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                  族譜網(wǎng) 頭條 人物百科

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                  2020-10-16
                  出處:族譜網(wǎng)
                  作者:阿族小譜
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                  生平家族背景吉布斯出身于一個(gè)英才輩出的美國(guó)北方家族。他的父親是語(yǔ)言學(xué)家兼神學(xué)家老約西亞·威拉德·吉布斯(英語(yǔ):JosiahWillardGibbs,Sr.),母親是瑪麗&m

                  生平

                  家族背景

                  吉布斯出身于一個(gè)英才輩出的美國(guó)北方家族。他的父親是語(yǔ)言學(xué)家兼神學(xué)家 老約西亞·威拉德·吉布斯 ( 英語(yǔ) : Josiah Willard Gibbs, Sr. ) ,母親是瑪麗·安娜·吉布斯 。他是他父母五個(gè)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于1701年至1707年擔(dān)任哈佛大學(xué)校長(zhǎng)的 薩繆爾·威拉德 ( 英語(yǔ) : Samuel Willard ) ,而其母系血緣則可追溯至新澤西州學(xué)院 的首任校長(zhǎng) 喬納森·迪金森 ( 英語(yǔ) : Jonathan Dickinson (New Jersey) ) 牧師?!凹s西亞·威拉德”這個(gè)名字則來(lái)源于吉布斯曾任 馬薩諸塞灣省 ( 英語(yǔ) : Province of Massachusetts Bay ) 布政司的祖先,約西亞·威拉德。

                  吉布斯的家人及同事一般把他父親叫作“約西亞”,而稱他為“威拉德” 。老吉布斯自1824年至1861年其去世一直擔(dān)任 耶魯大學(xué)神學(xué)院 ( 英語(yǔ) : Yale Divinity School ) 的經(jīng)學(xué)教授。他積極支持廢奴主義,曾幫助 友誼號(hào) ( 英語(yǔ) : La Amistad ) (西班牙語(yǔ): La Amistad )帆船所載的非洲人尋找翻譯,讓他們能夠?yàn)榉纯剐袨樽髯C辯護(hù) 。

                  早年

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    學(xué)生時(shí)代的吉布斯(大約攝于1855年)

                  吉布斯10歲時(shí)就讀于 霍普金斯學(xué)校 ( 英語(yǔ) : Hopkins School ) ,后于1854年進(jìn)入耶魯學(xué)院學(xué)習(xí)。在校期間,他曾因數(shù)學(xué)及拉丁語(yǔ)成績(jī)優(yōu)異而獲獎(jiǎng)。1858年,他以班級(jí)頂尖成績(jī)畢業(yè)。 畢業(yè)后,他留校成為 謝菲爾德科學(xué)學(xué)校 ( 英語(yǔ) : Sheffield Scientific School ) 的研究生。19歲時(shí),吉布斯當(dāng)選康涅狄格藝術(shù)與科學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員。這個(gè)學(xué)會(huì)的會(huì)員大多是耶魯學(xué)院的教員。 數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家 休伯特·安森·牛頓 ( 英語(yǔ) : Hubert Anson Newton ) 是吉布斯耶魯時(shí)期的導(dǎo)師。牛頓對(duì)吉布斯的未來(lái)發(fā)展產(chǎn)生了很大程度的影響。他是流星體方面研究的權(quán)威,并且是吉布斯一生的摯友。 1861年,吉布斯在其父去世后繼承了一筆遺產(chǎn)。這筆遺產(chǎn)足以應(yīng)付其日常開(kāi)支 。

                  吉布斯早年一直受多種健康問(wèn)題困擾。他的醫(yī)生曾懷疑他是結(jié)核易感者。他的母親就是因結(jié)核喪命。同時(shí)他還患有散光。由于當(dāng)時(shí)的眼科大夫?qū)θ绾纬C正散光仍知之甚少,因此吉布斯不得不自行驗(yàn)光制作矯正鏡片。 但他只在晚年閱讀或做其他細(xì)致的工作時(shí)戴眼鏡。 健康狀況不佳可能就是他沒(méi)有在南北戰(zhàn)爭(zhēng)期間自愿參軍的原因之一 。戰(zhàn)時(shí),他也并沒(méi)有受到征召,得以一直留在耶魯 。

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    擔(dān)任耶魯學(xué)院助教時(shí)的吉布斯

                  1863年,耶魯學(xué)院授予了吉布斯美國(guó)國(guó)內(nèi)首個(gè)工程學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位 。他的學(xué)位論文題為《論直齒輪輪齒的樣式》( 英語(yǔ): On the Form of the Teeth of Wheels in Spur Gearing )。在這篇文章中,他利用幾何方法探討了不同的齒輪設(shè)計(jì)樣式。 畢業(yè)后,吉布斯留校當(dāng)了三年助教。他頭兩年講授拉丁語(yǔ),第三年講授物理 。1866年,他申請(qǐng)了一項(xiàng)有關(guān)火車制動(dòng)的專利 。美國(guó)的火車因?yàn)榇隧?xiàng)專利不再需要配備制動(dòng)員 。同年,他在康涅狄格學(xué)會(huì)宣讀了一篇題為《長(zhǎng)度單位的確切大小》( 英語(yǔ): The Proper Magnitude of the Units of Length )的論文。他在文中提出了機(jī)械領(lǐng)域中計(jì)量單位系統(tǒng)的一個(gè)合理化方案。

                  在卸任助教后,吉布斯與兩個(gè)姐姐,安娜和茱莉亞,一起去歐洲旅行。 在那個(gè)時(shí)代,美國(guó)在自然科學(xué)方面特別是在熱力學(xué)、電磁學(xué)以及物理光學(xué)等領(lǐng)域的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于歐洲。 1866年末至1867年初,姐弟三人都是在巴黎度過(guò)的。吉布斯在那里旁聽(tīng)了由著名數(shù)學(xué)家約瑟夫·劉維爾和米歇爾·沙勒在索邦學(xué)院以及法蘭西公學(xué)院做的講座。 而在廢寢忘食的學(xué)習(xí)后,吉布斯患上了重感冒。為了防止病情加重為肺結(jié)核,醫(yī)生建議他去法國(guó)藍(lán)色海岸養(yǎng)病。他與他的姐姐在那里度過(guò)數(shù)月直至完全康復(fù)。

