概述
約西亞·威拉德·吉布斯 美國物理化學(xué)家、數(shù)學(xué)物理學(xué)家。他奠定了化學(xué)熱力學(xué)的基礎(chǔ),提出了吉布斯自由能與吉布斯相律。他創(chuàng)立了向量分析并將其引入數(shù)學(xué)物理之中。
早年
吉布斯家族1658年從英格蘭移民到北美大陸,吉布斯是這個(gè)家族的第七代,他生于康涅狄格州的紐黑文,父親是耶魯大學(xué)神學(xué)院的教授,吉布斯少時(shí)入霍普金斯學(xué)校學(xué)習(xí),被描述為靦腆而孤獨(dú)。1854年入耶魯學(xué)院學(xué)習(xí)。并于1858年以很優(yōu)秀的成績畢業(yè),并在數(shù)學(xué)和拉丁文方面獲獎(jiǎng)。1863年吉布斯以使用幾何方法進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)的論文在耶魯學(xué)院獲得工程學(xué)博士學(xué)位,這也使他成為美國的第一個(gè)工程學(xué)博士。隨后留校任拉丁文助教兩年,自然哲學(xué)助教一年。1866年吉布斯前往歐洲留學(xué),分別在巴黎、柏林、海德堡各學(xué)習(xí)一年,卡爾·魏爾施特拉斯、基爾霍夫、克勞修斯和亥姆霍茲等大師開設(shè)的課程讓他受益匪淺。1869年留學(xué)三年的吉布斯回到美國繼續(xù)任助教,這三年也是他一生中惟一離開紐黑文的三年。
熱力學(xué)研究
1871年吉布斯成為耶魯學(xué)院數(shù)學(xué)物理學(xué)教授,也是全美第一個(gè)這一學(xué)科的教授。由于吉布斯并沒有發(fā)表過文章,所以在他擔(dān)任這一教職的最初幾年并沒有薪水。吉布斯擔(dān)任這一教職一直到去世,他終身未婚,始終和妹妹與妹夫住在離耶魯不遠(yuǎn)的一間小屋子里,過著平靜的生活。在他的堅(jiān)持下,美國的工程師教育開始注入了理論的因素。1873年34歲的吉布斯才發(fā)表他的第一篇重要論文,采用圖解法來研究流體的熱力學(xué),并在其后的論文中提出了三維相圖。麥克斯韋對吉布斯三維圖的思想贊賞不已,親手作了一個(gè)石膏模型寄給吉布斯。1876年吉布斯在康涅狄格科學(xué)院學(xué)報(bào)上發(fā)表了奠定化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)的經(jīng)典之作《論非均相物體的平衡》的第一部分。1878年他完成了第二部分。這一長達(dá)三百余頁的論文被認(rèn)為是化學(xué)史上最重要的論文之一,其中提出了吉布斯自由能,化學(xué)勢等概念,闡明了化學(xué)平衡、相平衡、表面吸附等現(xiàn)象的本質(zhì)。但由于吉布斯本人的純數(shù)學(xué)推導(dǎo)式的寫作風(fēng)格和刊物發(fā)行量太小,美國對于純理論研究的輕視等原因,這篇文章在美國大陸沒有引起回應(yīng)。隨著時(shí)間的推移,這篇論文開始受到歐洲大陸同行的重視。1892年由奧斯特瓦爾德譯成德文,1899年由勒·沙特列翻譯為法語。
晚年
1880年,約翰·霍普金斯大學(xué)在馬里蘭州的巴爾的摩建立,以3000美元的薪水邀請吉布斯。作為回應(yīng),耶魯大學(xué)將他的薪水提高到2000美元,但吉布斯仍留在耶魯執(zhí)教。1880-1884年吉布斯將哈密爾頓的四元數(shù)思想與格拉斯曼的外代數(shù)理論結(jié)合,創(chuàng)立了向量分析,用來解決遇到了彗星軌道的求解問題,通過使用這一方法,吉布斯得到了斯威夫特彗星的軌道,所需計(jì)算量遠(yuǎn)小于高斯的方法。 1882-1889年吉布斯很聰明了避開對光的本質(zhì)的討論,應(yīng)用向量分析建立了一套新的光的電磁理論。1889年之后吉布斯撰寫了一部關(guān)于統(tǒng)計(jì)力學(xué)的經(jīng)典教科書《統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基本原理》,他使用劉維爾的成果,對玻爾茲曼提出的系綜這一概念進(jìn)行擴(kuò)展,從而將熱力學(xué)建立在了統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基礎(chǔ)之上。1901年吉布斯獲得當(dāng)時(shí)的科學(xué)界最高獎(jiǎng)賞柯普利獎(jiǎng)?wù)隆?
評價(jià)
由于當(dāng)時(shí)的美國教育對實(shí)踐知識的看重,吉布斯沒有受到應(yīng)有的重視。直到1950年才進(jìn)入紐約大學(xué)的名人館,并立半身像紀(jì)念。
奧斯特瓦爾德認(rèn)為“無論從形式還是內(nèi)容上,他賦予了物理化學(xué)整整一百年!
朗道認(rèn)為吉布斯“對統(tǒng)計(jì)力學(xué)給出了適用于任何宏觀物體的最徹底、最完整的形式”。
2005年5月4日美國發(fā)行“美國科學(xué)家”系列紀(jì)念郵票,包括吉布斯、馮·諾伊曼、巴巴拉·麥克林托克和理查德·費(fèi)曼。
錯(cuò)失早期諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
不論是吉布斯還是門捷列夫,都對現(xiàn)代化學(xué)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。19紀(jì)70年代,吉布斯在熱力學(xué)方面的研究就已經(jīng)讓他聲名顯赫,但在1901年,第一屆諾貝爾獎(jiǎng)卻頒發(fā)給了荷蘭科學(xué)家范特·霍夫――他的研究是建立在吉布斯的基礎(chǔ)上。1903年,吉布斯去世,從此再也沒有機(jī)會(huì)進(jìn)入讓世人敬仰的諾貝爾獎(jiǎng)得主名單。
門捷列夫因發(fā)現(xiàn)元素周期表,曾很接近諾貝爾獎(jiǎng)。1905年和1906年,他都獲得了諾貝爾獎(jiǎng)提名,但最終都未獲獎(jiǎng),原因是評審委員會(huì)中的一名委員認(rèn)為,門捷列夫的貢獻(xiàn)太過陳舊,而且已經(jīng)眾所周知,所以不應(yīng)給門捷列夫頒獎(jiǎng)。1906年的化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了亨利·莫桑(Henri Moissan),獲獎(jiǎng)理由是他發(fā)現(xiàn)了一些新的元素,但在此之前,門捷列夫就預(yù)言了這些元素將被發(fā)現(xiàn)。與吉布斯一樣,門捷列夫于1907年去世,徹底與諾貝爾獎(jiǎng)無緣。