Джозайя уиллард гиббс - биография. Великие ученые. Джозайя Уиллард Гиббс (Josiah Willard Gibbs) Либби Уиллард Франк

Джозайя Уиллард Гиббс - это известный ученный, который прославился, как создатель векторного анализа, математической теории векторного анализа, статистической физики, математической теории термодинамики и многим другим, что дало сильный толчок в развитии современных наук. Имя Гибса увековечено во многих величинах в химической термодинамике: энергия Гиббса, парадокс Гиббса, треугольник Гиббса-Розебома и др.

В 1901 году Гиббса наградили Медалью Копли лондонского королевского общества, как один из ученых, который сумел проанализировать соотношение химической, электрической и тепловой энергии во втором законе термодинамики.

Биографические сведения.

Гиббс был рожден 11 февраля 1839 года в семье профессора духовной литературы Йельской богословской школы. После окончания Хопкинс-школы Гиббс поступает в Йельский колледж и заканчивает его с отличием. Особые успехи Гиббс проявил в изучении математики и латыни.

В 1863 году Гиббсу присвоено степень доктора философии по техническим наукам. Его диссертация называлась «О форме зубов колес для зубчатых передач». Последние годы жизни Гиббс был преподавателем в Йеле: несколько лет читал для студентов лекции по латыни и еще год преподавал натурфилософию.

С 1866 года Гиббс обучался по одному курсу в Париже, Берлине и Гайдельберге, где ему посчастливилось встретиться с Кирхгоффом и Гельмгольцом. Эти два немецких ученых имели авторитет в научных кругах и проводили исследования в химии, термодинамике и других естественных науках.

В 1871 году после возвращения в Йель Гиббса назначают профессором математической физики. Эту должность он занимал всю оставшуюся жизнь.

В период с 1876 по 1878 гг. Гиббс пишет несколько научных статей про анализ многофазных химических систем методом графики. Все работы Гиббса были собраны в брошюру «О равновесии разнородных веществ», которая является одной из интересных работ ученого. При написании своих статей и проведения опытов Гиббс использовал термодинамику, которая объясняла многие физико-химические процессы. Эти научные статьи Гиббса имели большое влияние в истории развития химической науки.

Благодаря работе Гиббса были написаны научные работы, а именно:
Объяснение концепции химического потенциала и воздействия свободной энергии;
Была создана модель ансамбля Гиббса , которая считается основой статистической механики;
Появилось правило фаз Гиббса ;

Гиббсу удалось опубликовать много статей по термодинамике, а именно о геометрическом понятии термодинамических величин. Максвелл, изучая работы Гиббса, создал пластиковую модель, которая называется термодинамической поверхностью Максвелла. Первая модель Максвелла была отослана Гиббсу и по нынешний час хранится в Йельском университете.

Йельский университет (Yale University), США.

В 1880 году Гиббс объединяет две математические идеи: «кватернион» Гамильтона и «внешнюю алгебру» Грассмана, в векторный анализ. В дальнейшем Гиббс вносит в эту модель новые доработки и пишет работу по оптике, а также развивает электрическую теорию света. Он старается не касаться структурного анализа веществ, так как в те времена происходили изменения в развитии субатомных частиц и квантовой механики. Термодинамическая теория Гиббса считается самой совершенной и универсальной, по сравнению с уже существующими в то время химическими теориями.

В 1889 году Гиббс развивает свою теорию статистической термодинамики , где ему удается оснастить квантовую механику и теорию Максвелла математическим каркасом. Из под пера выходит классические учебные пособия по статистической термодинамике. Гиббс внес неоценимый вклад кристаллографию, а свой векторный метод задействовал в расчётах орбит планет и комет.

Научные достижения Гиббса.

Как известно мир о научной работе Гиббса узнал не сразу, так как он первое время публиковал свои научные работы в мало читаемом в США и Европе журнале (Transactions of the Connecticut Academy of Sciences). В первое время на него обращали внимание не многие ученые химики и физики, но среди тех кто обратил на его внимание, был . Только после перевода статей Гиббса на немецкий и французский языки о нем заговорили в Европе. Гиббсовская теория правила фаз была доказана опытным путем в работах Бахёйса Розебома, который доказал, что её можно применять в различных направлениях.

Не стоит думать, что Гиббс был малоизвестный в свое время. Его достижения в науке вызывали интерес у ученых всего мира. Гиббса уважали и сравнивали со многими великими учеными, а именно с Пуанкаре, Гельбертом, Больцманом и Маха. Особое признание научная работа Гиббса получила только после публикации работы Гильберта Ньютона Льюиса и Мерла Рэнэлла “Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances” (1923 год), которая дала возможность ознакомиться химикам из различных университетов с научными исследованиями Гиббса.

Многие ученые благодаря работам Гиббса, которые привлекли их внимание и вдохновили к научной деятельности, смогли разработать собственные теории и получить за это Нобелевскую премию. Среди них Ян Дидерик Ван-дер-Ваальс, Макс Планк, Уильям Джиок и другие. Работы Гиббса повлияли на формирование взглядов И. Фишера, экономиста, доктора философии в Йеле.

Гиббс был создателем векторного анализа, математической теории векторного анализа, статистической физики, математической теории термодинамики и многим другим, что дало сильный прорыв в развитии современных наук.

Биография

Ранние годы

Гиббс родился 11 февраля 1839 года в городе Нью-Хейвен, штат Коннектикут. Его отец, профессор духовной литературы в Йельской богословской школе (впоследствии вошедшей в состав Йельского университета), был известен в связи с его участием в судебном процессе, называвшемся Amistad . Хотя отца тоже звали Джозайя Уиллард, с именем сына никогда не употребляли «младший»: кроме того, пять других членов семьи носили то же имя. Дед по материнской линии также был выпускником Йельского университета в области литературы. После обучения в Хопкинс-школе, в возрасте 15 лет Гиббс поступил в Йельский колледж. В 1858 г. он окончил колледж в числе лучших в своем классе и был премирован за успехи в математике и латыни.

Годы зрелости

В 1863 г. по решению Шеффильдской научной школы в Йеле Гиббс был удостоен первой в США степени доктора философии (PhD) по техническим наукам за диссертацию «О форме зубцов колёс для зубчатой передачи». Последующие годы он преподавал в Йеле: два года вёл латынь и ещё год - то, что впоследствии было названо натурфилософией и сравнимо с современным понятием «естественные науки». В 1866 г. он уехал в Европу для продолжения учёбы, проводя по одному году в Париже, Берлине и затем - в Гейдельберге, где он встречает Кирхгоффа и Гельмгольца. В то время немецкие учёные были ведущими авторитетами в химии, термодинамике и фундаментальных естественных науках. Эти три года, собственно, и составляют ту часть жизни учёного, которую он провел за пределами Нью-Хейвена.

В 1869 г. он вернулся в Йель, где в 1871 г. был назначен профессором математической физики, - это была первая подобная должность в Соединённых Штатах - и занимал этот пост всю оставшуюся жизнь.

Позиция профессора была поначалу неоплачиваемой, - ситуация, типичная для того времени (особенно для Германии), и Гиббс должен был публиковать свои статьи. В 1876-1878 гг. он пишет ряд статей по анализу многофазных химических систем графическим методом. Позже они были изданы в монографии «О равновесии разнородных веществ » (On the Equilibrium of Heterogeneous Substances), наиболее известной его работе. Этот труд Гиббса рассматривается как одно из величайших научных достижений XIX века и одна из фундаментальных работ по физической химии. В своих статьях Гиббс применил термодинамику для объяснения физико-химических явлений, связав то, что ранее было набором отдельных фактов.

«Общепризнано, что издание этой монографии было событием первостепенной важности в истории химической науки. Тем не менее, потребовалось несколько лет, прежде чем было до конца осознанно её значение; задержка была главным образом обусловлена тем, что используемая математическая форма и строгие дедуктивные приёмы делают чтение трудным для любого, и особенно для студентов в области экспериментальной химии, к которым это имело наибольшее отношение…»

Важнейшие разделы, освещённые в других его статьях о гетерогенных равновесиях, включают:

Концепции химического потенциала и свободной энергии

Модель ансамбля Гиббса, основу статистической механики

Правило фаз Гиббса

Гиббс публиковал и работы по теоретической термодинамике. В 1873 г. вышла его статья о геометрическом представлении термодинамических величин. Эта работа вдохновила Максвелла изготовить пластиковую модель (так называемую термодинамическую поверхность Максвелла), иллюстрирующую гиббсовский конструкт. Модель была впоследствии отослана Гиббсу и в настоящее время хранится при Йельском университете.