                  隨后他們輾轉(zhuǎn)來(lái)到柏林。吉布斯旁聽(tīng)了數(shù)學(xué)家卡爾·魏爾斯特拉斯和利奧波德·克羅內(nèi)克以及化學(xué)家海因里希·馬格努斯的講課。 1867年8月,吉布斯的姐姐茱莉亞與艾迪森·范·內(nèi)姆在柏林完婚。范·內(nèi)姆曾是吉布斯在耶魯?shù)耐瑢W(xué)。這對(duì)新婚夫婦隨后回到了紐黑文,而吉布斯和姐姐安娜則繼續(xù)留在德國(guó)。 吉布斯在海德堡大學(xué)見(jiàn)習(xí)了物理學(xué)家古斯塔夫·基爾霍夫和赫爾曼·馮·亥姆霍茲以及化學(xué)家羅伯特·本生的科學(xué)工作。

                  1869年6月,吉布斯回到耶魯為工科學(xué)生教授法語(yǔ)。 同時(shí),他還致力于設(shè)計(jì)一種新型的蒸汽機(jī) 調(diào)速器 ( 英語(yǔ) : Governor (device) ) 。這也是他在機(jī)械工程領(lǐng)域最后的一項(xiàng)重要研究。 1871年,他任職為耶魯學(xué)院的數(shù)學(xué)物理學(xué)教授。這是美國(guó)國(guó)內(nèi)首個(gè)同類教授席位。吉布斯當(dāng)時(shí)尚未發(fā)表任何學(xué)術(shù)著作,只被指派了研究生的教學(xué)工作。吉布斯雖然此時(shí)沒(méi)有任何薪酬,但仍能靠父母的遺產(chǎn)安穩(wěn)度日。

                  中年

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    麥克斯韋所作的恒溫線和恒壓線的草圖,為他后來(lái)制作吉布斯定義的水的 等溫面 ( 英語(yǔ) : Maxwell"s thermodynamic surface ) 的黏土模子而作。

                  1873年,當(dāng)時(shí)年已34歲的吉布斯才開(kāi)始發(fā)表學(xué)術(shù)著作 。該年,他在《康涅狄格學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》( 英語(yǔ): Transactions of the Connecticut Academy )上發(fā)表了兩篇論文,論述了如何利用幾何方法表示熱力學(xué)量。他在這兩篇論文主要探討了相圖應(yīng)怎樣使用。在作學(xué)術(shù)研究時(shí),吉布斯很喜歡使用相圖來(lái)啟發(fā)自己的想像力,而不是使用機(jī)械模型的方法, 因?yàn)闄C(jī)械模型可能不會(huì)完全地模擬對(duì)應(yīng)的現(xiàn)象。 雖然那部期刊的讀者中沒(méi)有多少人能理解吉布斯做的這項(xiàng)科學(xué)工作,但在給歐洲的同行傳閱他的這篇論文后,他收到了來(lái)自詹姆斯·克拉克·麥克斯韋的熱情回應(yīng)。麥克斯韋甚至親手做了一個(gè)描繪吉布斯所提出的幾何模型的黏土模子。隨后,他利用這個(gè)模子制作了兩個(gè)石膏模型,并將其中一個(gè)寄給了吉布斯。那個(gè)模型如今就陳列在耶魯大學(xué)物理系。

                  麥克斯韋在1875年出版的《熱學(xué)》( 英語(yǔ): Theory of Heat )的新修訂本中用一章的篇幅敘述了吉布斯的這項(xiàng)工作。他在向倫敦 化學(xué)學(xué)會(huì) ( 英語(yǔ) : Chemical Society ) 做的一次演講中敘述了吉布斯所提出的圖像方法的實(shí)用性,而且在為大英百科全書(shū)撰寫(xiě)的有關(guān)圖解法的文章中也提及了這項(xiàng)工作。 然而,麥克斯韋與吉布斯之間的合作卻因其英年早逝而在1879年戛然而止。而一個(gè)笑談隨后傳遍了紐黑文:“只有一個(gè)活人能理解吉布斯的論文。那就是麥克斯韋,但他現(xiàn)在卻死了?!?

                  吉布斯隨后將他的熱力學(xué)分析方法拓展到復(fù)相系統(tǒng),并考慮到了多種實(shí)際應(yīng)用情況。他在一部題為《關(guān)于多相物質(zhì)平衡》的學(xué)術(shù)專著中敘述了這一工作。這部專著分為兩個(gè)部分,由康涅狄格學(xué)會(huì)先后于1875年和1878年出版。這部300余頁(yè)的專著包含了700個(gè)有標(biāo)號(hào)的方程。 其以魯?shù)婪颉た藙谛匏拐f(shuō)的一段有關(guān)熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律的話開(kāi)篇:“整個(gè)世界的能量是守恒的。整個(gè)世界的熵趨向于一個(gè)最大值?!?

                  吉布斯在這部專著中利用熱力學(xué)分析技巧嚴(yán)謹(jǐn)而巧妙地闡釋了物理化學(xué)現(xiàn)象,對(duì)大量原本孤立的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和觀測(cè)結(jié)果做出了解釋并將它們聯(lián)系起來(lái)。 這部專著被后人稱作是“熱力學(xué)的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》”,被認(rèn)為是一部“無(wú)所不包”的專著 ,為物理化學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 將這部專著譯為德語(yǔ)的威廉·奧斯特瓦爾德把吉布斯稱作是“化學(xué)能量學(xué)的鼻祖”。 約翰·奧康納和艾德蒙·羅伯遜這樣評(píng)述這部專著:“這部專著的出版被公認(rèn)為是化學(xué)史上一等一的要事……但是人們?cè)谠S多年后才認(rèn)識(shí)到它的價(jià)值。這很大程度上是由于其中的數(shù)學(xué)表述和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐茖?dǎo)過(guò)程令人望而卻步。特別是對(duì)于最需要它的實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)生來(lái)說(shuō)更是如此?!?

