J. Willard Gibbs

Doktora öncesi

J. Willard Gibbs 11 Şubat 1839 tarihinde Connecticut eyaletine bağlı New Haven'da ABD'ye 17. yüzyılda göç etmiş bir ailenin 6. kuşağı olarak dünyaya geldi. Yale'de kutsal metinler profesörü olan Josiah Willard Gibbs Sr. ve Mary Anna Van Cleve Gibbs'in beş çocuğundan biri ve tek oğludur.
Üniversite'ye Hopkins Grammer School, New Heaven'da hazırlanan Gibbs, 1854 yılında Yale'e lisans eğitimi için kabul edildi. 1858'deki mezuniyetine kadar matematik ve Latincedeki başarısı nedeniyle çeşitli ödüllerin de sahibi oldu. Mezuniyet sonrası akademik çalışmalarına devam etti ve 1863 yılında doktor unvanını yine aynı üniversiteden makine mühendisliği alanında aldı. Gibbs'in doktorayı bitirdiği sene, ABD'de doktora programları henüz iki senedir açıktı. Bu durumunda da etkisiyle ülke tarihinde bütün fen bilimlerinde ikinci, mühendislikte verilmiş ilk doktora derecesinin sahibi olan bilim insanıdır.
Doktora sonrası Yale'de okutman olarak bir dönem ya da üç yıl geçiren Gibbs, bu zaman zarfında, ilk iki senesinde Latince son senesinde ise fizik ya da doğa felsefesi dersleri verdi. 1866 yılında iki kız kardeşi ile beraber Avrupa'ya gitmek üzere New Heaven'dan ayrıldı.

Avrupa seyahati

İlk önce bir süre Paris'te kalan Gibbs, sonraki sene  Magnus'un ve diğer fizikçi ve matematikçilerin derslerine katıldığı Berlin'e geçti. Son iki senesini Helmholtz ve Kirchoff'un ders verdiği  Heidelberg'de geçirdikten sonra 1869'da New Heaven'a geri döndü. Akademik kariyerinin gelişiminde kısa Avrupa seyahatinin etkisinin mühendislik eğitimine nazaran belirleyici olduğu söylenebilir.

Akademisyen yılları

Avrupa seyahatinden iki sene sonra, 1871'de, henüz ilk bilimsel makalesini yayımlamamışken Yale'de vefaatine kadar sürdüreceği  matematik fiziği profesörlüğü görevine kabul edildi. Kariyerinin ilk dokuz senesinde maaş almadan çalıştı ve diğer üniversitelerden gelen teklifleri de reddetti. 1873'te önemli makalelerinden ilki "Akışkanlar termodinamiğinde grafik yöntemleri"ni ve ikincisi "Maddelerin termodinamik özelliklerinin geometrik anlatımı için bir method"u yayımladı. Bu makalelerle Gibbs, matematik fiziği alanındaki uzmanlığını bilim dünyasına gösterirken, o iki bölüm halinde 1876 ve 1878 yıllarında yayımlanacak olan "Heterojen maddelerin dengesi üzerine"yi hazırlıyordu. Kimyasal tepkimenin enerjisi ile ısı enerjisinin bağlantısını selefi teorilere göre çok daha net bir şekilde açıklayan bu makalenin yayımlanması bile sorunluydu. Çünkü dergiyi yayımlayan Connecticut Sanat ve Bilimler Akademisi üyelerinin hiçbiri bu makaleyi tam olarak değerlendirebilecek bilgiye sahip değildi. Makale akademisyenlerin Gibbs'e olan güvenlerine dayanarak yayımlanabildi.  Aynı nedenle uzun bir süre hak ettiği ilgiyi görmedi, ta ki 1892'ye dek.
1892'de Ostwald tarafından Almancaya, 1899'da  Le Chatelier tarafından Fransızcaya çevrilen makalesi Maxwell'in de verdiği destekle kendisine Avrupa'da hakkettiği ünü sağladı. Yayımladığı son çalışması 1902 yılında yayımlanan "İstatiksel mekaniğin temel prensipleri" isimli kitabı olan Gibbs, ölmeden önce heterojen denge konusunda çalışmaya devam ediyordu.

