约翰内斯·范德瓦耳斯

约翰内斯·迪德里克·范德瓦耳斯（Johannes Diderik van der Waals，1837年1923年），荷兰物理学家，曾任阿姆斯特丹大学教授。他因为在气体和液体的状态方程方面所做的贡献而获得了1910年的诺贝尔物理学奖。化学中有以他名字命名的范德瓦耳斯力。

## 早年教育

范德瓦耳斯出生于荷兰莱顿市，父亲名叫雅各布斯·范德瓦耳斯（Jacobus van der Waals），是一名木匠，母亲是伊丽莎白‧范登贝赫（Elisabeth van den Berg），两人育有 10 个孩子，范德瓦耳斯是老大。

在十九世纪，工人阶级的孩子通常没有能力就读中学并晋升至大学。不过，范德瓦耳斯接受了小学教育，并于十五岁时完成学业。后来，他成为一名小学老师的助教。1856年至1861年间，他跟着老师学习，顺利考取教师执照，成为小学老师，并晋升为教务主任。

## 大学教育

范德瓦耳斯在他求学生涯中遇到了一些问题，因为他缺乏当正规学生和考试的古典语言的知识，使他不能进入城里莱顿的大学成为正式大学学生，然而，莱顿大学有一项规定，提供境外的学生一年至多四堂课程。1862年，他开始参加大学里的数学、物理和天文学讲座。

在1863年，荷兰政府创立了一所新的中学 (HBS，专为那些上层中产阶级的孩子服务)，范德瓦耳斯当时是一所小学的负责人，他希望成为在HBS中教授数学及物理课的教师，他花了两年的空闲时间为所需要的考试做准备。1865年，他被聘请为HBS在代芬特尔的物理教师，在搬家到代芬特尔之前，9月，他与18岁的安娜·玛格达莲娜·斯密特结婚。1866年，他在海牙也获得这样的职位，这里离莱顿很近，范德瓦耳斯可以在莱顿的大学继续衔接之前所学的课程。

凡事都有凑巧，荷兰法律规范发生了变化，教育部长改变了高考进入大学的规则，免除了必须研究古典语言的这项规定。范德瓦耳斯也因此通过了资格考试，得到了物理和数学博士学位。

1873年6月14日在莱顿大学，他根据彼得·赖克（Pieter Rijke）所写的博士论文《关于气体和液体状态的连续性》（Over de Continuiteit van den Gas en Vloeistoftoestand）通过了答辩。在这篇论文中，他介绍了分子体积和分子吸引力的概念。他提出了同时可解释气体态和液体态的"状态方程式"。他指出，这两个状态的混合体不仅以一种连续性的方式合并成彼此，他们实际上还有着同样的特性。

但范德瓦耳斯的论文成就所得到的认同来得缓慢，主要因为他的研究起初只以荷兰文发表。詹姆斯·马克士威在评论范德瓦耳斯发表于《自然》（Nature）杂志的论文时，很有先见地指出：“毫无疑问地，范德瓦耳斯的的名字很快地会被列在分子科学最前沿中。”；“并且，这将使得不只一位研究者去研究粗浅的荷兰语─因为这篇论文是以荷兰文写的。”

直到 1877 年，范德瓦耳斯的发现在广泛流传的德语杂志《物理学年鉴》（Annalen der Physik）中被做了概述介绍后，物理界才完全明白此研究的创新本质，而激起一阵液体和气体分子物理的研究热潮。随后，在Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Sciences及Archives Neerlandaises中，许多和这主题相关的论文都被发表出来了，并且，他们也被翻译成其它语言。

1877年9月，范德瓦耳斯被任命新成立的阿姆斯特丹大学的物理系第一教授。他有两个著名的同事─物理化学家雅各布斯·亨里克斯·范托夫（Jacobus Henricus van 't Hoff）和生物学家许霍·德弗里斯（Hugo de Vries）。范托夫是第一届诺贝尔化学奖得主，而德弗里斯是一位开创性的遗传学者。这些杰出的学者，最终引领了新大学在荷兰科学崭新的黄金年代中脱颖而出。

范德瓦耳斯持续在阿姆斯特丹大学任教，直到他到了退休的年龄，他当时70岁。他的儿子小约翰内斯·迪德里克·范德瓦耳斯（Johannes Diderik van der Waals, Jr.）接替了他爸爸的光辉，他同时也是一个理论物理学家。

可以预期从以前的小学老师，范德瓦耳斯就是一位杰出且令人印象深刻的讲师。

## 婚姻与家庭

1865年，范德瓦耳斯娶了安娜·玛赫达莱娜·斯米特（Anna Magdalena Smit），两人有三个女儿和一个儿子。女儿（Anne Madeleine，Jacqueline Elisabeth（Jacqueline Elisabeth是历史老师和一位知名的女诗人），Johanna Diderica(Johanna Diderica是一位英语老师)。儿子(Johannes Diderik, Johannes Diderik Jr.)是一名物理学家，于1903年到1908年担任Groningen大学的物理教授，并继他的父亲之后担任阿姆斯特丹大学的物理讲座教授。Jr.的侄子彼得·范德瓦耳斯是一个橱柜制造商，并在格洛斯特郡学院工艺美术系是个领军人物。

