喬賽亞·威拉德·吉布斯

喬賽亞·威拉德·吉布斯，美國科學家。他在物理學、化學以及數學領域都做出了重大的理論貢獻，其中在有關熱力學的實際應用的研究奠定了物理化學的基礎。:344吉布斯還透過系綜理論給出了熱力學定律的一種微觀解釋，由此成為統計力學的建立者之一。“統計力學”這個術語也是由他引入的。同時，吉布斯還將麥克斯韋方程組引入物理光學的研究，並與英國科學家奧利弗·亥維賽各自獨立發展了現代向量分析理論:473。1863年，吉布斯獲得耶魯學院所授予的美國國內首個工程學博士學位。1871年，他在旅居歐洲三年後被聘任為耶魯學院的數學物理學教授，並一直擔任這一職位直到去世。吉布斯儘管相對孤立於當時科學蓬勃發展的歐洲，但還是成為了美國首位獲得國際聲譽的理論科學家，並被阿爾伯特·愛因斯坦譽為“美國史上最為傑出的英才”。1901年，他因在數學物理學領域的貢獻而獲授當時國際科學界的最高獎項，英國皇家學會頒發的科普利獎章。吉布斯一生的事蹟受到眾多作家以及評論家的傳頌。他所做的研究儘管大多都是純理論性的，但其實際應用價值在20世紀上半葉化工領域的蓬勃發展中得到了充分的體現。諾貝爾物理學獎得主羅伯特·密立根曾這樣評價吉布斯：“[他]對於統計力學和熱力學來說，就如同拉普拉斯之於天體力學，麥克斯韋之於電動力學。他為自己所研究的領域構造了幾近完整的理論體系。”:121–146生平.家族背景.吉布斯出身於一個英才輩出的美國北方家族。他的父親是語言學家兼神學家，母親是瑪麗·安娜·吉布斯。他是他父母五個子女中的老四，也是他們唯一的兒子。他的父系血緣可追溯至曾於1701年至1707年擔任哈佛大學校長的，而其母系血緣則可追溯至新澤西州學院的首任校長牧師。“喬賽亞·威拉德”這個名字則吉布斯曾任馬薩諸塞灣省布政司的祖先，喬賽亞·威拉德。吉布斯的家人及同事一般把他父親叫作“喬賽亞”，而稱他為“威拉德”:121。老吉布斯自1824年至1861年其去世一直擔任耶魯大學神學院的經學教授。他積極支援廢奴主義，曾幫助帆船所載的非洲人尋找翻譯，讓他們能夠為反抗行為作證辯護。早年.吉布斯10歲時就讀於，後於1854年進入耶魯學院學習。在校期間，他曾因數學及拉丁語成績優異而獲獎。1858年，他以班級頂尖成績畢業。畢業後，他留校成為的研究生。19歲時，吉布斯當選康涅狄格藝術與科學學會會員。這個學會的會員大多是耶魯學院的教員。:104數學家和天文學家休伯特·安森·牛頓是吉布斯耶魯時期的導師。牛頓對吉布斯的未來發展產生了很大程度的影響。他是流星體方面研究的權威，並且是吉布斯一生的摯友。:23–241861年，吉布斯在其父去世後繼承了一筆遺產。這筆遺產足以應付其日常開支:120, 142。吉布斯早年一直受多種健康問題困擾。他的醫生曾懷疑他是結核易感者。他的母親就是因結核喪命。同時他還患有散光。由於當時的眼科大夫對如何矯正散光仍知之甚少，因此吉布斯不得不自行驗光製作矯正鏡片。:29–31但他只在晚年閱讀或做其他細緻的工作時戴眼鏡。:30–31健康狀況不佳可能就是他沒有在南北戰爭期間自願參軍的原因之一:30。戰時，他也並沒有受到徵召，得以一直留在耶魯:134。1863年，耶魯學院授予了吉布斯美國國內首個工程學哲學博士學位:32。他的學位論文題為《論直齒輪輪齒的樣式》。:1吉布斯所提出的系綜這一概念在理論物理學界和純粹數學界都產生了巨大的影響。數學物理學家這樣評價吉布斯：“每位曾經學習過熱力學和統計力學的人都會注意到，吉布斯的科學工作最令人印象深刻的特點之一，就是他對於概念的表述非常貼切。這讓它們在理論物理學和數學經過百年動盪洗禮後仍能倖存下來。”阿爾伯特·愛因斯坦1902至1904年曾寫過三篇有關統計力學的論文。但他一開始並不知道吉布斯在該領域的工作。在閱讀了吉布斯所著的教科書後，愛因斯坦承認吉布斯所採用的處理方法要優於自己的，並說如果早一些知道吉布斯的相關工作的話，他可能就不會寫那三篇文章了。:147–1801954年，在被問到誰是其所認識的最為偉大的思考者，愛因斯坦給出的回答是亨德里克·洛倫茲。但他後來又補充道：“我與威拉德·吉布斯素昧平生，否則我也許會將他與洛倫茲一同作為我的答案。”:73吉布斯在其早期論文中論述的熱力學的影象方法反映了後來被數學家稱作是的思想。:x–xxxiv數學家巴里·西蒙稱這一思想蟄伏了近75年。:287基於吉布斯關於熱力學以及統計力學的工作的數學概念還有博弈論中的，資訊理論中的吉布斯不等式:68以及中的吉布斯取樣法。