Kariyeri

Willard Gibbs içine kapanık, yalnız çalışmayı seven ve titiz bir bilim insan olarak tanımlanır. Yakınlarınca anlatılan en belirgin özelliği mütevazı kişiliğidir. Çalışmaları ve kendisi hakkında konuşurkenki alçak gönüllülüğü onlara bilim dünyasındaki yerinin tam olarak farkında olmadığını düşündürecek kadar fazladır. Halbuki Gibbs'in mütevazılığı akademik tarzı ile son derece örtüşmektedir. Bumsted onun bu tavrını çalışmaları ile arasında duygusal bir bağ kurmamasına ve onları savunmak ya da önemini anlatmak zorunda kalmayacak kadar rafine bir hale gelince yayımlamasına bağlar.  Gibbs'in eserleri kendi başlarına ayakta kalacak kadar sağlamdır.
Ostwald, Gibbs'in tarzını klasik teorisyenliğin en uç noktası olduğunu belirtmiştir.  Ona göre bir klasik teorisyen az sayıda konuyla son derece titizce ilgilenir, fikir alışverişine fazla önem vermez, çalışmaları ile ilgili söylediği ilk söz genelde son sözüdür.  Çünkü çalışmasının son halidir.  Genellikle bu rafine çalışma muadillerine göre uzun süre gündemde kalacak kalitede olur. Gibbs'in tüm kariyerinde bu tanımlamanın izlerini görmek mümkündür.

Entropi

"Akışkanlar termodinamiğinde grafik yöntemleri" ve "Maddelerin termodinamik özelliklerinin geometrik anlatımı için bir method" isimli makalelerinde termodinamik kurallarının algılanmasını geliştirecek metotları araştıran Gibbs mekanik modellerin kavramları tam olarak anlatabildiğine inanmıyordu.  Bu nedenle ilk çalışmaları geometrik gösterimler üzerine incelemelerdi.  Bu makalelerinde ilk defa kullanılan grafiklerden en temeli sıcaklık - entropi diyagramıdır. Halihazırda yaygın bir şekilde kullanılan tıpkı hacim - basınç diyagramındaki gibi, herhangi bir çevrimin alanı ısısı ya da işi ile doğru orantılıdır. Belirli nedenlerden dolayı özellikle buhar makinelerinde ilk diyagrama göre daha fazla uygulama alanı bulmuştur.
Entropi ile ilgili olarak geliştirdiği bir diğer diyagram hacim - entropi diyagramıdır.  Bu gösterim maddelerin ısı ya da iş gereksinimleri değil de kimyasal özellikleri incelendiği zaman faydasını gösterir. Çünkü entropi de hacim de niceliğe bağlı özelliklerdir, madde miktarı ile değişiklik gösterirler. Örneğin hacim - entropi diyagramını kullanmadan su benzeri en yüksek hacmine sıvı halinde ulaşan maddelerin fazlarının gösterimi mümkün değildir.

Termodinamik

Kimyasal enerji ve ısı enerjisi arasındaki bağlantı Gibbs'in Heterojen maddelerin dengesi üzerine isimli makalesine kadar belirgin değildi.  Bu makale ile kimyasal reaksiyonlar da termodinamik yasaları dahilinde tanımlanabilir oldu. Gibbs, tek bir makale ile, şimdi fiziksel kimya dediğimiz alanın ana hatlarını neredeyse hatasızca çizdi. Van't Hoff'un seyreltik çözeltiler ve gazlar arasındaki benzerlik ile ilgili çalışmaları, Helmholtz'un (şu an Gibbs - Helmholtz denklemi olarak adlandırılan) galvanik pil üzerine çalışmalarını bu eserler ortaya çıkmadan yıllar önce Gibbs'in makalesinde görmek mümkündür. Makalesinin matematik altyapısı yaşadığı devrin kimyagerleri için karmaşıktır.  Bu nedenle içeriğinin önemi yıllar sonra fark edilebilmiştir. Lord Rayleigh'ın çalışmanın çok yoğun olduğu ve daha açıklayıcı yeni bir yayıma ihtiyaç duydukları ve makaleyi mevcut haliyle sadece yazarının anlayabileceğine ilişkin yorumuna Gibbs makalenin en büyük problemin tam tersine fazla uzun olması olduğu karşılığını vermiştir.

Gibbs faz kuralı

Heterojen sistemlerle bağlantılı olarak geliştirdiği faz kuralı çalışmalarının en sadelerinden ve en önemlilerinden biridir. Kimyasal bileşenlerin sınıflandırılmasında önemli rol oynayan bu kural, aynı bileşenlerin kararlılıkları konusunda da fikir verir. Demir ve çelik metalurjisinin temel taşı olan faz diyagramlarının çizilebilmesini sağlar.

Vektör hesabı

Gibbs'in kimyadaki başarılarının yanı sıra, matematiğe katkıları da azımsanamayacak boyuttadır. Yale'deki matematik fiziği derslerinde, özellikle elektrik teorisi ve manyetizma'nın netlikle açıklanabilmesi için vektör cebrine olan ihtiyacı fark eden Gibbs günümüzde de kullanılan vektör hesabını geliştirdi.