                  吉布斯到了1880年才開(kāi)始領(lǐng)到耶魯?shù)男匠?。那一年,新成立于巴爾的摩的約翰·霍普金斯大學(xué)為他提供了年薪為3000美元的教授職位。作為回應(yīng),耶魯則為他開(kāi)出了令他較為滿意的2000美元的年薪。

                  晚年

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    耶魯大學(xué)的斯隆物理實(shí)驗(yàn)室(1882-1931),位于現(xiàn)在的喬納森·愛(ài)德華茲學(xué)院。吉布斯的辦公室位于二層,圖中塔樓的右側(cè)。

                  自1880年至1884年,吉布斯致力于將赫爾曼·格拉斯曼的外代數(shù)發(fā)展為符合物理學(xué)家需要的矢量微積分。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),吉布斯分別定義了兩個(gè)矢量的數(shù)量積和矢量積,并引入了并矢張量的概念。而英國(guó)的數(shù)學(xué)家和工程師奧利弗·亥維賽也在同一時(shí)期獨(dú)立地進(jìn)行類似的工作。 吉布斯一直嘗試去讓物理學(xué)家們認(rèn)識(shí)到矢量分析相對(duì)于四元數(shù)分析的優(yōu)越性。后者由威廉·哈密頓引入,當(dāng)時(shí)被英國(guó)科學(xué)家廣泛應(yīng)用。這引起了他和 彼得·泰特 ( 英語(yǔ) : Peter Tait (physicist) ) 等人在19世紀(jì)90年代初于《自然》雜志上的一場(chǎng)論戰(zhàn)。論戰(zhàn)的焦點(diǎn)之一是標(biāo)記方法及其背后更為深層的問(wèn)題。

                  吉布斯有關(guān)矢量分析的講義《矢量分析要素》( 英語(yǔ): Elements of Vector Analysis )起初并沒(méi)有公開(kāi)發(fā)行,僅在1881年和1884年為學(xué)生進(jìn)行了小批量的印刷。這本講義可稱是現(xiàn)代矢量分析的開(kāi)端。 由 埃德溫·比德韋爾·威爾遜 ( 英語(yǔ) : Edwin Bidwell Wilson ) 依據(jù)這部講義改編的教科書(shū)《矢量分析》(Vector Analysis)后于1901年出版。 這本書(shū)推廣了后來(lái)在電動(dòng)力學(xué)和流體力學(xué)領(lǐng)域受到廣泛使用的?標(biāo)記。 他的另一項(xiàng)在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的成就是“重新”發(fā)現(xiàn)了傅里葉級(jí)數(shù)的吉布斯現(xiàn)象。這一現(xiàn)象在被吉布斯發(fā)現(xiàn)的50年前曾被一位并不出名的英國(guó)數(shù)學(xué)家 亨利·威爾布里厄姆 ( 英語(yǔ) : Henry Wilbraham ) 描述過(guò),但吉布斯本人并不知道這一點(diǎn)。

                  在學(xué)術(shù)生涯初期,吉布斯曾在物理光學(xué)領(lǐng)域付出一番心力。但他在研究時(shí)常有意規(guī)避對(duì)于物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)的推測(cè),而去選擇基于宏觀的一般原則與實(shí)驗(yàn)事實(shí)的論題來(lái)進(jìn)行研究。所以他在發(fā)覺(jué)到物理光學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步研究必須涉及到物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)之時(shí)毅然決然地改換至熱力學(xué)領(lǐng)域。后來(lái),當(dāng)他意識(shí)到麥克斯韋提出的電磁學(xué)理論有極大的發(fā)展空間而且不需要推測(cè)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)時(shí),他又重啟了在物理光學(xué)領(lǐng)域的研究。 自1882年至1889年,吉布斯寫(xiě)了五篇有關(guān)物理光學(xué)的論文。在這些論文中,吉布斯運(yùn)用麥克斯韋的電磁學(xué)理論研究了雙折射、色散及其它重要光學(xué)現(xiàn)象,并批駁了開(kāi)爾文勛爵等人提出的光的機(jī)械波理論。 延續(xù)著他在熱力學(xué)的研究的習(xí)慣,吉布斯使用的方法簡(jiǎn)單而直接。在物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)方面,他只做了一個(gè)相當(dāng)普通且合理的假設(shè),即物質(zhì)具有一種比光波波長(zhǎng)小,但比基本組成粒子大的細(xì)粒結(jié)構(gòu)。 吉布斯所獲得的結(jié)果為麥克斯韋電磁理論提供了決定性證據(jù)。

                  吉布斯創(chuàng)造了“統(tǒng)計(jì)力學(xué)”這一術(shù)語(yǔ),并引入了用以描述物理系統(tǒng)的一些關(guān)鍵概念及它們相應(yīng)的數(shù)學(xué)表述,包括1873年引入的吉布斯能 、1876年引入的化學(xué)勢(shì) 、1902年引入的系綜 。吉布斯通過(guò)多粒子系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)對(duì)于熱力學(xué)的唯象定律進(jìn)行了理論推導(dǎo)。這項(xiàng)工作在他去世的前一年發(fā)表于對(duì)后世具有很大影響力的教科書(shū)《統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理》( 英語(yǔ): Elementary Principles in Statistical Mechanics )中。

                  吉布斯樂(lè)于獨(dú)處的性格以及對(duì)于工作過(guò)度沉迷令學(xué)生很難接近他。他最看重的學(xué)生埃德溫·比德韋爾·威爾遜這樣描述吉布斯:

                  有些數(shù)學(xué)較差的學(xué)生也多多少少由于他對(duì)于研究課題的沉迷而時(shí)常跟不上吉布斯的進(jìn)度。每當(dāng)學(xué)生總結(jié)對(duì)論題的表述之后,他還會(huì)習(xí)慣地問(wèn)到:“是否已獲證明?” 盡管如此,不少其他領(lǐng)域的著名學(xué)者也曾與吉布斯有過(guò)師生之誼。1891年,吉布斯審讀了歐文·費(fèi)雪的數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)的博士論文。 吉布斯去世后,費(fèi)雪資助了其著作全集的出版 。吉布斯另一位著名的學(xué)生是無(wú)線電技術(shù)的先驅(qū),李·德富雷斯特。

                  吉布斯1903年4月28日因急性腸梗阻在紐黑文去世,享年64歲 。他的葬禮兩天后在他的家中舉行。 他的遺體被安葬在鄰近的格羅夫街公墓 。耶魯大學(xué)同年五月在斯隆實(shí)驗(yàn)室舉行了他的追悼會(huì)。英國(guó)物理學(xué)家約瑟夫·湯姆孫出席了追悼會(huì)并做了一個(gè)簡(jiǎn)短演講。

                  個(gè)人生活

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    1895年左右拍攝的肖像。依據(jù)吉布斯的學(xué)生林德·惠勒描述,這幅肖像是現(xiàn)存肖像中最能真實(shí)展現(xiàn)吉布斯平時(shí)和藹面孔的一幅。

