maar benoemde hem meteen tot prefect van de Rhône, wat als een bevordering kon worden beschouwd, want hij resideerde nu in de grote stad Lyon. Maar niet voor lang. Nog geen twee maanden later werd hij afgezet, omdat hij geweigerd had de ambtenaren te ontslaan die de keizer niet gunstig gezind waren.

Fourier viel nu tussen wal en schip. Toen Napoleon al in juni 1815 opnieuw moest aftreden – ditmaal voorgoed – en de Bourbonkoning Lodewijk XVIII terugkeerde, begon een zuivering tegen iedereen die de verkeerde kant had gekozen. Zo verloren de gebroeders Champollion hun baan aan de universiteit. Fourier, die sinds zijn ontslag in Lyon geen betrekking meer had, werd volkomen genegeerd. Hij dacht er even aan om naar Engeland uit te wijken, maar vestigde zich uiteindelijk in Parijs. De prefect aldaar was een van zijn oud-studenten van de École polytechnique en had hem naar Egypte vergezeld. Hij bezorgde zijn vroegere professor een baan aan het Parijse bureau voor de statistiek. Fourier verdiepte zich een tijd in de wiskundige grondslagen van de statistiek, maar stelde zich intussen kandidaat voor de Academie van Wetenschappen (zoals de “eerste klasse” van het Institut de France nu opnieuw heette). In april 1816 koos de Academie hem tot lid. De koning weigerde echter de verkiezing goed te keuren van deze oud-aanhanger van Napoleon. Voor veel academieleden was dit een schande (eerder ware, Monge en ook Napoleon zelf uit de Academie gezet). Fouriers wetenschappelijke faam was zo groot dat ze erop aandrongen dat hij opnieuw kandidaat zou zijn. In mei 1817 werd hij nogmaals verkozen en ditmaal waagde Lodewijk XVIII het niet meer om zijn veto te gebruiken.

Erkenning

Op zijn negenenveertigste kreeg Joseph Fourier dan toch de erkenning waar hij al lang aanspraak op had kunnen maken. Vijf jaar na zijn toetreding werd hij gekozen tot vast secretaris van de Academie van Wetenschappen. Dat was zowat de hoogste functie binnen de Franse wetenschap. Intussen kreeg hij ook het lidmaatschap aangeboden van de Londense Royal Society en later werd hij erelid van de Academie van Sint-Petersburg. Bovendien trad hij in 1826 toe tot de befaamde Académie française. Deze instelling voor de Franse taal neemt regelmatig ook grote figuren uit de wetenschap op. Zijn inleiding van de Description de l’Égypte had hem als auteur bekend gemaakt buiten zijn vakgebied. Met egyptologie hield hij zich toen overigens niet meer bezig. Door het werk van onder meer Champollion waren de speculaties over een superoude Egyptische beschaving intussen naar de prullenmand verwezen.

Théorie analytique de la chaleur
Théorie analytique de la chaleur (foto Mathouriste)
Fourier bleef niet op zijn lauweren rusten. In 1822 publiceerde hij zijn magnum opus over de warmtetheorie: Théorie analytique de la chaleur. Het jaar daarop nodigde hij de Deense natuurkundige Hans Christian Ørsted naar Parijs uit, waar ze samen proeven deden rond het elektromagnetisme, een verschijnsel dat Ørsted net had ontdekt.

Over Fouriers privé-leven valt niet veel te vertellen. Het is bekend dat hij vrijwel alle beschikbare tijd aan zijn werk besteedde. Thuis leefde de oud-novice vrijwel als een monnik. De man die net geen kuisheidsgelofte had afgelegd, bleef zijn hele leven vrijgezel en lijkt geen belangstelling voor vrouwen te hebben gehad. De enige vrouw die met wie hij – op latere leeftijd – persoonlijke contacten had was Sophie Germain. Ook zij was een briljant Frans wiskundige, wellicht zelfs de belangrijkste vrouwelijke wiskundige die tot dan toe geleefd had. Fourier steunde enthousiast haar werk. Hij drong erop aan dat de Academie haar een prijs toekende voor een verhandeling, ondanks de bezwaren van – alweer – Poisson. Als vast secretaris zorgde hij ervoor dat Sophie Germain voor publieke vergaderingen van de Academie (waar ze als vrouw in die tijd geen lid van kon worden!) een voorbehouden ereplaats kreeg.