İstatistiksel mekanik

Son çalışması The elemantary principles of statistical mechanics yüksek serbestlik derecesine sahip sistemlerin açıklanması üzerineydi.

Diğer çalışmaları

Gibbs'in çalışmalarının teorik altyapısı probleme geniş bir pesfektiften yaklaştığı için pek çok alana uygulanabilir. Bu temelden yola çıkarak kolloid bilimi, peroksitlerin gaz yoğunlukları, elektrokimya konularında makaleler kaleme almıştır. Yine 1882 - 1889 yılları arasında ışığın elektromanyetik teorisi ile ilgili yayımladığı 5 makale temelini önceki çalışmalarından alır. Günümüzde Gibbs - Konowalow Kanunu denilen, seyreltilen bir karışımın gaz basıncının değişim yönünün, derişimin değişim yönü ile aynı olduğu olgusu yine bu makalelerde görülebilir.
Bu çalışmalarının yanı sıra meslektaşlarının isteği üzerine çalışmalarda da bulunmuştur. Edwin Wilson, Gibbs'in 1894 yılında Amerikalı bilim adamı  Samuel Langley'nin yardım isteği üzerine süzülme sırasında etki eden kuvvetler hakkında çalıştığını belirtmektedir.

Eğitimciliği

Ostwald'ın tanımı Gibbs'in eğitimciliğinde de kendini gösterir. Tüm akademik kariyeri boyunca ancak yüze yakın doktora öğrencisi olan Gibbs'in öğrencileri ile olan ilişkisi de mesafelidir. Ona göre verdiği derslerin zorluğu, kapsamı veya öğrencilerin temeldeki eksikleri onların problemidir ve kendilerini derse hazırlamaları gerekmektedir. Bu nedenle bazı öğrencileri onun bu tarzından şikayet ederken, bir kısmı ise kendine has tarzı olan ve zekasının büyüsüne kapılan herkese ilham veren biri olarak tanımlar. Onun bu kendine yeter tarzı bilimsel yaklaşımını devam ettirecek öğrenciler bulmasına, bir akım oluşturmasına engel olmuştur. Doktora öğrencileri bile çalışmalarını son birkaç rötuşa kadar kimseyle paylaşmadığını, öğrencilerinin onu gerçek anlamıyla çalışırken asla göremediğini  belirtirler.

Kişiliği

Gibbs'in mütevazı kişiliği yakınlarınca anlatılan en belirgin özelliğidir.  Çalışmaları ve kendisi hakkında konuşurkenki alçak gönüllülüğü bilim dünyasındaki yerinin tam olarak farkında olmadığını düşündürecek kadar fazladır.

Ödülleri

Başarılarla dolu kariyerinde aldığı sayısız takdirler arasında Connecticut Sanat ve Bilimler Akademisi, Amerikan Sanat ve Bilimler Akademisi, Britanya Kraliyet Enstitüsü, Cambridge Felsefe Topluluğu, Londra Kraliyet Topluluğu, Berlin Prusya Kraliyet Akademisi, Fransız Enstitüsü, Londra Fizik Topluluğu, Bavyera Bilim Akademisi ve Amerikan Matematik Topluluğu sayılabilir.
Aldığı ödüller arasında 1881'de Boston Amerikan Üniversitesi tarafından Rumford Madalyası'na, 1901 yılında döneminin en prestijli bilim ödülü sayılabilecek Copley Madalyası'na layık görülmüştür.

Etkileri

Willard Gibbs'i meslektaşlarından ayıran en büyük özelliği termodinamiği  kimsenin ulaşamadığı farklı bakış açısı ile ele alması ve sayısız termodinamik prensibi tek başına keşfetmesidir. Bir mühendistir ve ilk çalışmalarının hepsi mühendislik problemlerinin çözümüne odaklıdır. Herhangi bir kuramsal çalışması 1871'deki ünlü makalesine kadar yoktur. Tüm bunlara rağmen teorik kimya alanına bir tek çalışmayla en fazla katkıyı yapan Amerikalıdır. Guerlac Gibbs'in pratik konulardan kuramsal alana kayışının A.B.D.'de teorik çalışmaların yaygınlaşmaya başlamasının öncül bir örneği olduğu yorumunu çıkarır.

Anma

1910 yılından beri Amerikan Kimya Topluluğu'nun Chicago Bölümü yılın en iyi makalesinin sahibine Willard Gibbs Madalyası vermektedir. Yale, 1934'ten beri adını yaşatmak için Gibbs matematik profesörü unvanını saygın akademisyenlerine sunmaktadır.

İlişkili maddeler

Rudolf Clausius
Sadi Carnot
Gibbs Termodinamik Formülü