Поздние годы

В 1880 г. вновь открывшийся Университет Джона Хопкинса в Балтиморе, штат Мэриленд, предложил Гиббсу позицию за 3 тыс. долларов, на что Йель ответил увеличением жалованья до 2 тыс. долларов. Но Гиббс не оставил Нью-Хейвен. С 1880 по 1884 г. он объединяет идеи двух математиков: «кватернион» Уильяма Гамильтона и «внешнюю алгебру» Германа Грассмана, и создает (независимо от британского физика и инженера Оливера Хевисайда) векторный анализ. В 1882-89 гг. Гиббс вносит в него усовершенствования, пишет труды по оптике, развивает новую электрическую теорию света. Он намеренно избегает теоретизирования касательно строения вещества, что было мудрым решением ввиду последовавших революционных событий в физике субатомных частиц и квантовой механике. Его химическая термодинамика была вещью более универсальной, чем любая другая существовавшая в то время химическая теория.

После 1889 г. он продолжает работу над статистической термодинамикой, «оснащая квантовую механику и теории Максвелла математическим каркасом». Он пишет классические учебники по статистической термодинамике, которые выходят в 1902 г. Гиббс внёс также вклад в кристаллографию и применил свой векторный метод к расчёту планетарных и кометных орбит.

Об именах и карьере его студентов известно немногое. Гиббс никогда не был женат и всю жизнь прожил в отцовском доме вместе с сестрой и зятем, библиотекарем в Йеле. Он был настолько сконцентрирован на науке, что был, как правило, недоступен для личных интересов. Его протеже Э. В. Уилсон рассказывал: «Вне стен учебной аудитории я видел его крайне мало. У него была привычка пойти прогуляться после полудня по улочкам между его кабинетом в старой лаборатории и домом - небольшая зарядка в перерыве между работой и обедом - и тогда можно было иногда встретить его» . Гиббс умер в Нью-Хейвене и похоронен на кладбище Гроув-стрит.

Научное признание

Признание пришло к ученому не сразу, в частности, потому что Гиббс в основном публиковался в “Transactions of the Connecticut Academy of Sciences” – журнале, издаваемом под редакцией его зятя-библиотекаря, мало читаемом в Соединённых штатах и еще меньше в Европе. Поначалу лишь немногие европейские физики-теоретики и химики, (в их числе был, например, шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл) обратили внимание на его работу. Лишь после того, как статьи Гиббса были переведены на немецкий (Вильгельмом Оствальдом в 1892 г.) и французский (Анри Луи ле Шателье в 1899 г.) языки, его идеи получили широкое распространение в Европе. Его теория правила фаз была экспериментально подтверждена в работах Х.В. Бахёйса Розебома, который продемонстрировал её применимость в различных аспектах.

На родном континенте Гиббс был оценен даже меньше. Тем не менее, он был признан, и в 1880 г. Американская академия искусств и наук присудила ему премию Румфорда за работы по термодинамике . А в 1910 г. в память об ученом Американское химическое общество по инициативе Уильяма Конверса учредило Медаль Уилларда Гиббса.

Американские школы и колледжи того времени акцентировались на традиционных дисциплинах, а не на науке, и студенты мало интересовались его лекциями в Йеле. Знакомые Гиббса так описывали его работу в Йеле:

“Свои последние годы жизни он оставался высоким, благородным джентльменом со здоровой походкой и здоровым цветом лица, справляющимся со своими обязанностями по дому, доступным и отзывчивым к студентам. Гиббса высоко ценили друзья, но американская наука была чересчур озабочена практическими вопросами, чтобы применять его основательные теоретические работы в период его жизни. Он проживал свою тихую жизнь в Йеле и глубоко восхищался несколькими способными студентами, не производя на американских учёных первого впечатления, сопоставимого с его талантом.” (Кроутер, 1969)

Не следует думать, что Гиббс был малоизвестен в свои дни. Например, математик Джайен-Карло Рота, просматривая стеллажи с литературой по математике в Библиотеке Стерлинга (при Йельском Университете), наткнулся на написанный от руки Гиббса и прикреплённый к каком-то конспекту список адресатов. Список насчитывал свыше двухсот заметных математиков того времени, том числе Пуанкаре, Гильберта, Больцмана и Маха. Можно прийти к выводу, что среди корифеев науки труды Гиббса были более известны, чем о них свидетельствует печатный материал. Достижения Гиббса, однако, были окончательно признаны лишь с появлением в 1923 г. публикации Гильберта Ньютона Льюиса и Мерл Рэндэлл “Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances” , которая познакомила с методами Гиббса химиков из различных университетов. Эти же методы легли, по большей части, в основу химической технологии.

Список академий и обществ, членом которых он являлся, включает академию искусств и наук Коннектикута, Национальную академию наук, Американское философское общество, Голландское научное общество, Хаарлем; Королевское научное общество, Геттинген; Королевский институт Великобритании, Кембриджское философское общество, Лондонское Математическое общество, Манчестерское литературное и философское общество, Королевскую академию Амстердама, Лондонское королевское общество, Королевскую Прусскую академии в Берлине, Французский институт, Физическое общество Лондона, и Баварскую академию наук.

Согласно Американскому математическому обществу, учредившему в 1923 году так называемые “Гиббсовские лекции” для поднятия всеобщей компетенции в математических подходах и приложениях, Гиббс был величайшим из ученых, когда-либо рожденных на американской земле .

В 1873 году, когда ему исполнилось 34 года, Гиббс показал неординарные исследовательские способности в области математической физики. В этот год в вестнике Академии Коннектикута появились две статьи. Первая была озаглавлена «Графические методы в термодинамике флюидов», а вторая – «Метод геометрического представления термодинамических свойств веществ с помощью поверхностей»

При обсуждении химически однородных сред в первых двух статьях Гиббс часто использовал принцип, согласно которому вещество находится в равновесии, если его энтропия не может быть увеличена при постоянной энергии. В эпиграфе третьей статьи он привел известное выражение Клаузиуса «Die Energie der Welt ist constant. Die Entropio der Welt strebt einem Maximum zu», что означает «Энергия мира постоянна. Энтропия мира стремится к максимальной». Он показал, что вышеупомянутое условие равновесия, вытекающее из двух законов термодинамики, имеет универсальное применение, аккуратно снимая одно ограничение за другим, прежде всего то, что вещество должно быть химически гомогенным. Важным шагом было введение в качестве переменных в фундаментальных дифференциальных уравнениях масс компонентов, составляющих гетерогенную систему. Показано, что при этом дифференциальные коэффициенты при энергиях по отношению к этим массам вступают в равновесие таким же образом, как и интенсивные параметры, давление и температура. Эти коэффициенты он назвал потенциалами. Постоянно применяются аналогии с гомогенными системами, причем математические действия подобны тем, которые используются в случае расширения геометрии трехмерного пространства на n-мерное.

Повсеместно признано, что публикация этих статей имела особую важность для истории химии. Фактически, это ознаменовало образование новой ветви химической науки, которая, по словам М. Ле Шателье (M. Le Chetelier), по значимости сравнилась с трудами Лавуазье. Тем не менее, прошло несколько лет до того, как ценность этих работ стала общепризнанной. Главным образом эта задержка была вызвана тем, что чтение статей было довольно сложным, в особенности для студентов, занимающихся экспериментальной химией, из-за неординарных математических выкладок и скрупулезных выводов. В конце XIX века было весьма мало химиков, обладающих достаточными знаниями в области математики для того, чтобы прочитать даже самые простые части работ. Так, некоторые важнейшие законы, впервые описанные в этих статьях, впоследствии были доказаны другими учеными или теоретически, или, чаще, экспериментально. В настоящее время, однако, ценность методов Гиббса и полученные результаты признаются всеми студентами, изучающими физическую химию.