                  吉布斯終身未婚,一生都與他的姐姐茱莉亞及當(dāng)耶魯大學(xué)圖書(shū)館員的姐夫在他所生所長(zhǎng)的地方生活。除了暑假時(shí)會(huì)定期去紐約州的阿第倫達(dá)克和新罕布什爾州的白山度假 以及旅居歐洲的幾年外,他的一生幾乎都是在紐黑文度過(guò)的。 他在大一末加入了耶魯學(xué)院教會(huì) 并一以貫之地參與日常的活動(dòng)。 他在耶魯以“無(wú)瑕君子”而聞名。 在總統(tǒng)選舉中,吉布斯通常會(huì)支持共和黨的候選人。但和其他 超然派 ( 英語(yǔ) : Mugwump ) 人士一樣,他對(duì)于 政治集團(tuán) ( 英語(yǔ) : Political machine ) 帶來(lái)的日益嚴(yán)重的腐敗問(wèn)題十分關(guān)切。這令他在 1884年美國(guó)總統(tǒng)選舉 ( 英語(yǔ) : United States presidential election, 1884 ) 中轉(zhuǎn)而支持較為保守的民主黨候選人,格羅弗·克利夫蘭。 他其他的宗教及政治觀點(diǎn)就不再為人所知了。

                  吉布斯個(gè)人信箋并不是很多,并且后來(lái)很多或佚失或損毀 。在學(xué)術(shù)著作外,他只出版了兩部作品:一個(gè)是熱力學(xué)數(shù)學(xué)理論奠基者之一,魯?shù)婪颉た藙谛匏沟挠嚫?,另一個(gè)則是他在耶魯?shù)膶?dǎo)師休伯特·安森·牛頓的傳記回憶錄。 在他的學(xué)生埃德溫·比德韋爾·威爾遜看來(lái):

                  他另一個(gè)學(xué)生 林德·惠勒 ( 英語(yǔ) : Lynde Wheeler ) 這樣描述晚年的吉布斯:

                  他在投資方面非常謹(jǐn)慎,并小心翼翼地經(jīng)營(yíng)著自己的財(cái)產(chǎn)。在他1903年去世時(shí),他的遺產(chǎn)被估值十萬(wàn)美元。 他為母?;羝战鹚箤W(xué)校當(dāng)了多年的受托人、書(shū)記以及財(cái)務(wù)員。 他被美國(guó)總統(tǒng)切斯特·艾倫·阿瑟任命為1884年9月在費(fèi)城召開(kāi)的國(guó)家電氣工程師會(huì)議的委員,并曾主持過(guò)其中一次會(huì)議。 吉布斯還是一名敏銳而熟練的馬術(shù)師。 他常常被看到在閑暇時(shí)間駕著馬車在紐黑文市區(qū)逛街。 他的學(xué)生 亨利·巴姆斯特德 ( 英語(yǔ) : Henry Bumstead ) 在發(fā)表在《 美國(guó)科學(xué)雜志 ( 英語(yǔ) : American Journal of Science ) 》的訃告中這樣評(píng)價(jià)吉布斯的個(gè)性:

                  主要科學(xué)貢獻(xiàn)

                  化學(xué)熱力學(xué)

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    一個(gè)系統(tǒng)的可用能量(available energy),摘自吉布斯1873年發(fā)表的論文。這幅圖描繪的是恒容、絕熱條件下的系統(tǒng)狀態(tài)。A為初態(tài)點(diǎn)。曲線MN表示耗散能量曲線(最小能量曲線)。 AD和AE分別是系統(tǒng)初態(tài)的能量和熵。AB是系統(tǒng)的可用能量,即系統(tǒng)在恒容、絕熱條件下能夠給出的最大功。AC是系統(tǒng)的“熵容量”,即系統(tǒng)在恒容、絕熱條件下能夠給出的最大熵。

                  吉布斯在他19世紀(jì)70年代發(fā)表的論文中提出了利用熵 S {\displaystyle S} ,體積 V {\displaystyle V} ,壓強(qiáng) p {\displaystyle p} 和溫度 T {\displaystyle T} 等狀態(tài)量來(lái)表征一個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)能 U {\displaystyle U} 的方法。他還提出了化學(xué)勢(shì) μ μ --> {\displaystyle \mu } 的概念,將其定義為在恒熵恒容條件下,系統(tǒng)內(nèi)能的增量與該種物質(zhì)分子數(shù) N {\displaystyle N} 的增量的比值。借助這些方法及概念,吉布斯首次通過(guò)描述系統(tǒng)內(nèi)能增量的微分的方式,將熱力學(xué)領(lǐng)域加以開(kāi)拓:從只是有關(guān)熱能與機(jī)械能之間關(guān)系的理論,擴(kuò)展為研究處于平衡狀況時(shí)的物素性質(zhì)的一門(mén)學(xué)問(wèn):

                  其中, U {\displaystyle U} 是內(nèi)能, T {\displaystyle T} 是溫度, S {\displaystyle S} 是熵, p {\displaystyle p} 是壓強(qiáng), V {\displaystyle V} 是體積, μ μ --> i {\displaystyle \mu _{i}} 、 N i {\displaystyle N_{i}} 分別是第 i {\displaystyle i} 個(gè) 化學(xué)物種 ( 英語(yǔ) : chemical species ) 的化學(xué)勢(shì)與粒子數(shù)(或摩爾數(shù))。

                  式中最后一項(xiàng)為系統(tǒng)中所有化學(xué)物種的化學(xué)勢(shì)與粒子數(shù)增量微分的乘積之和。通過(guò)對(duì)該式進(jìn)行勒讓德變換,他還定義了系統(tǒng)的吉布斯能:

                  吉布斯能是一種熱力學(xué)勢(shì),對(duì)于化學(xué)家判斷某個(gè)化學(xué)反應(yīng)在一定的溫度和壓強(qiáng)下是否能自發(fā)進(jìn)行非常有用。利用類似的方法,他還得到了吉布斯-杜安方程。

                  《關(guān)于多相物質(zhì)平衡》被認(rèn)為是物理化學(xué)發(fā)展史上的里程碑 。這部專著標(biāo)志著化學(xué)平衡理論的誕生,開(kāi)啟了現(xiàn)代溶液理論,并糾正了電化學(xué)的錯(cuò)誤理論。

                  此外,他還提出了吉布斯相律:

                  其中, F {\displaystyle F} 是系統(tǒng)的自由度, C {\displaystyle C} 為系統(tǒng)的獨(dú)立組元數(shù), P {\displaystyle P} 為相態(tài)數(shù)目。

                  吉布斯相律被廣泛應(yīng)用于冶金學(xué)、礦物學(xué)、巖石學(xué)等等學(xué)術(shù)領(lǐng)域,在理論化學(xué)里更是妙用無(wú)窮。

                  統(tǒng)計(jì)力學(xué)