范德瓦耳很重视个人隐私。1881年，他的妻子Anna突然因肺结核病死，年仅34岁，让他极度震惊与心碎，尔后十几年没有发表论文。他在妻子逝世以后，从未再婚，和 4 个小孩过着安静的生活，女儿们回到家中照看她们的父亲。

范德瓦耳斯的主要休闲是在乡间散步以及阅读。最后，他于1923年3月8日死于阿姆斯特丹，享年85岁，就在他的女儿Jacqueline去世的一年后。

## 注释

1.严格地说，范德瓦耳斯方程式也适用于某些状态下的液体，但常用的还是在气体中。

2.亥姆霍兹自由能 A 是一个 特性函数，它作为温度 T 和体积 V 的 全微分 表达式为 d A = - S d T - p d V。

## 优良事迹

范德瓦耳斯获得了无数的荣誉和声望，并在72岁（1910年）被授予诺贝尔物理学奖。他被授予剑桥大学的博士学位，被世界荣誉协会的会员誉为莫斯科的博物学家，爱尔兰皇家科学院和美国哲学学会会员，也是法兰西学院和柏林皇家科学院的会员，比利时皇家科学院的准会员和外国化学伦敦学会会员，美国的国家科学院，和罗马的学院代学院。范德瓦耳斯在1875年成为荷兰皇家艺术与科学学院成员，并从1896年起担任这个学会的秘书直到1912年。

## 科研工作

范德瓦耳斯的主要兴趣在热力学。他受到鲁道夫克劳修斯非常大的影响，1857年他的论文题目为Über die Art der Bewegung，welche wir Wärme nennen。克劳修斯的工作促使他去寻求解释托马斯安德鲁实验，在1869年时他发表了存在临界温度的液体理论。他设法将描述的现象和临界温度的凝结下一个定论，1873年在他的论文发表中，题目是关于《关于气体和液体状态的连续性》。这是一项在物理学中非常具有标志性的一篇论文，并立即受到大众的认可，如同由詹姆斯克拉克麦克斯韦审查它在性质即一种美称的方式。

在这篇论文中，他所发表的状态方程式是出自于他的名字。这项实验工作做了实际的操作，其中的液体和气体的物质相融合成一个相互连续的方式。结果表明，这两个阶段是同一性质。范德瓦耳斯在计算他的状态方程式时，假设不仅存在分子（原子的存在是有争议的时候），而且他们是有限的规模和相互吸引。由于他是其中的第一个假设的分子间作用力，但起码，这种力现在有时也被称为范德瓦耳斯力。

第二个重大发现在1880年被发表，当时他制定了相应的状态定律。这表明，范德瓦耳斯状态方程式可以表示为一个简单的函数的临界压力、临界体积、临界温度。这是适用于所有常态物质中（见范德瓦耳斯方程式。）化合物特定常数 A和B的原方程式所取代通用（复合独立）的数量。正是这种规则，在担任指导实验，最终导致了詹姆斯杜瓦于1898年的液化氢，以及Heike Kamerlingh Onnes于1908年的氦气。

1890年，范德瓦耳斯发表了论文的理论解二元档案 Néerlandaises。通过与他的状态方程与热力学第二定律，其形式首次提出了威拉德吉布斯，他能够得出一个图形表示他的数学公式的形式在表面，他称之为Ψ（PSI）的表面以下吉布斯，谁使用希腊字母Ψ自由能为一个系统的不同阶段的平衡。

在1893年应该还提到范德瓦耳斯的毛细现象的理论在其基本形式第一次出现。与此相反的力学角度提供关于这一问题的早期由Pierre -西蒙拉普拉斯，范德瓦耳斯的热力学方法。这是在有争议的时候，由于存在分子和他们的永久，快速运动并没有得到普遍接受之前，让巴蒂斯特Perrin的实验验证爱因斯坦的理论解释布朗运动。

## 贡献

- 范德瓦耳斯力
- 范德瓦耳斯方程
- 范德瓦耳斯半径
- 范德瓦耳斯常数表

## 参考资料

- 诺贝尔奖官方网站关于约翰内斯·范德瓦耳斯生平介绍

## 基本资料

- 原文名：Johannes van der Waals
- 原文名：nl
- 出生日期：1837年11月23日
- 出生地：荷兰莱顿
- 逝世日期：1923年3月8日
- 逝世地：荷兰阿姆斯特丹
- 居住地：

<image>

荷兰
- 国籍：

<image>

荷兰
- 研究领域：物理学家
- 机构：阿姆斯特丹大学
- 母校：莱顿大学
- 博士导师：彼得·赖克 (Pieter Rijke)
- 博士生：迪德里克·科特韦格
- 知名于：分子力
- 获奖：

<image>

诺贝尔物理学奖（1910年）