В 1891 труды Гиббса были переведены на немецкий профессором Оствальдом , а в 1899 ‒ на французский благодаря старанию Г. Роя и А. Ле Шателье . Несмотря на то, что с момента публикации прошло много лет, в обоих случаях переводчики отметили не столько исторический аспект мемуаров, сколько множество важных вопросов, которые обсуждались в этих статьях и которые все еще не были подтверждены экспериментально. Многие теоремы уже послужили стартовыми точками или ориентирами для экспериментаторов, другие, например, правило фаз, помогали классифицировать и объяснить логическим образом сложные экспериментальные факты. В свою очередь, с помощью теории катализа, твердых растворов, осмотического давления, было показано, что множество фактов, ранее казавшихся непонятными и едва ли поддававшихся объяснению, на самом деле, просты для понимания и являются следствиями фундаментальных законов термодинамики. При обсуждении многокомпонентных систем, где одни составляющие присутствуют в очень малых количествах (разбавленные растворы), теория ушла настолько далеко, насколько это возможно, исходя из первичных рассмотрений. Во время публикации статьи отсутствие экспериментальных фактов не позволило сформулировать тот фундаментальный закон, который позже открыл Вант-Гофф. Этот закон изначально являлся следствием закона Генри для смеси газов, однако при дальнейшем рассмотрении выяснилось, что он имеет гораздо более широкое применение.

Профессор Гиббс, как и многие другие физики тех лет, осознал необходимость применения векторной алгебры, посредством которой можно легко и доступно выразить довольно сложные пространственные соотношения, связанные с разными областями физики. Гиббс всегда предпочитал осознанность и элегантность используемого им математического аппарата, поэтому с особым желанием применял векторную алгебру. Однако, в системе кватерниона Гамильтона он не нашел инструмента, который бы удовлетворял всем его требованиям. В связи с этим он разделял взгляды многих исследователей, желающих отвергнуть кватернионный анализ, несмотря на его логическую обоснованность, в пользу более простого и прямого описательного аппарата – векторной алгебры. Не без помощи своих студентов, в 1881 и 1884 годах профессор Гиббс тайно выпустил подробную монографию по векторному анализу, математическому аппарату, который он разработал. Книга быстро распространилась среди его коллег-ученых. Во время работы над своей книгой Гиббс полагался в основном на труд «Ausdplinungslehre» Грассмана (Grassmann) и на алгебру кратных соотношений. Упомянутые исследования необычайно заинтересовали профессора, и, как он впоследствии отмечал, доставили ему наибольшее эстетическое удовольствие среди всех его занятий. Многие работы, в которых он отверг теорию кватериниона Грассманна, считавшегося основателем современной алгебры, появлялись на страницах журнала Природа (Nature).

Когда удобство векторной алгебры как математической системы за следующие 20 лет было подтверждено им самим и его учениками, Гиббс согласился, хоть и неохотно, на публикацию более подробной работы по векторному анализу. Так как в то время он был целиком поглощен другой темой, подготовка рукописи к публикации была доверена одному из его учеников, доктору Е.Б. Уилсону (E. B. Wilson), который превосходно справился с этой задачей и заслужил благодарность всех современников, заинтересованных в данном предмете.

Помимо этого, профессор Гиббс был крайне заинтересован в применении векторного анализа для решения астрономических задач и привел множество подобных примеров в статье «Об определении эллиптических орбит по трем полным наблюдениям». Методы, развитые в этой работе, были впоследствии использованы профессорами В. Биб (W. Beebe) и А. В. Филлипсом (A. W. Phillis) для расчета орбиты кометы Свифта (1880) исходя из трех наблюдений, что стало серьезной проверкой метода. Они обнаружили, что метод Гиббса обладает значительными преимуществами над методами Гаусса и Опползера (Oppolzer), сходимость подходящих приближений была более быстрой, а на нахождение фундаментальных уравнений для решения затрачивалось гораздо меньше сил. Эти две статьи были переведены Бухгольцом (Buchholz) и включены во второе издание Klinkerfues"s Theoretische Astronomie.

С 1882 по 1889 год в Американском журнале Науки (American Journal of Science) появились пять статей по отдельным темам в электромагнитной теории света и ее связей с различными теориями упругости. Интересно, что полностью отсутствовали специальные гипотезы о взаимосвязи пространства и материи. Единственное предположение, сделанное в отношении строения вещества заключается в том, что оно состоит из частиц, достаточно мелких по отношению к длине волны света, но не бесконечно малых, и что оно каким-то образом взаимодействует с электрическими полями в пространстве. С помощью методов, простота и ясность которых напоминали его исследования по термодинамике, Гиббс показал, что в случае абсолютно прозрачных сред теория не только объясняет дисперсию цвета (включая дисперсию оптических осей в двупреломляющей среде), но так же приводит к законам Френеля о двойном отражении для любых длин волн с учетом малых энергий, определяющих дисперсию цвета. Он отмечал, что круговую и эллиптическую поляризацию можно объяснить, если рассматривать энергию света еще более высоких порядков, что, в свою очередь, не опровергает интерпретации многих других известных явлений. Гиббс тщательно вывел общие уравнения для монохроматического света в среде с различной степенью прозрачности, приходя к отличным от полученных Максвеллом выражениям, не содержащим в явном виде диэлектрическую постоянную среды и проводимость.

Некоторые эксперименты профессора Хастинга (C. S. Hastings) 1888 года (которые показали, что двойное лучепреломление в Исландском шпате находится в точном соответствии с законом Гюйгенса) снова заставили профессора Гиббса взяться за теорию оптики и написание новых статей, в которых в достаточно простой форме из элементарных рассуждений он показал, что дисперсия света строго соответствует электрической теории, в то время как ни одну из теорий упругости, предложенную на тот момент, не удалось бы согласовать с полученными экспериментальными данными.

В своей последней работе, «Основные Принципы Статистической Механики» профессор Гиббс вернулся к теме, тесно связанной с предметом его ранних публикаций. В них он занимался развитием следствий законов термодинамики, которые принимаются как данные, исходя из эксперимента. В этой эмпирической форме науки теплота и механическая энергия расценивались как два различных явления, конечно, взаимно переходящих друг в друга с определенными ограничениями, но принципиально отличающиеся по многим важным параметрам. В соответствии с популярной тенденцией к объединению явлений, было принято множество попыток свести эти два понятия к одной категории, показать, фактически, что теплота – не что иное, как механическая энергия мелких частиц, и что экстрадинамические законы тепла являются следствием огромного количества независимых механических систем в любом теле ‒ числа настолько большого, что человеку с его ограниченным воображением трудно даже представить. И все же, несмотря на уверенные утверждения во многих книгах и популярных выставках, что «теплота ‒ способ молекулярного движения», они не были до конца убедительны, и эта неудача была расценена лордом Кельвином как тень в истории науки девятнадцатого века. Такие исследования должны иметь дело с механикой систем с огромным количеством степеней свободы, причем была возможность сравнить результаты расчетов с наблюдением, эти процессы должны иметь статистический характер. Максвелл не раз указывал на трудности таких процессов, а также говорил (и это часто цитировал профессор Гиббс), что в таких вопросах серьезные ошибки допускали даже люди, чья компетентность в других областях математики не подвергается сомнению.

Влияние на последующие работы

Труды Гиббса привлекли к себе большое внимание и повлияли на деятельность учёных, некоторые из них стали Нобелевскими лауреатами:

В 1910 г. голландец Ян Дидерик Ван-дер-Ваальс был удостоен Нобелевской премии по физике. В своей Нобелевской лекции он отметил влияние на его работу гиббсовских уравнений состояния.

В 1918 г. Макс Планк получил Нобелевскую премию по физике за труды в области квантовой механики, в особенности, за публикацию в 1900 г. его квантовой теории. Его теория существенным образом базировалась на термодинамике Рудольфа Клаузиуса, Дж. Уилларда Гиббса и Людвига Больцмана. Планк так говорил о Гиббсе: “его имя не только в Америке, но и во всём мире будет причислено к самым известным физикам-теоретикам всех времён...”.

В начале XX века Гильберт Н. Льюис и Мерл Рэндэлл использовали и расширили разработанную Гиббсом теорию химической термодинамики. Свои изыскания они изложили в 1923 г. в книге, которая называлась “Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances” и была одним из фундаментальных учебников по химической термодинамике. В 1910-х гг. Уильям Джиок поступил в Химический колледж при Университете Беркли и в 1920 г. получил степень бакалавра в химии. Поначалу он хотел стать химиком-технологом, но под влиянием Льюиса проявил интерес к химическим исследованиям. В 1934 г. он стал полноправным профессором химии в Беркли, а в 1949 г. получил Нобелевскую премию за свои криохимические исследования, использовавшие третий закон термодинамики.

Работы Гиббса оказали существенное влияние на формирование взглядов Ирвинга Фишера, - экономиста, имевшего степень доктора философии в Йеле.