                  吉布斯與詹姆斯·麥克斯韋及維?!げ柶澛餐瑒?chuàng)建了統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論?!敖y(tǒng)計(jì)力學(xué)”這個(gè)術(shù)語(yǔ)也是由他創(chuàng)造的。統(tǒng)計(jì)力學(xué)旨在利用統(tǒng)計(jì)方法從大量微觀粒子的運(yùn)動(dòng)角度得到對(duì)于宏觀的熱力學(xué)現(xiàn)象的微觀解釋。他還引入了機(jī)械系統(tǒng)的相的概念, 并在這一概念基礎(chǔ)上引入了系綜的概念,并由此給出了對(duì)于由麥克斯韋和玻爾茲曼提出的粒子系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)性質(zhì)理論的更為普遍的表述。

                  亨利·龐加萊于1904年提出,盡管麥克斯韋和玻爾茲曼更早利用概率的概念去解釋宏觀物理過(guò)程的不可逆性,但在這一問(wèn)題上看得更為透徹的人是吉布斯。他在《統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理》所做出的理論解釋更容易理解。 吉布斯對(duì)于不可逆性的分析及他對(duì)H定理和 遍歷假設(shè) ( 英語(yǔ) : ergodic hypothesis ) 的闡釋對(duì)于20世紀(jì)數(shù)學(xué)物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

                  吉布斯充分意識(shí)到,對(duì)于一個(gè)由大量經(jīng)典粒子組成的系統(tǒng),無(wú)論這個(gè)系統(tǒng)是處于固態(tài)還是處于氣態(tài),利用能均分定理都不能解釋它們的比熱。他認(rèn)為,基于“物質(zhì)組成假定”來(lái)論述熱力學(xué)理論會(huì)遭遇到困難。這一點(diǎn)從上面提及的比熱這一例子中也可得知。 吉布斯本人對(duì)于統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論框架進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的構(gòu)造。這使得這套理論框架在發(fā)現(xiàn)物質(zhì)在微觀遵循量子法則而非經(jīng)典定律之后仍能被完整地沿用。 他對(duì)于有關(guān)混合氣體熵的吉布斯悖論的解釋經(jīng)常被認(rèn)為是量子力學(xué)中粒子全同性原理的前導(dǎo)之一。

                  矢量分析

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    兩個(gè)矢量的矢量積的大小和方向。這一概念由吉布斯引入。

                  英國(guó)的科學(xué)家在描述物理量的動(dòng)態(tài)變化時(shí)一度非常依賴威廉·哈密頓所提出的四元數(shù)的概念,比如麥克斯韋對(duì)于三維空間中電場(chǎng)與磁場(chǎng)的大小及方向不相同的電磁場(chǎng)所做的描述。然而,吉布斯注意到四元數(shù)之間的積總是可以表示為一個(gè)標(biāo)量與一個(gè)三維矢量的和。這會(huì)在數(shù)學(xué)方面帶來(lái)復(fù)雜性與冗余性。因而為了數(shù)學(xué)表述上的簡(jiǎn)潔以及便于教學(xué),他定義了兩個(gè)矢量的數(shù)量積和矢量積。他所運(yùn)用的這兩種積的表示方法至今仍被廣泛運(yùn)用。他還對(duì)矢量微積分的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。他所運(yùn)用的一些運(yùn)算技巧至今在電動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等等領(lǐng)域仍被沿用。

                  19世紀(jì)70年代后期,在研究矢量分析時(shí),吉布斯發(fā)現(xiàn)他所運(yùn)用的方法與先前赫爾曼·格拉斯曼在研究多元代數(shù)時(shí)所利用的一個(gè)方法類似。 隨后,吉布斯試圖宣傳格拉斯曼的這項(xiàng)工作,并強(qiáng)調(diào)他的方法比哈密頓的四元數(shù)方法更具一般性,并且從歷史的角度來(lái)說(shuō),被引入的時(shí)間更早。為了確立格拉斯曼方法更早被引入,吉布斯勸說(shuō)格拉斯曼的后人尋找格拉斯曼1840年向柏林大學(xué)的研究機(jī)構(gòu)提交的一篇論述潮汐現(xiàn)象的論文。在這篇論文中,格拉斯曼首先引入了后來(lái)被稱為矢量空間(線性空間)的概念。

                  由于吉布斯在19世紀(jì)80年代到90年代的努力提倡,四元數(shù)最終被由他及奧利弗·亥維賽分別獨(dú)立發(fā)展的矢量分析理論取代。吉布斯在確定行星及彗星的運(yùn)行軌道時(shí)運(yùn)用了這種矢量方法。 他還發(fā)展了互為倒易的三元矢量的概念。這項(xiàng)工作對(duì)于之后晶體學(xué)的發(fā)展非常重要。

                  物理光學(xué)

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    一塊發(fā)生了雙折射的方解石晶體。吉布斯利用有關(guān)電磁現(xiàn)象的麥克斯韋方程對(duì)于這一現(xiàn)象進(jìn)行了理論解釋。

                  盡管吉布斯在物理光學(xué)方面的研究并不如他的其它科學(xué)工作那樣為人們熟知,但是他利用麥克斯韋方程組對(duì)于雙折射、色散以及偏振現(xiàn)象做出理論解釋,這是經(jīng)典電磁學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大工作。 在這項(xiàng)工作中,吉布斯展示了麥克斯韋方程組在不需要對(duì)于物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)及電磁波傳播介質(zhì),即所謂的“以太”,進(jìn)行任何復(fù)雜假設(shè)時(shí),仍能對(duì)于這些現(xiàn)象進(jìn)行充分的解釋。同時(shí),吉布斯強(qiáng)調(diào),利用麥克斯韋方程,可以輕易證明縱波形式的光并不存在。光的許多性質(zhì)是基于光的橫波形式。而如果利用開(kāi)爾文男爵提議的機(jī)械波傳播于無(wú)窮可壓縮以太的理論去分析光的話,則需要更多特定條件才能成立,而麥克斯韋電磁學(xué)不需要引入新的假設(shè) 。 在最后一篇有關(guān)物理光學(xué)的論文中,吉布斯總結(jié):

                  之后不久,光的電磁性質(zhì)被德國(guó)的海因里?!ず掌澩ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)的方法加以證實(shí)。

                  科學(xué)界的認(rèn)可

                  在吉布斯工作的時(shí)代,美國(guó)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦碚摽茖W(xué)傳統(tǒng)并不深厚。他所做的研究工作對(duì)于他的學(xué)生和同行而言并不易于理解。因而他竭力讓他的工作成果盡可能的通俗,并簡(jiǎn)化它們的表示以令它們更容易被接受。 他有關(guān)熱力學(xué)的開(kāi)創(chuàng)性的著作多數(shù)發(fā)表在《康涅狄格學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上。這部期刊由他當(dāng)圖書(shū)館員的姐夫擔(dān)當(dāng)主編,在美國(guó)讀者甚少,而歐洲的讀者則更為寥寥。當(dāng)吉布斯向?qū)W會(huì)提交那部有關(guān)多相物質(zhì)平衡態(tài)的專著時(shí),伊萊亞斯·羅密士和休伯特·安森·牛頓都對(duì)它有些抵觸,因?yàn)樗麄兏静焕斫饧妓顾龅墓ぷ?,但他們?nèi)匀粠椭I集其中數(shù)學(xué)符號(hào)排字所需費(fèi)用。耶魯?shù)囊恍┙虇T以及紐黑文各行各業(yè)的人也參與協(xié)助籌集這筆資金。