:149-150吉布斯發展的向量分析是他對數學做出的另一項巨大貢獻。1901年出版的基於吉布斯講義的《向量分析》促進了向量方法及其表示方法在理論物理學和數學界的推廣，並令其最終取代了在當時科學占主導地位的四元數。:60-61吉布斯還是被譽為“無線電之父”的李·德富雷斯特的導師。其發明了三極體放大器。:18德福雷斯特認為“電氣領域的領導者會是那些不斷尋求電磁波、電磁振盪理論突破並用自己的才智探尋這種形式的能量應如何傳播的人”。而他承認這一想法是吉布斯。吉布斯還對數理經濟學產生了間接的影響。他曾審讀1891年獲得耶魯首個經濟學哲學博士學位的歐文·費雪的學位論文。在1892年出版的《價值和價格理論的數學研究》中，費雪借用吉布斯所提出的物理和化學系統的平衡理論，提出了市場的一般均衡理論，並使用了吉布斯的向量表述方法。吉布斯的門徒威爾遜也曾指導過美國著名經濟學家，諾貝爾經濟學獎獲得者保羅·薩繆爾森。在1947年出版的《》一書中，他將吉布斯說的“數學是一種語言”作為該書的。他說他對於價格的理解的思想淵源並不是帕累託或是斯盧茨基，“而是偉大的熱力學家，耶魯大學的威拉德·吉布斯”。:863數學家諾伯特·維納將吉布斯利用機率論對於統計力學的表述稱作是“20世紀物理的第一次重大變革”，並且認為他所提出的控制論受到其很大的影響。他在《》的序言中說：“本書旨在透過吉布斯的觀點對於發展中的科學的實質性改造及其對我們生活態度總體上的間接影響，來說明其對於現代生活的衝擊。”:10–11後世對於吉布斯的紀念.當德國物理化學家瓦爾特·能斯特1906年為做而拜訪耶魯時，他驚訝地發現當時竟然沒有設立任何吉布斯的紀念碑。因此，他為資助校方樹立一座紀念碑而將500美元的講座費捐出。由雕刻家完成的一尊淺浮雕紀念像最終在1912年揭幕，安放在斯隆實驗室。:211910年，美國化學學會創設了，以表彰對於純化學或應用化學做出傑出工作的人。1923年，美國數學學會捐資設立了，“以向公眾展示一些數學思想及它們的應用”。1945年，耶魯大學設立了喬賽亞·威拉德·吉布斯理論化學教授席位。拉斯·昂薩格一直擔任這一教職直到1973年。昂薩格像吉布斯一樣專注於將新的數學理論引入到物理化學的研究中來。他1968年獲得了諾貝爾化學獎。:77除了創設喬賽亞·威拉德·吉布斯實驗室以及喬賽亞·威拉德·吉布斯數學副教授席位外，耶魯大學還在1989年以及吉布斯去世百年之際的2003年舉辦了兩場有關吉布斯生活和工作的專題座談會。:3羅格斯大學也捐資設立了喬賽亞·威拉德·吉布斯熱力學教授席位。伯納德·科爾曼自1988年起就擔任這一教職。吉布斯1950年被選入美國偉人名人堂。海洋考察船喬賽亞·威拉德·吉布斯號自1958年至1971年在美國海軍中服役。而為紀念吉布斯，1964年，月球東側邊緣附近的一個隕石坑被命名為吉布斯隕石坑。2005年，美國郵政署發行了一套紀念美國科學家的郵票，其中包含了吉布斯紀念郵票。文學作品中.1909年，美國曆史學家和小說家寫了一篇題為《歷史的相律》一書中。20世紀30年代，詩人被吉布斯一生事蹟所吸引，為他寫了一首有關他生活和工作的長詩，《吉布斯》，併為他創作了一部傳記。:73–120她這樣評價吉布斯：魯凱澤所作的傳記於1942年出版，受到了文學界的好評。科學界則對之譭譽參半。吉布斯的外甥，耶魯大學物理化學教授，拉爾夫·範·內姆就對她所作的傳記感到不滿。這多少是由於她缺乏相關的科學訓練。他因此決定不讓她閱讀家族的信箋，並勸說吉布斯以前的學生撰寫包含更多有關其科學工作的內容的傳記。吉布斯的門徒埃德溫·威爾遜也嚴厲批評魯凱澤描述吉布斯一生的方式。:386–389在範·內姆和威爾遜的支援下，物理學家林德·惠勒撰寫了一本描述吉布斯的傳記，並於1951年出版。:ix–xiii:287–289《財富》雜誌1946年的一期以麥克斯韋所做的基於吉布斯工作的水的作為封面，並配以封面故事“基礎科學”。魯凱澤稱這個面為“水的雕塑”:203，而雜誌稱它“是一位偉大的美國科學家的抽象創作，以當代藝術中的象徵主義形式表現出來”。:117這幅由阿瑟·利多夫創作的封面裡還包含吉布斯相律的數學表示式，一個雷達螢幕，示波器中顯示的波形，牛頓的蘋果以及一個三維相圖。在她1997年出版的詩集《正北》中顯著地提到了吉布斯和魯凱澤所寫的傳記。托馬斯·品欽在他2006年的小說《抵抗白晝》中將吉布斯設定為其中一個人物的導師。他在這部小說中也用不少的篇幅描寫了冰洲石發生的吉布斯曾經研究過的雙折射現象。