Личные качества

Профессор Гиббс был человеком честного нрава и врожденной скромности. Помимо успешной научной деятельности, он был занят работой в средней школе Хопкинса Нью-Хейвена, где предоставлял попечительские услуги и много лет выступал в роли казначея фондов. Как и подобает человеку, занятому в основном интеллектуальной деятельностью, г-н Гиббс никогда не искал или желал иметь широкий круг знакомых. Однако он не был человеком асоциальным, а, напротив, всегда был крайне дружелюбным и открытым, способным поддержать любую тему, и всегда спокойным, располагающим к себе. Экспансивность была чужда его натуре, как и неискренность. Он мог легко рассмеяться и обладал живым чувством юмора. Хотя и редко рассказывая о себе, он любил иногда приводить примеры из своего личного опыта. Ни одно из качеств профессора Гиббс не впечатляло его коллег и учеников больше, чем его скромность и совершенная неосознанность его безграничных интеллектуальных ресурсов. Характерным примером является фраза, произнесенная им в компании близкого друга относительно его математических способностей. С абсолютной искренностью он сказал: «Если бы я был успешен в математической физике, то, я думаю, это потому что мне посчастливилось избежать математических трудностей».

Увековечение имени

В 1945 г. Йельский университет, в честь Дж. Уилларда Гиббса, ввел в обиход звание профессора теоретической химии, сохранявшееся до 1973 г. за Ларсом Онзагером, (лауреатом Нобелевской премии по химии). В честь Гиббса были названы также лаборатория при Йельском университете и должность старшего преподавателя математики. 28 февраля 2003 г. в Йеле прошёл симпозиум, отметивший 100 лет со дня его смерти.

Рутгерский университет (штат Нью-Джерси) имеет профессорство им. Дж. Уилларда Гиббса в области термомеханики, числящееся в настоящее время за Бернардом Д. Коулманом.

В 1950 г. бюст Гиббса был размещен в Зале славы великих американцев (Hall of Fame for Great Americans).

4 мая 2005 года Почтовая служба Соединённых Штатов выпустила серию почтовых марок, с портретами Гиббса, Джона фон Неймана, Барбары Мак-Клинток и Ричарда Фейнмана.

Судно для океанографических экспедиций Военно-морских сил США “USNS Josiah Willard Gibbs (T-AGOR-1)”, бывшее в эксплуатации в 1958-71 гг., было названо в честь Гиббса.

Сочинения, издания

Graphical methods in the thermodynamics of fluids. Trans. Connecticut Acad. Arts and Sciences, Vol. II, 1873, pp. 309-342.
A method of geometrical representation of the thermodynamic properties of substances by means of surfaces. Trans. Connecticut Acad. Arts and Sciences, Vol. II, 1873, pp. 382-404.
On the equilibrium of heterogeneous substances. Trans. Connecticut Acad. Arts and Sciences, Vol. Ill , 1875-1878, pp. 108-248; pp. 343-524. Abstract: American Journ. Sci., 3d ser., Vol. XVI, pp. 441-458.
Elements of vector analysis arranged for the use of students in physics. New Haven, 8°, pp. 1-86 in 1881, and pp. 37-83 in 1884. (Not published.)
Notes on the electromagnetic theory of light. 1. On double refraction and the dispersion of colors in perfectly transparent media. American Journ. Sci., 3d ser., Vol. XXIII, 1882, pp. 262-275. II.
On double refraction in perfectly transparent media which exhibit the phenomena of circular polarization. American Journ. Sci., 3d ser., Vol. XXIII, 1882, pp. 400-476. III. On the general equations of monochromatic light in media of every degree of transparency. American Journ. Sci., 3d ser., Vol. XXV, 1883, pp. 107-118.
On the fundamental formula of statistical mechanics, with applications to astronomy and thermodynamics. (Abstract.) Proc. American Assoc. Adv. Sci., Vol. XXXIII, 1884, pp. 57 and 58.
On the velocity of light as determined by Foucault"s revolving mirror. Nature, Vol. XXXIII, 1886, p. 582.
A comparison of the elastic and electrical theories of light, with respect to the law of double refraction and the dispersion of colors. American Journ. Sci., 3d ser., Vol. XXXV, 1888, pp. 467-475.
A comparison of the electrical theory of light with Sir William Thomson"s theory of a quasi-labile ether. American Journ. Sci., 3d ser., Vol. XXXVTI, 1880, pp. 120-144. Reprint: Philos. Mag., 5th ser., Vol. XXVII, 1889, pp. 238-253.
On the determination of elliptic orbits from three complete observations. Mem. Nat. Acad. Sci., Vol. IV, 1889, pp. 79-104. On the role of quaternions in the algebra of vectors. Nature, Vol. XLIII, 1891, pp. 511-514. Quaternions and the Ausdehnungslehre. Nature, Vol. XLIV, 1891, pp. 79-82. Quaternions and the algebra of vectors. Nature, Vol. XLVII, 1898, pp. 463-464. Quaternions and vector analysis. Nature, Vol. XLVIII, 1893, pp. 364-367.
Vector analysis: A text-book for the use of students of mathematics and physics, founded upon the lectures of J. Willard Gibbs, by E. B. Wilson. Yale Bicentennial Publications, pp. XVIII -f 436. G. Scrilmer"s Sons, 1901.
Elementary principles in statistical mechanics, developed with especial reference to the rational foundation of thermodynamics. Yale Bicentennial Publications, pp. XVIII + 207. С. Scribner"s Sons, 1902
On the use of vector methods in the determination of orbits. Letter to Dr. Hugo Buchholz, editor of Klinkerfues"s Theoretisehe Astronomie. Scientific Papers, Vol. II, 1906, pp. 149-154.
The scientific papers, v. 1-2, N. Y., 1906 (в русском переводе - «Основные принципы статистической механики», М. - Л., 1946;
Гиббс Дж. В. Термодинамические работы, М., 1950.

Josiah Willard Gibbs Альма-матер

Йельский колледж [d]
Гейдельбергский университет
Yale School of Engineering & Applied Science [d]

Треугольник Гиббса

В 1901 г. Гиббс был удостоен высшей награды международного научного сообщества того времени (присуждаемой каждый год только одному учёному) - Медали Копли Лондонского королевского общества - за то, что он стал «первым, кто применил второй закон термодинамики для всестороннего рассмотрения соотношения между химической, электрической и тепловой энергией и способностью к совершению работы» .

Биография

Ранние годы

Гиббс родился 11 февраля 1839 года в городе Нью-Хейвен , штат Коннектикут . Его отец, профессор духовной литературы в Йельской богословской школе (впоследствии вошедшей в состав Йельского университета), был известен в связи с его участием в судебном процессе, называвшемся Amistad . Хотя отца тоже звали Джозайя Уиллард, с именем сына никогда не употребляли «младший»: кроме того, пять других членов семьи носили то же имя. Дед по материнской линии также был выпускником Йельского университета в области литературы. После обучения в Хопкинс-школе, в возрасте 15 лет Гиббс поступил в Йельский колледж. В 1858 г. он окончил колледж в числе лучших в своем классе и был премирован за успехи в математике и латыни.

Годы зрелости

В 1863 г. по решению Шеффилдской научной школы (англ. ) в Йеле Гиббс был удостоен первой в США степени доктора философии (PhD) по техническим наукам за диссертацию «О форме зубцов колёс для зубчатой передачи». Последующие годы он преподавал в Йеле: два года вёл латынь и ещё год - то, что впоследствии было названо натурфилософией и сравнимо с современным понятием «естественные науки». В 1866 г. он уехал в Европу для продолжения учёбы, проводя по одному году в Париже , Берлине и затем - в Гейдельберге , где он встречает Кирхгофа и Гельмгольца . В то время немецкие учёные были ведущими авторитетами в химии, термодинамике и фундаментальных естественных науках. Эти три года, собственно, и составляют ту часть жизни учёного, которую он провёл за пределами Нью-Хейвена.

В 1869 г. он вернулся в Йель, где в 1871 г. был назначен профессором математической физики (это была первая подобная должность в Соединённых Штатах) и занимал этот пост всю оставшуюся жизнь.

Позиция профессора была поначалу неоплачиваемой - ситуация, типичная для того времени (особенно для Германии), и Гиббс должен был публиковать свои статьи. В 1876-1878 гг. он пишет ряд статей по анализу многофазных химических систем графическим методом. Позже они были изданы в монографии «О равновесии гетерогенных веществ » (On the Equilibrium of Heterogeneous Substances ), наиболее известной его работе. Этот труд Гиббса рассматривается как одно из величайших научных достижений XIX века и одна из фундаментальных работ по физической химии. В своих статьях Гиббс применил термодинамику для объяснения физико-химических явлений, связав то, что ранее было набором отдельных фактов.

