凡得瓦

**約翰尼斯・迪德里克・范德瓦耳斯**（荷蘭語：Johannes Diderik van der Waals，荷蘭語發音：[joːˈɦɑnəz ˈdidərɪk fɑn dɛr ˈʋaːls] （ 聆聽），1837 年 —1923 年），荷蘭物理學家，曾任阿姆斯特丹大學教授。對氣體和液體的狀態方程式所作的工作。獲得 1910 年諾貝爾物理學獎。化學中有以他名字命名的凡得瓦力。

## 早年教育

凡得瓦是十個孩子中的老大，他的父母名為雅各布斯・范德瓦耳斯（Jacobus van der Waals）及伊麗莎白・范登貝赫（Elisabeth van den Berg）。他的父親是一個住在荷蘭萊頓市的木匠。

在十九世紀，工人階級的孩子通常沒有能力就讀中學然後晉升大學就讀。不過，他接受了小學教育，並於十五歲時完成學業。後來，他成為一名小學老師的助教。1856 年至 1861 年間，他跟著老師學習，順利考取教師執照，成為一名小學老師，並晉升為教務主任。

1862 年，他開始在城裡的大學中參加數學、物理學和天文學的講座，雖然他因缺乏一部份的古典語言上教育而未錄取為正式學生。然而，萊頓大學有一項規定，提供境外學生一年至多四堂的課程。在 1863 年，荷蘭政府創立了一所新的中學 (HBS，專為那些上層中產階級的孩子服務)，凡得瓦當時是一所小學的負責人，希望成為一名在 HBS 教授數學及物理課的教師，他花了兩年的空閒時間為所需要的考試做準備。

1865 年，他被聘請為 HBS 在代芬特爾的物理教師，並且在 1866 年，他在海牙也獲得這樣的職位，這裏離萊頓很近，凡得瓦可以在萊頓的大學繼續銜接之前所學的課程。在搬家到代芬特爾之前，他就已與十八歲的安娜・瑪格達蓮娜・斯密特在 1865 年 9 月結婚。

## 大學中的職業生涯

凡得瓦在他求學生涯中遇到了一些問題，因為他仍然缺乏能使他有權進入大學當正規學生和考試的古典語言的知識。但是，凡事都有湊巧，法律規範使高考發生了變化，教育部長改變了高考進入大學的規則，免除了必須研究古典語言的這項規定。凡得瓦也因此通過了資格考試，得到了物理和數學博士學位。

1873 年 6 月 14 日在萊頓大學，他根據彼得・賴克（Pieter Rijke）所寫的博士論文《關於氣體和液體狀態的連續性》（Over de Continuiteit van den Gas en Vloeistoftoestand）通過了答辯。在這篇論文中，他介紹了分子體積和分子吸引力的概念。

1877 年 9 月，凡得瓦被任命為阿姆斯特丹市立大學的物理系第一教授。他有兩個著名的同事─物理化學家雅各布斯・亨里克斯・范托夫（Jacobus Henricus van 't Hoff）和生物學家許霍・德弗里斯（Hugo de Vries）。可以預期從以前的小學老師，凡得瓦就是一位傑出且令人印象深刻的講師。凡得瓦持續在阿姆斯特丹大學任教，直到他到了退休的年齡，他當時 70 歲。他的兒子小約翰尼斯・迪德里克・范德瓦耳斯（Johannes Diderik van der Waals, Jr.）接替了他爸爸的光輝，他同時也是一個理論物理學家。

1864 年他被任命為代芬特爾一所中學的教師。1866 年他搬到 Hague，先是任職老師而之後成為了中學的主任。

新的法規取消了科學領域上接受過古典語言教育的優先入選資格，凡得瓦因而得以參加大學的入學考試。1873 年他以一篇標題為《關於氣體和液體狀態的連續性》的論文獲得了博士學位，並且立即使他名列為首要等級的物理學家。在這篇論文中他提出了同時可解釋氣體態和液體態的 "狀態方程式"。他指出，這兩個狀態的混合體不僅以一種連續性的方式合併成彼此，他們實際上還有著同樣的特性。這個從凡得瓦第一份論文得到的結論的重要性可以從詹姆斯・馬克士威在 "自然期刊" 雜誌中的註解得到證明：毫無疑問地，凡得瓦的名字很快地將會出現在主流的分子科學之中；並且：這將使得不只一位研究者去研究粗淺的荷蘭語─因為這篇論文是以荷蘭文寫的 (馬克士威大概是要說 "粗淺的德語"，不過這也是不正確的，因為以荷蘭語寫作是因凡得瓦本身之能力)。隨後，在 Proceedings of the Royal Netherlands Academy of Sciences 及 Archives Neerlandaises 中，許多和這主題相關的論文都被發表出來了，並且，他們也被翻譯成其它語言。