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    英國(guó)皇家學(xué)會(huì)所在地,伯林頓府

                  盡管吉布斯表述熱力學(xué)定律的方法迅速被麥克斯韋接受,但其直到20世紀(jì)中葉才經(jīng)過(guò) 拉斯洛·蒂薩 ( 英語(yǔ) : László Tisza ) 和 赫伯特·卡連 ( 英語(yǔ) : Herbert Callen ) 等人的努力獲得真正廣泛的應(yīng)用。 詹姆斯·杰拉爾德·克勞瑟這樣描述吉布斯與美國(guó)科學(xué)界同行的關(guān)系:

                  不過(guò),吉布斯確實(shí)獲得了當(dāng)時(shí)美國(guó)科學(xué)家所能獲得的重要榮譽(yù)。1879年,他獲選美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士。1880年,他因有關(guān)化學(xué)熱力學(xué)的工作獲得由美國(guó)文理科學(xué)院頒發(fā)的 倫福德獎(jiǎng) ( 英語(yǔ) : Rumford Prize ) 。 他還獲得了由普林斯頓大學(xué)和威廉姆斯學(xué)院頒發(fā)的名譽(yù)博士學(xué)位。

                  吉布斯1892年就任倫敦?cái)?shù)學(xué)學(xué)會(huì)榮譽(yù)會(huì)員,1897年獲選英國(guó)皇家學(xué)會(huì)外籍會(huì)員。 他還獲選普魯士科學(xué)院和法國(guó)科學(xué)院院士,獲得由埃爾朗根-紐倫堡大學(xué)以及奧斯陸大學(xué)授予的名譽(yù)博士學(xué)位 。1901年,英國(guó)皇家學(xué)會(huì)又頒發(fā)給吉布斯當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是自然科學(xué)界地位最高的國(guó)際獎(jiǎng)項(xiàng),科普利獎(jiǎng)?wù)?,并稱他“首次對(duì)熱力學(xué)第二定律在化學(xué)、電學(xué)、外力做功轉(zhuǎn)化的熱能及熱容量等方面的運(yùn)用做了詳盡的討論” 。美國(guó)海軍駐倫敦武官, 理查森·科洛弗 ( 英語(yǔ) : Richardson Clover ) 中校代表當(dāng)時(shí)身處紐黑文的吉布斯出席了頒獎(jiǎng)儀式。

                  數(shù)學(xué)家吉安-卡洛·羅塔在他的自傳中提到他一次在斯特林紀(jì)念圖書(shū)館數(shù)學(xué)書(shū)庫(kù)翻閱資料時(shí)的經(jīng)歷。他誤打誤撞地發(fā)現(xiàn)了一個(gè)附在吉布斯課堂手記的手寫(xiě)的郵件清單。其中列有200多個(gè)吉布斯同時(shí)代的有名的科學(xué)家,包括龐加萊、玻爾茲曼、大衛(wèi)·希爾伯特以及恩斯特·馬赫等等。由此,羅塔認(rèn)為吉布斯的科學(xué)工作可能比當(dāng)時(shí)出版材料中所暗示的那樣,更為他所處時(shí)代的科學(xué)界精英熟知。 林德·惠勒復(fù)制了那個(gè)郵件清單,并把它附在了他為吉布斯所做的傳記的附錄中。 吉布斯的專著《關(guān)于多相物質(zhì)平衡》1892年被威廉·奧斯特瓦爾德譯為當(dāng)時(shí)在化學(xué)的科學(xué)文獻(xiàn)中占據(jù)主導(dǎo)地位的德文,1899年又被亨利·路易·勒夏特列譯為法語(yǔ)。這多少能反映出而他的科學(xué)工作受到歐洲同行的賞識(shí)。

                  影響

                  吉布斯為物理化學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)奠定了基礎(chǔ)。吉布斯在世時(shí),他提出的相律即被荷蘭化學(xué)家 亨德里克·羅澤博姆 ( 英語(yǔ) : Hendrik Willem Bakhuis Roozeboom ) 利用實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證。羅澤博姆同時(shí)還展示了這條規(guī)律在多種實(shí)際情況中的普遍適用性。 而吉布斯提出的熱力學(xué)理論則在20世紀(jì)初期即受到化工領(lǐng)域,從電化學(xué)到合成氨氣的哈柏法 ,廣泛應(yīng)用。

                  當(dāng)荷蘭物理學(xué)家約翰內(nèi)斯·范德瓦耳斯1910年因他關(guān)于氣體和液體的狀態(tài)方程的研究獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)時(shí),他在獲獎(jiǎng)感言中表示他受到了吉布斯相關(guān)工作的巨大影響 。馬克斯·普朗克因利用量子的概念解決黑體輻射問(wèn)題獲得1918年的諾貝爾獎(jiǎng)。這項(xiàng)工作很大程度上是基于基爾霍夫,玻爾茲曼以及吉布斯有關(guān)熱力學(xué)的工作。他說(shuō),吉布斯將永遠(yuǎn)處于美國(guó)以至整個(gè)世界有史以來(lái)最為偉大的理論物理學(xué)家之列。

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    1902年出版的吉布斯的教科書(shū)《統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理》的扉頁(yè)。這部專著是奠定統(tǒng)計(jì)力學(xué)基礎(chǔ)的文獻(xiàn)之一。

                  20世紀(jì)上半葉,兩部化學(xué)熱力學(xué)奠基之作相繼出版。它們都是基于吉布斯在該領(lǐng)域所做的工作。它們分別是1923年出版的由吉爾伯特·路易斯和 梅爾·蘭德?tīng)?( 英語(yǔ) : Merle Randall ) 合著的《化學(xué)過(guò)程中的熱力學(xué)和自由能》( Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Processes )和1933年出版的由 愛(ài)德華·古根海姆 ( 英語(yǔ) : Edward A. Guggenheim ) 編著的《利用威拉德·吉布斯方法的現(xiàn)代熱力學(xué)》( Modern Thermodynamics by the Methods of Willard Gibbs )。

                  吉布斯所提出的系綜這一概念在理論物理學(xué)界和純粹數(shù)學(xué)界都產(chǎn)生了巨大的影響。數(shù)學(xué)物理學(xué)家 阿瑟·懷特曼 ( 英語(yǔ) : Arthur Wightman ) 這樣評(píng)價(jià)吉布斯:“每位曾經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的人都會(huì)注意到,吉布斯的科學(xué)工作最令人印象深刻的特點(diǎn)之一,就是他對(duì)于概念的表述非常貼切。這讓它們?cè)诶碚撐锢韺W(xué)和數(shù)學(xué)經(jīng)過(guò)百年動(dòng)蕩洗禮后仍能幸存下來(lái)?!?