«Общепризнано, что издание этой монографии было событием первостепенной важности в истории химической науки. Тем не менее, потребовалось несколько лет, прежде чем было до конца осознанно её значение; задержка была главным образом обусловлена тем, что используемая математическая форма и строгие дедуктивные приёмы делают чтение трудным для любого, и особенно для студентов в области экспериментальной химии, к которым это имело наибольшее отношение…»

Важнейшие разделы, освещённые в других его статьях о гетерогенных равновесиях, включают:

Концепции химического потенциала и свободной энергии

Модель ансамбля Гиббса, основу статистической механики

Правило фаз Гиббса

Поздние годы

В 1884-89 гг. Гиббс вносит усовершенствования в векторный анализ , пишет труды по оптике, развивает новую электрическую теорию света. Он намеренно избегает теоретизирования касательно строения вещества, что было мудрым решением ввиду последовавших революционных событий в физике субатомных частиц и квантовой механике . Его химическая термодинамика была вещью более универсальной, чем любая другая существовавшая в то время химическая теория.

После 1889 г. он продолжает работу над статистической термодинамикой, «оснащая квантовую механику и теории Максвелла математическим каркасом» . Он пишет классические учебники по статистической термодинамике, которые выходят в 1902 г. Гиббс внёс также вклад в кристаллографию и применил свой векторный метод к расчёту планетарных и кометных орбит.

Об именах и карьере его студентов известно немногое. Гиббс никогда не был женат и всю жизнь прожил в отцовском доме вместе с сестрой и зятем, библиотекарем в Йеле. Он был настолько сконцентрирован на науке, что был, как правило, недоступен для личных интересов. Американский математик Эдвин Бидуэлл Уилсон (англ. ) рассказывал: «Вне стен учебной аудитории я видел его крайне мало. У него была привычка пойти прогуляться после полудня по улочкам между его кабинетом в старой лаборатории и домом - небольшая зарядка в перерыве между работой и обедом - и тогда можно было иногда встретить его» . Гиббс умер в Нью-Хейвене и похоронен на кладбище Гроув-стрит.

Научное признание

Признание пришло к учёному не сразу (в частности, потому что Гиббс в основном публиковался в «Transactions of the Connecticut Academy of Sciences» - журнале, издаваемом под редакцией его зятя-библиотекаря, мало читаемом в Соединённых Штатах и ещё меньше в Европе). Поначалу лишь немногие европейские физики-теоретики и химики (в их числе был, например, шотландский физик Джеймс Клерк Максвелл) обратили внимание на его работу. Лишь после того, как статьи Гиббса были переведены на немецкий (Вильгельмом Оствальдом в 1892 г.) и французский (Анри Луи ле Шателье в 1899 г.) языки, его идеи получили широкое распространение в Европе. Его теория правила фаз была экспериментально подтверждена в работах Х. В. Бакхёйса Розебома , который продемонстрировал её применимость в различных аспектах.

На родном континенте Гиббс был оценён даже меньше. Тем не менее, он был признан, и в 1880 г. Американская академия искусств и наук присудила ему премию Румфорда за работы по термодинамике . А в 1910 г. в память об учёном Американское химическое общество по инициативе Уильяма Конверса учредило Медаль Уилларда Гиббса.

«Свои последние годы жизни он оставался высоким, благородным джентльменом со здоровой походкой и здоровым цветом лица, справляющимся со своими обязанностями по дому, доступным и отзывчивым к студентам. Гиббса высоко ценили друзья, но американская наука была чересчур озабочена практическими вопросами, чтобы применять его основательные теоретические работы в период его жизни. Он проживал свою тихую жизнь в Йеле и глубоко восхищался несколькими способными студентами, не производя на американских учёных первого впечатления, сопоставимого с его талантом». (Кроутер, 1969)

Не следует думать, что при жизни Гиббс был малоизвестен. Например, математик Джан-Карло Рота (англ. ) , просматривая стеллажи с литературой по математике в Библиотеке Стерлинга (при Йельском Университете), наткнулся на написанный от руки Гиббса и прикреплённый к какому-то конспекту список адресатов. Список насчитывал свыше двухсот заметных математиков того времени, в том числе Пуанкаре, Гильберта, Больцмана и Маха. Можно прийти к выводу, что среди корифеев науки труды Гиббса были более известны, чем о них свидетельствует печатный материал.

Достижения Гиббса, однако, были окончательно признаны лишь с появлением в 1923 г. публикации Гильберта Ньютона Льюиса и Мерла Рэндалла (англ. ) , которая познакомила с методами Гиббса химиков из различных университетов. Эти же методы легли, по большей части, в основу химической технологии.

Согласно Американскому математическому обществу, учредившему в 1923 году так называемые «Гиббсовские лекции » для поднятия всеобщей компетенции в математических подходах и приложениях, Гиббс был величайшим из ученых, когда-либо рождённых на американской земле .

Химическая термодинамика

Основные работы Гиббса относятся к химической термодинамике и статистической механике , одним из основоположников которых он является. Гиббс разработал так называемые энтропийные диаграммы, играющие большую роль в технической термодинамике, показал (1871-1873 гг.), что трёхмерные диаграммы позволяют представить все термодинамические свойства вещества .

В 1873 году, когда ему исполнилось 34 года, Гиббс показал неординарные исследовательские способности в области математической физики. В этот год в вестнике Академии Коннектикута появились две статьи. Первая была озаглавлена «Графические методы в термодинамике флюидов» , а вторая - «Метод геометрического представления термодинамических свойств веществ с помощью поверхностей» . Этими работами Гиббс положил начало геометрической термодинамике .

За ними в 1876 и 1878 годах последовали две части гораздо более фундаментальной статьи «О равновесии в гетерогенных системах», которые обобщают его вклад в физическую науку, и, несомненно, являются одними из наиболее значимых и выдающихся литературных памятников научной деятельности XIX века. Таким образом, Гиббс в 1873-1878 гг. заложил основы химической термодинамики, в частности, разработал общую теорию термодинамического равновесия и метод термодинамических потенциалов, сформулировал (1875 г.) правило фаз, построил общую теорию поверхностных явлений, получил уравнение, устанавливающее связь между внутренней энергией термодинамической системы и термодинамическими потенциалами .

При обсуждении химически однородных сред в первых двух статьях Гиббс часто использовал принцип, согласно которому вещество находится в равновесии, если его энтропия не может быть увеличена при постоянной энергии. В эпиграфе третьей статьи он привёл известное выражение Клаузиуса «Die Energie der Welt ist constant. Die Entropie der Welt strebt einem Maximum zu» , что означает «Энергия мира постоянна. Энтропия мира стремится к максимальной». Он показал, что вышеупомянутое условие равновесия, вытекающее из двух законов термодинамики, имеет универсальное применение, аккуратно снимая одно ограничение за другим, прежде всего то, что вещество должно быть химически гомогенным. Важным шагом было введение в качестве переменных в фундаментальных дифференциальных уравнениях масс компонентов, составляющих гетерогенную систему. Показано, что при этом дифференциальные коэффициенты при энергиях по отношению к этим массам вступают в равновесие таким же образом, как и интенсивные параметры, давление и температура. Эти коэффициенты он назвал потенциалами. Постоянно применяются аналогии с гомогенными системами, причем математические действия подобны тем, которые используются в случае расширения геометрии трёхмерного пространства на n-мерное.

Повсеместно признано, что публикация этих статей имела особую важность для истории химии. Фактически это ознаменовало образование новой ветви химической науки, которая, по словам М. Ле Шателье (M. Le Chetelier ) [ ] , по значимости сравнилась с трудами Лавуазье . Тем не менее, прошло несколько лет до того, как ценность этих работ стала общепризнанной. Задержка эта была, главным образом, вызвана тем, что чтение статей было довольно сложным (в особенности для студентов, занимающихся экспериментальной химией) из-за неординарных математических выкладок и скрупулёзных выводов. В конце XIX века было весьма мало химиков, обладающих достаточными знаниями в области математики для того, чтобы прочитать даже самые простые части работ; так, некоторые важнейшие законы, впервые описанные в этих статьях, впоследствии были доказаны другими учёными или теоретически, или, чаще, экспериментально. В настоящее время, однако, ценность методов Гиббса и полученные результаты признаются всеми студентами, изучающими физическую химию.