Graf van Sophie Germain op Père-Lachaise
Graf van Sophie Germain op Père-Lachaise (CC BY-SA 4.0 – Pierre-Yves Beaudouin – wiki)
Bekend is ook dat Fourier last had van een vervelende ziekte, mogelijk in Egypte opgelopen, waardoor hij het voortdurend koud had. De auteur van een theorie over warmte verkeerde bij voorkeur in een oververwarmde ruimte en duffelde zich zelfs ‘s zomers warm in. Hij bleef actief tot hij op 16 mei 1830 onverwacht in zijn woning overleed, 62 jaar oud. Hij werd begraven op Père-Lachaise, niet ver van het mausoleum van zijn vroegere mentor Monge. Toen Jean-François Champollion in 1832 overleed, kreeg hij op zijn verzoek een graf vlakbij dat van Fourier. Ook Sophie Germain, die zwaar getroffen was door Fouriers dood en hem amper een jaar overleefde, ligt in de buurt begraven.

Warmte en temperatuur

Fouriers werk over warmte is om meerdere redenen zeer belangrijk. Zoals vermeld ontwikkelde hij daarbij, als hulpmiddel, wat nu bekendstaat als de Fourieranalyse. Hij gebruikte nieuwe wiskundige methoden om natuurkundige problemen op te lossen, en daarin was hij een pionier. Hoe dan ook stelde hij als eerste een mathematisch geformuleerde theorie over warmte op. Het gaat er dan niet zozeer over wat warmte is – in die tijd zag men warmte nog niet als een vorm van energie – maar wel om een relatie tussen warmte en temperatuur: de formule van Fourier toont aan hoe de verspreiding van warmte een verandering van temperatuur veroorzaakt.

Fouriers grafmonument, met het 'verkeerde' borstbeeld
Fouriers grafmonument, met het ‘verkeerde’ borstbeeld (foto Mathouriste)
Op basis hiervan probeerde hij later meer te weten te komen over de temperatuur van de aarde. Dat was, zoals hij in een artikel over dat onderwerp (1827) schreef, zelfs de voornaamste bedoeling van zijn theorie geweest. Hij toonde aan dat het de zonnestraling is die de temperatuur van het aardoppervlak bepaalt (tot dan werd vaak gedacht dat de inwendige warmte van de aarde daarin een rol speelt), Tegelijk stelde hij vast dat die temperatuur toch een stuk hoger is dan men zou verwachten op basis van de zonnestraling. Hij berekende dat de opgewarmde aarde zelf warmte gaat uitstralen en dat die straling gedeeltelijk door de aardse atmosfeer wordt vastgehouden, waardoor de temperatuur in de atmosfeer stijgt. Daardoor ontdekte hij hetgeen we nu kennen als het broeikaseffect.

Omdat men toen al veronderstelde dat de aarde ontstaan is uit een gloeiende massa die langzaam afgekoeld is, probeerde Fourier hieruit de ouderdom van de aarde af te leiden. Met de kennis van die tijd was dat onmogelijk. Fourier besefte dat er te veel onzekerheden waren om ook maar een vage schatting hiervan te geven, maar hij concludeerde wel dat die ouderdom “meerdere miljoenen eeuwen moet overtreffen”. In elk geval veel meer dan wat de Bijbelse chronologie vertelt.

Bronnen

-Jean Dhombes en Jean-Bernard Robert: Joseph Fourier 1768-1830. Créateur de la physique-mathématique. Parijs, 1998
-Een uitgebreide website over Fourier (in het Frans): www.mathouriste.eu/Fourier/Fourier.html

Tim Trachet is journalist bij de VRT. Hij maakte verscheidene historische documentaires en een kroniek van de Eerste (en deels ook de Tweede) Wereldoorlog op de website VRTNWS. Erevoorzitter van Studiekring voor Kritische Evaluatie van Pseudowetenschap en het Paranormale. (SKEPP). Auteur van Astrologie: zin of onzin? (1995), Het drama van Abbeville (2010), Alles over de monarchie (2011), De Ster van Bethlehem (2016) en Waar is Hitler? (2020).