                  阿爾伯特·愛(ài)因斯坦1902至1904年曾寫(xiě)過(guò)三篇有關(guān)統(tǒng)計(jì)力學(xué)的論文。但他一開(kāi)始并不知道吉布斯在該領(lǐng)域的工作。在閱讀了吉布斯所著的教科書(shū)后 ,愛(ài)因斯坦承認(rèn)吉布斯所采用的處理方法要優(yōu)于自己的,并說(shuō)如果早一些知道吉布斯的相關(guān)工作的話,他可能就不會(huì)寫(xiě)那三篇文章了。 1954年,在被問(wèn)到誰(shuí)是其所認(rèn)識(shí)的最為偉大的思考者,愛(ài)因斯坦給出的回答是亨德里克·洛倫茲。但他后來(lái)又補(bǔ)充道:“我與威拉德·吉布斯素昧平生,否則我也許會(huì)將他與洛倫茲一同作為我的答案?!?

                  吉布斯在其早期論文中論述的熱力學(xué)的圖像方法反映了后來(lái)被數(shù)學(xué)家稱作是 凸分析 ( 英語(yǔ) : convex analysis ) 的思想。 數(shù)學(xué)家 巴里·西蒙 ( 英語(yǔ) : Barry Simon ) 稱這一思想蟄伏了近75年。 基于吉布斯關(guān)于熱力學(xué)以及統(tǒng)計(jì)力學(xué)的工作的數(shù)學(xué)概念還有博弈論中的 吉布斯引理 ( 英語(yǔ) : 吉布斯引理 ) , 信息論中的吉布斯不等式 以及 計(jì)算統(tǒng)計(jì)學(xué) ( 英語(yǔ) : computational statistics ) 中的 吉布斯取樣法 ( 英語(yǔ) : Gibbs sampling ) 。

                  吉布斯發(fā)展的矢量分析是他對(duì)數(shù)學(xué)做出的另一項(xiàng)巨大貢獻(xiàn)。1901年出版的基于吉布斯講義的《矢量分析》促進(jìn)了矢量方法及其表示方法在理論物理學(xué)和數(shù)學(xué)界的推廣,并令其最終取代了在當(dāng)時(shí)科學(xué)文獻(xiàn)中占主導(dǎo)地位的四元數(shù)。

                  吉布斯還是被譽(yù)為“無(wú)線電之父”的李·德富雷斯特的導(dǎo)師。其發(fā)明了三極管放大器。 德福雷斯特認(rèn)為“電氣領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者會(huì)是那些不斷尋求電磁波、電磁振蕩理論突破并用自己的才智探尋這種形式的能量應(yīng)如何傳播的人”。而他承認(rèn)這一想法是來(lái)源于吉布斯。

                  吉布斯還對(duì)數(shù)理經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)生了間接的影響。他曾審讀1891年獲得耶魯首個(gè)經(jīng)濟(jì)學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位的歐文·費(fèi)雪的學(xué)位論文。在1892年出版的《價(jià)值和價(jià)格理論的數(shù)學(xué)研究》中,費(fèi)雪借用吉布斯所提出的物理和化學(xué)系統(tǒng)的平衡理論,提出了市場(chǎng)的一般均衡理論,并使用了吉布斯的矢量表述方法。 吉布斯的門(mén)徒威爾遜也曾指導(dǎo)過(guò)美國(guó)著名經(jīng)濟(jì)學(xué)家,諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者保羅·薩繆爾森 。在1947年出版的《 經(jīng)濟(jì)分析基礎(chǔ) ( 英語(yǔ) : Foundations of Economic Analysis ) 》一書(shū)中,他將吉布斯說(shuō)的“數(shù)學(xué)是一種語(yǔ)言”作為該書(shū)的 題詞 ( 英語(yǔ) : Epigraph (literature) ) 。他說(shuō)他對(duì)于價(jià)格的理解的思想淵源并不是帕累托或是斯盧茨基,“而是偉大的熱力學(xué)家,耶魯大學(xué)的威拉德·吉布斯”。

                  數(shù)學(xué)家諾伯特·維納將吉布斯利用概率論對(duì)于統(tǒng)計(jì)力學(xué)的表述稱作是“20世紀(jì)物理的第一次重大變革”,并且認(rèn)為他所提出的控制論受到其很大的影響。他在《 人有人的用處 ( 英語(yǔ) : The Human Use of Human Beings ) 》的序言中說(shuō):“本書(shū)旨在通過(guò)吉布斯的觀點(diǎn)對(duì)于發(fā)展中的科學(xué)的實(shí)質(zhì)性改造及其對(duì)我們生活態(tài)度總體上的間接影響,來(lái)說(shuō)明其對(duì)于現(xiàn)代生活的沖擊。”

                  后世對(duì)于吉布斯的紀(jì)念

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    吉布斯的青銅紀(jì)念像,原于1912年安放在斯隆物理實(shí)驗(yàn)室,現(xiàn)搬遷至耶魯大學(xué)耶魯大學(xué)約西亞·威拉德·吉布斯實(shí)驗(yàn)室的入口處。

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    位于 耶魯大學(xué)科學(xué)山 ( 英語(yǔ) : Science Hill (Yale University) ) 的約西亞·威拉德·吉布斯實(shí)驗(yàn)室