В 1891 труды Гиббса были переведены на немецкий профессором Оствальдом , а в 1899 г. - на французский благодаря старанию Г. Роя и А. Ле Шателье . Несмотря на то, что с момента публикации прошло много лет, в обоих случаях переводчики отметили не столько исторический аспект мемуаров, сколько множество важных вопросов, которые обсуждались в этих статьях и которые всё ещё не были подтверждены экспериментально. Многие теоремы уже послужили стартовыми точками или ориентирами для экспериментаторов, другие, например, правило фаз, помогали классифицировать и объяснить логическим образом сложные экспериментальные факты. В свою очередь, с помощью теории катализа, твердых растворов, осмотического давления, было показано, что множество фактов, ранее казавшихся непонятными и едва ли поддававшихся объяснению, на самом деле, просты для понимания и являются следствиями фундаментальных законов термодинамики. При обсуждении многокомпонентных систем, где одни составляющие присутствуют в очень малых количествах (разбавленные растворы), теория ушла настолько далеко, насколько это возможно, исходя из первичных рассмотрений. Во время публикации статьи отсутствие экспериментальных фактов не позволило сформулировать тот фундаментальный закон, который позже открыл Вант-Гофф . Этот закон изначально являлся следствием закона Генри для смеси газов, однако при дальнейшем рассмотрении выяснилось, что он имеет гораздо более широкое применение.

Теоретическая механика

Заметен научный вклад Гиббса и в теоретическую механику . В 1879 г. он применительно к голономным механическим системам вывел из принципа наименьшего принуждения Гаусса уравнения их движения . В 1899 г. по сути те же уравнения, что и у Гиббса, независимо получил французский механик П. Э. Аппель , который указал, что они описывают движение как голономных, так и неголономных систем (именно в задачах неголономной механики находят ныне основное применение данные уравнения, называемые обычно уравнениями Аппеля , а иногда - уравнениями Гиббса - Аппеля ). Их принято расценивать как наиболее общие уравнения движения механических систем .

Векторное исчисление

Гиббс, как и многие другие физики тех лет, осознал необходимость применения векторной алгебры, посредством которой можно легко и доступно выразить довольно сложные пространственные соотношения, связанные с разными областями физики. Гиббс всегда предпочитал осознанность и элегантность используемого им математического аппарата, поэтому с особым желанием применял векторную алгебру. Однако в теории кватернионов Гамильтона он не нашел инструмента, который бы удовлетворял всем его требованиям. В связи с этим он разделял взгляды многих исследователей, желающих отвергнуть кватернионный анализ, несмотря на его логическую обоснованность, в пользу более простого и прямого описательного аппарата - векторной алгебры. Не без помощи своих студентов, в 1881 и 1884 годах профессор Гиббс тайно выпустил подробную монографию по векторному анализу, математический аппарат которого он разработал. Книга быстро распространилась среди его коллег-учёных.

Во время работы над своей книгой Гиббс полагался в основном на труд «Ausdehnungslehre» Грассмана и на алгебру кратных соотношений. Упомянутые исследования необычайно заинтересовали Гиббса, и, как он впоследствии отмечал, доставили ему наибольшее эстетическое удовольствие среди всех его занятий. Многие работы, в которых он отвергал теорию кватернионов Гамильтона, появлялись на страницах журнала Nature .

Когда удобство векторной алгебры как математической системы за следующие 20 лет было подтверждено им самим и его учениками, Гиббс согласился, хоть и неохотно, на публикацию более подробной работы по векторному анализу. Так как в то время он был целиком поглощен другой темой, подготовка рукописи к публикации была доверена одному из его учеников, доктору Э. Б. Уилсону, который справился с этой задачей. Ныне Гиббс заслуженно считается одним из создателей векторного исчисления в его современной форме .

Помимо этого, профессор Гиббс был крайне заинтересован в применении векторного анализа для решения астрономических задач и привел множество подобных примеров в статье «Об определении эллиптических орбит по трём полным наблюдениям». Методы, развитые в этой работе, были впоследствии использованы профессорами В. Биб (W. Beebe ) и А. В. Филлипсом (A. W. Phillips ) для расчёта орбиты кометы Свифта исходя из трёх наблюдений, что стало серьёзной проверкой метода. Они обнаружили, что метод Гиббса обладает значительными преимуществами над методами Гаусса и Оппольцера , сходимость подходящих приближений была более быстрой, а на нахождение фундаментальных уравнений для решения затрачивалось гораздо меньше сил. Эти две статьи были переведены на немецкий язык Бухгольцем (нем. Hugo Buchholz ) и включены во второе издание Theoretische Astronomie Клинкерфуса .

Электромагнетизм и оптика

С 1882 по 1889 год в Американском журнале Науки (American Journal of Science ) появились пять статей по отдельным темам в электромагнитной теории света и её связей с различными теориями упругости. Интересно, что полностью отсутствовали специальные гипотезы о взаимосвязи пространства и материи. Единственное предположение, сделанное в отношении строения вещества, заключается в том, что оно состоит из частиц, достаточно мелких по отношению к длине волны света, но не бесконечно малых, и что оно каким-то образом взаимодействует с электрическими полями в пространстве. С помощью методов, простота и ясность которых напоминали его исследования по термодинамике, Гиббс показал, что в случае абсолютно прозрачных сред теория не только объясняет дисперсию цвета (включая дисперсию оптических осей в двупреломляющей среде), но также приводит к законам Френеля о двойном отражении для любых длин волн с учетом малых энергий, определяющих дисперсию цвета. Он отмечал, что круговую и эллиптическую поляризацию можно объяснить, если рассматривать энергию света ещё более высоких порядков, что, в свою очередь, не опровергает интерпретации многих других известных явлений. Гиббс тщательно вывел общие уравнения для монохроматического света в среде с различной степенью прозрачности, приходя к отличным от полученных Максвеллом выражениям, не содержащим в явном виде диэлектрическую постоянную среды и проводимость.

Некоторые эксперименты профессора Хастингса (C. S. Hastings ) 1888 года (которые показали, что двойное лучепреломление в Исландском шпате находится в точном соответствии с законом Гюйгенса) снова заставили профессора Гиббса взяться за теорию оптики и написание новых статей, в которых в достаточно простой форме из элементарных рассуждений он показал, что дисперсия света строго соответствует электрической теории, в то время как ни одну из теорий упругости, предложенную на тот момент, не удалось бы согласовать с полученными экспериментальными данными.

Статистическая механика

В своей последней работе «Основные принципы статистической механики» Гиббс вернулся к теме, тесно связанной с предметом его ранних публикаций. В них он занимался развитием следствий законов термодинамики, которые принимаются как данные, исходя из эксперимента. В этой эмпирической форме науки теплота и механическая энергия расценивались как два различных явления - конечно, взаимно переходящих друг в друга с определёнными ограничениями, но принципиально отличающиеся по многим важным параметрам. В соответствии с популярной тенденцией к объединению явлений, было принято множество попыток свести эти два понятия к одной категории, показать фактически, что теплота - не что иное, как механическая энергия мелких частиц, и что экстрадинамические законы тепла являются следствием огромного количества независимых механических систем в любом теле - числа настолько большого, что человеку с его ограниченным воображением трудно даже представить. И всё же, несмотря на уверенные утверждения во многих книгах и популярных выставках, что «теплота - способ молекулярного движения», они не были до конца убедительны, и эта неудача была расценена лордом Кельвином как тень в истории науки XIX века. Такие исследования должны иметь дело с механикой систем с огромным количеством степеней свободы, причем была возможность сравнить результаты расчетов с наблюдением, эти процессы должны иметь статистический характер. Максвелл не раз указывал на трудности таких процессов, а также говорил (и это часто цитировал Гиббс), что в таких вопросах серьёзные ошибки допускали даже люди, чья компетентность в других областях математики не подвергается сомнению.

Влияние на последующие работы

Труды Гиббса привлекли к себе большое внимание и повлияли на деятельность многих учёных, - некоторые из них стали Нобелевскими лауреатами:

В 1910 г. голландец Я. Д. Ван-дер-Ваальс был удостоен Нобелевской премии по физике. В своей Нобелевской лекции он отметил влияние на его работу гиббсовских уравнений состояния.

В 1918 г. Макс Планк получил Нобелевскую премию по физике за труды в области квантовой механики, в особенности, за публикацию в 1900 г. его квантовой теории. Его теория существенным образом базировалась на термодинамике Р. Клаузиуса , Дж. У. Гиббса и Л. Больцмана . Планк так говорил о Гиббсе: «его имя не только в Америке, но и во всём мире будет причислено к самым известным физикам-теоретикам всех времён…».