## 婚姻與家庭

他在 1865 年娶了安娜・瑪赫達萊娜・斯米特（Anna Magdalena Smit），兩人有三個女兒（Anne Madeleine，Jacqueline Elisabeth（Jacqueline Elisabeth 是歷史老師和一位知名的女詩人），Johanna Diderica (Johanna Diderica 是一位英語老師)）和一個兒子，物理學家 Johannes Diderik, Johannes Diderik Jr. 於 1903 年到 1908 年擔任 Groningen 大學的物理教授，並繼他的父親之後擔任阿姆斯特丹大學的物理講座教授，Jr. 的侄子彼得・范德瓦耳斯是一個櫥櫃製造商，並在格洛斯特郡學院工藝美術系是個領軍人物，在 1881 年，他的妻子死於肺結核，享年 34 歲。 在 Anna 逝世以後，女兒們回到家中照看她們的父親，凡得瓦從此沒有再婚，對他妻子的死感到非常震撼，此後的十年，他都沒有再公佈任何關於他事情，凡得瓦的主要休閒是在鄉間散步以及閱讀。最後凡得瓦於 1923 年 3 月 8 日死於阿姆斯特丹，享年 85 歲，就在他的女兒 Jacqueline 去世的一年後。

## 注釋

1. 嚴格地說，凡得瓦方程式也適用於某些狀態下的液體，但常用的還是在氣體中。

2. 亥姆霍茲自由能 A 是一個 特性函數 ，它作為溫度 T 和體積 V 的 全微分 表達式為 d A = - S d T - p d V 。

## 優良事蹟

凡得瓦獲得了無數的榮譽和聲望，並在 72 歲（1910 年）被授予諾貝爾物理學獎 。他被授予劍橋大學的博士學位，被世界榮譽協會的會員譽為莫斯科的博物學家，愛爾蘭皇家科學院和美國哲學學會會員，也是法蘭西學院和柏林皇家科學院的會員，比利時皇家科學院的準會員和外國化學倫敦學會會員，美國的國家科學院，和羅馬的學院代學院。凡得瓦在 1875 年成為荷蘭皇家藝術與科學學院成員，並從 1896 年起擔任這個學會的秘書直到 1912 年。

## 科研工作

凡得瓦的主要興趣在熱力學。他受到魯道夫克勞修斯非常大的影響，1857 年他的論文題目為 Über die Art der Bewegung，welche wir Wärme nennen 。克勞修斯的工作促使他去尋求解釋托馬斯安德魯實驗，在 1869 年時他發表了存在臨界溫度的液體理論。他設法將描述的現象和臨界溫度的凝結下一個定論，1873 年在他的論文發表中，題目是關於《關於氣體和液體狀態的連續性》。這是一項在物理學中非常具有標誌性的一篇論文，並立即受到大眾的認可，如同由詹姆斯克拉克馬克士威審查它在性質即一種美稱的方式。

在這篇論文中，他所發表的狀態方程式是出自於他的名字。這項實驗工作做了實際的操作，其中的液體和氣體的物質相融合成一個相互連續的方式。結果表明，這兩個階段是同一性質。凡得瓦在計算他的狀態方程式時，假設不僅存在分子（原子的存在是有爭議的時候），而且他們是有限的規模和相互吸引。由於他是其中的第一個假設的分子間作用力，但起碼，這種力現在有時也被稱為凡得瓦力。

第二個重大發現在 1880 年被發表，當時他制定了相應的狀態定律。這表明，凡得瓦狀態方程式可以表示為一個簡單的函數的臨界壓力、臨界體積、臨界溫度。這是適用於所有常態物質中（見凡得瓦方程式。）化合物特定常數 A 和 B 的原方程式所取代通用（複合獨立）的數量。正是這種規則，在擔任指導實驗，最終導致了詹姆斯杜瓦於 1898 年的液化氫，以及 Heike Kamerlingh Onnes 於 1908 年的氦氣。

1890 年，凡得瓦發表了論文的理論解二元檔案 Néerlandaises。通過與他的狀態方程式與熱力學第二定律，其形式首次提出了威拉德吉布斯，他能夠得出一個圖形表示他的數學公式的形式在表面，他稱之為 Ψ（PSI）的表面以下吉布斯，誰使用希臘字母 Ψ 自由能為一個系統的不同階段的平衡。

在 1893 年應該還提到凡得瓦的毛細現象的理論在其基本形式第一次出現。與此相反的力學角度提供關於這一問題的早期由 Pierre - 西蒙拉普拉斯，凡得瓦的熱力學方法。這是在有爭議的時候，由於存在分子和他們的永久，快速運動並沒有得到普遍接受之前，讓巴蒂斯特 Perrin 的實驗驗證愛因斯坦的理論解釋布朗運動。

## 貢獻

* 凡得瓦力
* 凡得瓦方程式
* 凡得瓦半徑
* 凡得瓦常數表

## 參考資料

* 諾貝爾獎官方網站關於約翰尼斯・范德瓦耳斯生平介紹 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）