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統計力學的奠基人——吉布斯
送交者: gibb 2004年03月02日16:37:15 於 [教育學術] 發送悄悄話

美國物理化學家吉布斯(Josiah Willard Gibbs,1839-1903年),1839年2月11日生於康
涅狄格州的紐黑文。父親是耶魯學院教授。

1854-1858年在 耶魯學院學習。學習期間,因拉丁語和數學成績優異曾數度獲獎。1863年
獲耶魯學院哲學博士學位,留校任助教。1866-1868年在法、德兩國聽了不少著名學者的演
講。1869年回國後繼續任教。1870年後任耶魯學 院的數學物理教授。曾獲得 錐鞀始已會
的科普勒獎章。1903年4月28日在紐黑文逝世。

吉布斯在1873-1878年發表的三篇論文中,以嚴密的數學形式和嚴謹的邏輯推理,導出了數
百個公式,特別 是引進熱力學勢處理熱力學問題,在此基礎上建立了關於物相變化的相律
,為化學熱力學的發展做出了卓越的貢獻。1902年,他把玻爾茲曼和麥克斯韋所創立的統
計理論推廣和發展成為系統理論,從而創立了近代物理學的統計理論及其研究方法。吉布
斯還發表了許多有關矢量分析的論文和著作,奠定了這個數學分支的基礎。此外,他在天
文學、光的電磁理論、傅里葉級數等方面也有一些著述。主要著作有:《圖解方法在流體
熱力學中的應用》、《論多相物質的平衡》、《統計力學的基本原理》等。

吉布斯從不低估自己工作的重要性,但從不炫耀自己的工作。他的心靈寧靜而恬淡,從不
煩躁和惱怒,是篤志於事業而不乞求同時代人承認的罕見偉人。他毫無疑問可以獲得諾貝
爾獎,但他在世時從未被提名。直到他逝世47年後,才被選入紐約大學的美國名人館,並
立半身像。

一個世紀之前,化學實際上是一門實驗科學。那個時代的傑出化學家大多是實驗工作者,
他們從事於提煉新的物質,並鑑定其性質。那時的化學理論在本質上是描繪性的或是敘述
性的,象Dalton的原子論與 Mendeleev的周期表就是明證。有兩位在 19世紀工作的理論學
者由於導出了某些可以支配物理和化學過程中物質行為的數學定律而改變了化學的真正面
貌。這兩位學者之一是James Clerk Maxwell,他的貢獻在於我們第五章所討論的氣體分子
運動論。另一位便是J. Willard Gibbs,自 1871年至 1903年去世時,任耶魯大學的教授
.

1876年Gibbs在 的說 格科學院院報上發表了題為《論非均相物質之平衡》 著名論文的第
一部份。當這篇論文於1878年完成時(該文長達323頁),化學熱力學的基礎也就奠定了。
這篇論文首次提出了我們在本章用來討論反應自發性的最大功和自由能的概念。其中還包
括我們將在第十五章討論的有關化學平衡的各種基本原理。文章還應用熱力學定律闡明了
相平衡原理(第十一章)、稀溶液定律(第十二章)、表面吸附的本質(第十六章)以及
伏打電池中支配能量變化的數學關係式(第二十二章)。
假如 Gibbs 從未發表過其它論文,單憑這一項貢獻就足以使他名列科學史上最偉大的理論
學者的行列之中。幾代實驗科學家曾因在實驗室證明了Gibbs 在書桌上推導出來的關係式
的正確性而建立了他們的聲譽。這些關係式中有許多又為其它科學家重新發現,1882年由
Helmholtz 提出的方程(即Gibbs-Helmhotz 方程)就是其中一例,——Helmholtz 當時對
Gibbs 的工作是完全不知道的。

Gibbs 在他的餘年對化學、天文學和數學作出了巨大貢獻。在這些成就中有1881與1884年
發表的兩篇論文,它們確立了今日我們稱之為矢量分析的學科。在1901年他發表的最後一
本著作名為《統計力學中的基本原理》。在這本著作中,Gibbs運用支配體系性質的統計原
理闡明了他在事業開始之際從完全不同的觀點導出的熱力學方程。在這本書中,我們也看
到了如今在社會科學以及自然科學受到如此重視的有關熵的“混亂度”的解釋。
J.Willard Gilibs是一位地道的“在自己的本土上不享榮譽的先知”。他在New Haven以
及美國其它各地的同事,直到他的晚年也沒有察覺到他工作的意義。在他作為耶魯大學教
授的頭十年,沒有得到任何薪俸。1920年,在他首次被提名進入紐約大學的美國名人館時
,在可能獲得的 100票中他只得到了 9票。直至1950年他才被選入該機構之中。即使到今
天,除了對自然科學感興趣的人外,受過教育的美國人對人 Willard Gibbs的名字仍舊感
到生疏。

必須承認,Glbbs的工作多年沒有得到人們的重視,他本人應承擔主要責任。他從來不願化
費一點力氣宣傳他自己的工作; 的說 格科學院院報遠非當時第一流期刊。Gibbs屬於那種
似乎內心並不要求得到同時代的人承認的罕見的人物中的一個。他對於能夠解決自己腦海
中所存在的問題便感到滿足,一個問題解決之後,接着他又着手思考另一個問題,而從來
不願想一想別人是否了解他究竟做了些什麼。
他的論文很難看懂,他很少接引範例幫助說明他的論證。他所導出的定律的含義時常留給
讀者自己推敲。多年以後,他在耶魯的一位同事承認, 的說 格科學院當時沒有一個成員
能夠讀懂他有關熱力學的論文,正如這位同事所說的:“我們了解Gibbs並承認他的貢獻全
憑盲目”。

早在Gibbs 的工作在本國受到重視之前,Gibbs在歐洲已經得到承認。那個時代的傑出理論
家 Maxwell不知從哪裡讀到了Gibbs的一篇熱力學論文,看出了它的意義,並在自己的著作
中反覆地引證過它。Wilhelm Ostald這樣稱讚Gibbs:“從內容到形式,他賦予物理化學整
整一百年。”Ostwald同時在 1892年將他的論文譯成了德文。七年之後, Le Chatelier又
將名譯成了法文。

Muriel Rukeyser在她所著的 Gibbs傳記中講了這樣一件足以揭示這位偉人、科學家內心世
界的軼事。在Gibbs早年的一篇著作中有一段關於冰、液態水與水蒸氣相平衡的論述。 Buk
eyser 女士寫道:“這裡, Willard Gibbs又一次只給出乾巴巴的概念,而把本來可用以
消除他與聽眾之間隔閡的步驟置之不顧。Maxwell補充了他本人帶有結論性的看法,這必定
比任何其它禮物更能打動 Gibbs 並使他感到高興的了。”這位著名的英國理論家做了一個
石膏模型,以圖解的方法展現出有關的熱力學關係式。他把這個模型送到了 New Haven。


Gibbs將這個模型帶到了課堂上,但在自己的講演中卻從未提到過它。有一天,一個學生問
起這個模型是從哪裡來的。Gibbs帶着他那使人難以忍受的謙遜回答:“是一位朋友送來的
。”這個孩子明明知道這位朋友是誰,還問:“這位朋友是誰?”但Gibbs所回答的只能是
:“一位英國朋友”。

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