В начале XX века Гильберт Н. Льюис и Мерле Рэндалл (англ. ) использовали и расширили разработанную Гиббсом теорию химической термодинамики. Свои изыскания они изложили в 1923 г. в книге, которая называлась «Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances» и была одним из фундаментальных учебников по химической термодинамике. В 1910-х гг. Уильям Джиок поступил в Химический колледж при Университете Беркли и в 1920 г. получил степень бакалавра в химии. Поначалу он хотел стать химиком-технологом, но под влиянием Льюиса проявил интерес к химическим исследованиям. В 1934 г. он стал полноправным профессором химии в Беркли, а в 1949 г. получил Нобелевскую премию за свои криохимические исследования, использовавшие третий закон термодинамики.

Работы Гиббса оказали существенное влияние на формирование взглядов Ирвинга Фишера - экономиста, имевшего степень доктора философии в Йеле.

Личные качества

Ни одно из качеств профессора Гиббса не впечатляло его коллег и учеников больше, чем его скромность и совершенная неосознанность его безграничных интеллектуальных ресурсов. Характерным примером является фраза, произнесенная им в компании близкого друга относительно его математических способностей. С абсолютной искренностью он сказал: «Если бы я был успешен в математической физике, то, я думаю, это потому что мне посчастливилось избежать математических трудностей».

Увековечение имени

В 1945 г. Йельский университет в честь Дж. Уилларда Гиббса ввёл в обиход звание профессора теоретической химии, сохранявшееся до 1973 г. за Ларсом Онзагером (лауреатом Нобелевской премии по химии). В честь Гиббса были названы также лаборатория при Йельском университете и должность старшего преподавателя математики. 28 февраля 2003 г. в Йеле прошёл симпозиум, отметивший 100 лет со дня его смерти.

В 1950 г. бюст Гиббса был размещен в Зале славы великих американцев .

4 мая 2005 года Почтовая служба Соединённых Штатов выпустила серию почтовых марок, с портретами Гиббса, Джона фон Неймана , Барбары Мак-Клинток и Ричарда Фейнмана .

Судно для океанографических экспедиций Военно-морских сил США «USNS Josiah Willard Gibbs (T-AGOR-1)», бывшее в эксплуатации в 1958-71 гг., было названо в честь Гиббса.

ГИББС (Gibbs) Джозайя Уиллард (11.2.1839, Нью-Хейвен - 28.4.1903, там же), американский физик-теоретик, член Национальной Академии Наук США (1879), Лондонского королевского (1897) и других научных обществ. Окончил Йельский университет (1858; доктор философии, 1863).

В 1863-66 годах преподавал там же. Совершенствовал образование (1866-69) в университетах Парижа, Берлина и Гейдельберга. С 1871 - профессор математической физики Йельского университета.

Гиббс - создатель статистической физики. В 1902 году опубликовал труд «Основные принципы статистической механики...», явившийся завершением классической статистической физики. Статистический метод исследования, разработанный Гиббсом, позволяет получить все термодинамические функции, характеризующие состояние макроскопической системы, исходя из свойств составляющих её микрочастиц. Установил законы, определяющие вероятность данного микроскопического состояния системы (смотри Гиббса распределения). Разработал общую теорию флуктуаций величин этих функций от равновесных значений, определяемых термодинамикой. Метод статистических ансамблей Гиббса используется как в классической, так и в квантовой физике.

В своих первых статьях (1873) Гиббс разработал метод энтропийных диаграмм, который позволял графически представить все термодинамические свойства вещества, ввёл трёхмерные диаграммы и установил связь между объёмом, энергией и энтропией системы. Работой «О равновесии гетерогенных веществ» (1876-1878) Гиббс завершил построение теоретической термодинамики и заложил основы химической термодинамики. В этом труде изложил общую теорию термодинамического равновесия и метод потенциалов термодинамических, ввёл понятие «химический потенциал»; вывел уравнение, позволяющее определять направление химических реакций и условия равновесия для гетерогенных систем; сформулировал общее условие равновесия в многофазной гетерогенной системе (смотри Гиббса правило фаз). Эти результаты играют фундаментальную роль в физической химии. Гиббс построил общую теорию термодинамики поверхностных явлений (разработал теорию капиллярных процессов, сформулировал законы осмоса, заложил основы термодинамики адсорбции и предложил уравнение для количественного описания адсорбции - адсорбционное уравнение Гиббса) и электрохимических процессов; предложил графические методы изображения физико-химического равновесия в трёхкомпонентных системах (треугольник Гиббса). Свои труды по термодинамике Гиббс публиковал в малотиражном издании «Transactions of the Connecticut Academy of Arts and Sciences», поэтому результаты его исследований в Европе до 1892 года почти не были известны.

Развивая идеи Г. Грассмана, в 1880-е годы Гиббс создал векторное исчисление в его современной форме. Гиббс занимался также проблемами оптики, электромагнитной теорией света и др., ему принадлежит ряд технических изобретений.

Медаль Г. Копли Лондонского королевского общества (1901). В 1950 году бюст Гиббса был помещён в Галерею Славы великих американцев.

Соч.: The scientific papers. N. Y., 1906. Vol. 1-2; The collected works. N. Y.; L., 1928. Vol. 1-2; Основные принципы статистической механики. М.; Л., 1946; Термодинамика. Статистическая механика. М., 1982.

Лит.: А commentary on the scientific writings of J. W. Gibbs. New Haven, 1936. Vol. 1-2; Семенченко В. К. Д. В. Гиббс и его основные работы по термодинамике и статистической механике. (К 50-летию со дня смерти) // Успехи химии. 1953. Т. 22. Вып. 10; Франкфурт У. И., Френк А. М. Д. В. Гиббс. М., 1964.

(Gibbs, Josiah Willard)
(1839-1903), американский физик и математик, один из основоположников химической термодинамики и статистической физики. Родился 11 февраля 1839 в Нью-Хейвене (шт. Коннектикут) в семье известного филолога, профессора богословия. Окончил Йельский университет, где его успехи в греческом языке, латыни и математике были отмечены призами и премиями. В 1863 получил степень доктора философии. Стал преподавателем университета, причем первые два года преподавал латынь и лишь затем математику. В 1866-1869 продолжил образование в Парижском, Берлинском и Гейдельбергском университетах, где познакомился с ведущими математиками того времени. Через два года после возвращения в Нью-Хейвен возглавил кафедру математической физики Йельского университета и занимал ее до конца жизни. Первую работу в области термодинамики Гиббс представил Коннектикутской Академии наук в 1872. Она называлась Графические методы в термодинамике жидкостей (Graphical Methods in the Thermodynamics of Fluids) и была посвящена разработанному Гиббсом методу энтропийных диаграмм. Метод позволял графически представить все термодинамические свойства вещества и сыграл большую роль в технической термодинамике. Гиббс развил свои идеи в следующей работе - Методы геометрического представления термодинамических свойств веществ при помощи поверхностей (Methods of Geometrical Representation of the Thermodynamic Properties of Substances by Means of Surfaces, 1873), введя трехмерные диаграммы состояния и получив соотношение между внутренней энергией системы, энтропией и объемом. В 1874-1878 Гиббс опубликовал фундаментальный трактат О равновесии гетерогенных веществ (On the Equilibrium of Heterogeneous Substances), ставший основой химической термодинамики. В нем он изложил общую теорию термодинамического равновесия и метод термодинамических потенциалов, сформулировал правило фаз (ныне носящее его имя), построил общую теорию поверхностных и электрохимических явлений, вывел фундаментальное уравнение, устанавливающее связь между внутренней энергией термодинамической системы и термодинамическими потенциалами и позволяющее определять направление химических реакций и условия равновесия для гетерогенных систем. Теория гетерогенного равновесия - наиболее абстрактная из всех теорий Гиббса - нашла в последующем широкое практическое применение. Работы Гиббса по термодинамике были мало известны в Европе до 1892. Одним из первых оценил значение его графических методов Дж.Максвелл, который построил несколько моделей термодинамических поверхностей для воды. В 1880-х годах Гиббс увлекся работами У.Гамильтона по кватернионам и алгебраическими работами Г.Грассмана. Развивая их идеи, он создал векторный анализ в его современном виде. В 1902 работой Основные принципы статистической механики (Elementary Principles in Statistical Mechanics) Гиббс завершил создание классической статистической физики. Разработанные им статистические методы исследования позволяют получать термодинамические функции, характеризующие состояние систем. Гиббс дал общую теорию величин флуктуаций этих функций от равновесных значений и описание необратимости физических процессов. С его именем связаны такие понятия, как "парадокс Гиббса", "каноническое, микроканоническое и большое каноническое распределения Гиббса", "адсорбционное уравнение Гиббса", "уравнение Гиббса - Дюгема" и др. Гиббс был избран членом Американской академии искусств и наук в Бостоне, членом Лондонского королевского общества, награжден медалью Копли, медалью Румфорда. Умер Гиббс в Йеле 28 апреля 1903.
ЛИТЕРАТУРА
Франкфорт У., Френк А. Джозайя Виллард Гиббс. М., 1964 Гиббс Дж. Термодинамика. Статистическая механика. М., 1982

- Веджвуд, английский художник-керамист и предприниматель. Представитель классицизма. С 1752 работал в городе Сток-он-Трент, с 1759 - в Бёрслеме. В 1769 основан посёлок Этрурия с фаянсовым заводом...
Художественная энциклопедия
- Джошуа Уиллард, американский ученый-теоретик в области физики и химии. Профессор Йельского университета. Посвятил свою жизнь разработке основ физической химии...
Научно-технический энциклопедический словарь
- Оксфорде. 1737 - 1749...
Энциклопедия Кольера
- выдающийся американский философ и логик. Многие философы разделяют его общее понимание философии как попытки понять мир, используя методы, которые являются продолжением здравого смысла и науки...
Энциклопедия Кольера
- английский керамист...
- I Джеймс, английский архитектор. Учился в Голландии и Италии), сотрудничал с К. Реном. Представитель классицизма...
Большая Советская энциклопедия
- Гиббс Джеймс, английский архитектор. Учился в Голландии и Италии, сотрудничал с К. Реном. Представитель классицизма. Постройки Г. отличаются внушительной простотой и цельностью композиции, изяществом деталей...
Большая Советская энциклопедия
- Гиббс Джозайя Уиллард, американский физик-теоретик, один из основоположников термодинамики и статистической механики. Окончил Йельский университет...
Большая Советская энциклопедия
- Либби Уиллард Франк, американский физико-химик. Получил степени бакалавра и доктора химии в Калифорнийском университете в Беркли; там же преподавал химию...
Большая Советская энциклопедия
- Спёрр Джозайя Эдуард, американский геолог. Окончил Гарвардский университет. Работал в Геологическом комитете США и в различных горнорудных компаниях. Основные труды посвящены теории рудообразования...
Большая Советская энциклопедия
- Уэджвуд, Веджвуд Джозайя, английский художник-керамист и предприниматель. Один из крупнейших представителей декоративно-прикладного искусства классицизма...
Большая Советская энциклопедия
- Джозайя Уиллард, американский физик. Один из создателей статистической механики. Разработал общую теорию термодинамического равновесия, теорию термодинамических потенциалов, вывел основное уравнение адсорбции...
Современная энциклопедия
- английский архитектор. Представитель классицизма...
- американский физик-теоретик, один из создателей термодинамики и статистической механики...
Большой энциклопедический словарь
- УЭДЖВУД Джозайя - английский керамист. Изобрел высококачественные фаянсовые массы. В 1769 основал мануфактуру...
Большой энциклопедический словарь
- -а: распредел"ение Г"...
Русский орфографический словарь

"ГИББС Джозайя Уиллард" в книгах

Джозайя Флинт - настоящий и истинный

Из книги Хобо в России автора Флинт Джозайя

Джозайя Флинт - настоящий и истинный Джозайя Флинт Уиллард, более известный под псевдонимом Джозайя Флинт (1869–1907) - американский журналист, писатель и социолог, прославился очерками о скитаниях с бродягами в Европе и Соединенных Штатах и разоблачениями коррупции

Уиллард Гиббс

Из книги Американские ученые и изобретатели автора Уилсон Митчел

Уиллард Гиббс

Куайн Уиллард ван Ормен(1908–1995)

Из книги Тень и реальность автора Свами Сухотра

Куайн Уиллард ван Ормен(1908–1995) Известный американский философ. Часто цитируют его утверждение о том, что в научной теории «любое высказывание может считаться истинным, если мы произведем достаточно радикальные изменения в

Чарлз Гиббс (1794-1831)

Из книги 100 великих пиратов автора Губарев Виктор Кимович

Чарлз Гиббс (1794-1831) Чарлз Гиббс (Charles Gibbs) – американский пират, один из последних известных пиратов XIX века. Человек мерзкий и беспринципный, он вошел в историю морского разбоя как один из самых жестоких бандитов.Он родился в 1794 году на ферме в Род-Айленде. Отец хотел дать

УИЛЛАРД ГИББС

Из книги 100 великих учёных автора Самин Дмитрий

УИЛЛАРД ГИББС (1839–1903)Загадка Гиббса заключается не в том, был ли он неправильно понятым или неоценённым гением. Загадка Гиббса состоит в другом: как случилось, что прагматическая Америка в годы царствования практицизма произвела на свет великого теоретика? До него в

Веджвуд Джозайя

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ВЕ) автора БСЭ

Гиббс Джеймс

БСЭ

Гиббс Джеймс Гиббс (Gibbs) Джеймс (23.12.1682, Футдисмир, близ Абердина, - 5.8.1754, Лондон), английский архитектор. Учился в Голландии и Италии (в 1700-09 у К. Фонтаны), сотрудничал с К. Реном. Представитель классицизма. Постройки Г. отличаются внушительной простотой и цельностью

Гиббс Джозайя Уиллард

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ГИ) автора БСЭ

Гиббс Джозайя Уиллард Гиббс (Gibbs) Джозайя Уиллард (11.2.1839, Нью-Хейвен, - 28.4.1903, там же), американский физик-теоретик, один из основоположников термодинамики и статистической механики. Окончил Йельский университет (1858). В 1863 получил степень доктора философии в Йельском

Либби Уиллард Франк

Из книги Большая Советская Энциклопедия (ЛИ) автора БСЭ

Спёрр Джозайя Эдуард

Из книги Большая Советская Энциклопедия (СП) автора БСЭ

Спёрр Джозайя Эдуард Спёрр (Spurr) Джозайя Эдуард (1.10.1870, Глостер, штат Массачусетс, - 12.1.1950, Орландо, штат Флорида), американский геолог. Окончил Гарвардский университет (1893). Работал в Геологическом комитете США (1902-06) и в различных горнорудных компаниях (1906-17). Основные

Из книги Большой словарь цитат и крылатых выражений автора Душенко Константин Васильевич

МОТЛИ, Уиллард (Motley, Willard, 1912–1965), американский писатель 818 Живи быстро, умри молодым и будь красивым в гробу. // Live fast, die young, and have a good looking corpse. «Стучи в любую дверь», гл. 35 (1947; экраниз. в 1949) ? Shapiro, p. 540 Обычно этот девиз приписывался киноактеру Джеймсу Дину (J. Dean, 1931–1955).? «Жить

КУАЙН (Quine) Уиллард ван Орман (р. 1908)

Из книги Новейший философский словарь автора Грицанов Александр Алексеевич

КУАЙН (Quine) Уиллард ван Орман (р. 1908) - американский философ. Один из участников Венского кружка (1932). Преподавал в Гарвардском университете (с 1938). По свидетельствам ряда историков философии и науки, оказал весьма значимое воздействие на диапазон философских дискуссий

Биография

Ранние годы

Годы зрелости

Поздние годы

Научное признание

Влияние на последующие работы

Личные качества

Увековечение имени

Сочинения, издания

Биография

Ранние годы

Годы зрелости

Поздние годы

Научное признание

Химическая термодинамика

Теоретическая механика

Векторное исчисление

Электромагнетизм и оптика

Статистическая механика

Влияние на последующие работы

Личные качества

Увековечение имени

"ГИББС Джозайя Уиллард" в книгах

Джозайя Флинт - настоящий и истинный

Уиллард Гиббс

Куайн Уиллард ван Ормен(1908–1995)

Чарлз Гиббс (1794-1831)

УИЛЛАРД ГИББС

Веджвуд Джозайя

Гиббс Джеймс

Гиббс Джозайя Уиллард

Либби Уиллард Франк

Спёрр Джозайя Эдуард

КУАЙН (Quine) Уиллард ван Орман (р. 1908)

Популярное