                  當(dāng)?shù)聡?guó)物理化學(xué)家瓦爾特·能斯特1906年為做 西利曼紀(jì)念講座 ( 英語(yǔ) : Silliman Memorial Lectures ) 而拜訪耶魯時(shí),他驚訝地發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)竟然沒(méi)有設(shè)立任何吉布斯的紀(jì)念碑。因此,他為資助校方樹(shù)立一座紀(jì)念碑而將500美元的講座費(fèi)捐出。由雕刻家 李·勞瑞 ( 英語(yǔ) : Lee Lawrie ) 完成的一尊淺浮雕紀(jì)念像最終在1912年揭幕,安放在斯隆實(shí)驗(yàn)室。 1910年,美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)創(chuàng)設(shè)了 威拉德·吉布斯獎(jiǎng) ( 英語(yǔ) : Willard Gibbs Award ) ,以表彰對(duì)于純化學(xué)或應(yīng)用化學(xué)做出杰出工作的人 。1923年,美國(guó)數(shù)學(xué)學(xué)會(huì)捐資設(shè)立了 約西亞·威拉德·吉布斯講座 ( 英語(yǔ) : Josiah Willard Gibbs Lectureship ) ,“以向公眾展示一些數(shù)學(xué)思想及它們的應(yīng)用” 。

                  1945年,耶魯大學(xué)設(shè)立了約西亞·威拉德·吉布斯理論化學(xué)教授席位。拉斯·昂薩格一直擔(dān)任這一教職直到1973年。昂薩格像吉布斯一樣專注于將新的數(shù)學(xué)理論引入到物理化學(xué)的研究中來(lái)。他1968年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 除了創(chuàng)設(shè)約西亞·威拉德·吉布斯實(shí)驗(yàn)室以及約西亞·威拉德·吉布斯數(shù)學(xué)副教授席位外,耶魯大學(xué)還在1989年以及吉布斯去世百年之際的2003年舉辦了兩場(chǎng)有關(guān)吉布斯生活和工作的專題座談會(huì)。 羅格斯大學(xué)也捐資設(shè)立了約西亞·威拉德·吉布斯熱力學(xué)教授席位。伯納德·科爾曼自1988年起就擔(dān)任這一教職。

                  吉布斯1950年被選入 美國(guó)偉人名人堂 ( 英語(yǔ) : Hall of Fame for Great Americans ) 。海洋考察船約西亞·威拉德·吉布斯號(hào)自1958年至1971年在美國(guó)海軍中服役。 而為紀(jì)念吉布斯,1964年,月球東側(cè)邊緣附近的一個(gè)隕石坑被命名為吉布斯隕石坑。

                  文學(xué)作品中

                  約西亞·威拉德·吉布斯

                    《財(cái)富》雜志1946年6月號(hào)的封面,由阿瑟·利多夫(Arthur Lidov)創(chuàng)作。其中展示了吉布斯的水的等溫面以及他提出的相律方程。

                  1909年,美國(guó)歷史學(xué)家和小說(shuō)家 亨利·亞當(dāng)斯 ( 英語(yǔ) : Henry Adams ) 寫(xiě)了一篇題為《歷史的相律》( The Rule of Phase Applied to History )的文章。文中,他試圖將吉布斯的相律以及其他熱力學(xué)概念運(yùn)用于對(duì)于整個(gè)人類史的分析之中。威廉·詹姆士等人批評(píng)了亞當(dāng)斯在對(duì)于一些科學(xué)概念理解不夠充分情況下,而隨意引用它們來(lái)隱喻人類的思想以及社會(huì)的變革的做法。 這篇文章直到1919年亞當(dāng)斯去世后才被發(fā)表于他的弟弟 布魯克斯·亞當(dāng)斯 ( 英語(yǔ) : Brooks Adams ) 編輯整理的《民主教條的退化》( The Degradation of the Democratic Dogma )一書(shū)中 。

                  20世紀(jì)30年代,詩(shī)人 穆里爾·魯凱澤 ( 英語(yǔ) : Muriel Rukeyser ) 被吉布斯一生事跡所吸引,為他寫(xiě)了一首有關(guān)他生活和工作的長(zhǎng)詩(shī),《吉布斯》 ,并為他創(chuàng)作了一部傳記。 她這樣評(píng)價(jià)吉布斯:

                  魯凱澤所作的傳記于1942年出版,受到了文學(xué)界的好評(píng) ??茖W(xué)界則對(duì)之毀譽(yù)參半。吉布斯的外甥,耶魯大學(xué)物理化學(xué)教授,拉爾夫·范·內(nèi)姆就對(duì)她所作的傳記感到不滿。這多少是由于她缺乏相關(guān)的科學(xué)訓(xùn)練。他因此決定不讓她閱讀家族的信箋,并勸說(shuō)吉布斯以前的學(xué)生撰寫(xiě)包含更多有關(guān)其科學(xué)工作的內(nèi)容的傳記。 吉布斯的門(mén)徒埃德溫·威爾遜也嚴(yán)厲批評(píng)魯凱澤描述吉布斯一生的方式。 在范·內(nèi)姆和威爾遜的支持下,物理學(xué)家林德·惠勒撰寫(xiě)了一本描述吉布斯的傳記,并于1951年出版。

                  《財(cái)富》雜志1946年的一期以麥克斯韋所做的基于吉布斯工作的水的 等溫面 ( 英語(yǔ) : Gibbs_isotherm ) 作為封面,并配以封面故事“基礎(chǔ)科學(xué)”。魯凱澤稱這個(gè)面為“水的雕塑” ,而雜志稱它“是一位偉大的美國(guó)科學(xué)家的抽象創(chuàng)作,以當(dāng)代藝術(shù)中的象征主義形式表現(xiàn)出來(lái)”。 這幅由阿瑟·利多夫創(chuàng)作的封面里還包含吉布斯相律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,一個(gè)雷達(dá)屏幕,示波器中顯示的波形,牛頓的蘋(píng)果以及一個(gè)三維相圖。

                  斯蒂芬妮·斯特里克蘭 ( 英語(yǔ) : Stephanie Strickland ) 在她1997年出版的詩(shī)集《正北》( True North )中顯著地提到了吉布斯和魯凱澤所寫(xiě)的傳記 。托馬斯·品欽在他2006年的小說(shuō)《抵抗白晝》中將吉布斯設(shè)定為其中一個(gè)人物的導(dǎo)師。他在這部小說(shuō)中也用不少的篇幅描寫(xiě)了 冰洲石 ( 英語(yǔ) : Iceland spar ) 發(fā)生的吉布斯曾經(jīng)研究過(guò)的雙折射現(xiàn)象。

                  主要研究領(lǐng)域概覽

                  物理化學(xué):吉布斯能、相圖、吉布斯相律、輸運(yùn)現(xiàn)象

                  統(tǒng)計(jì)力學(xué):系綜、化學(xué)勢(shì)、 吉布斯熵 ( 英語(yǔ) : Gibbs entropy ) 、吉布斯悖論

                  數(shù)學(xué):矢量分析、 凸分析 ( 英語(yǔ) : convex analysis ) 、吉布斯現(xiàn)象

                  電磁學(xué):麥克斯韋方程組的應(yīng)用、雙折射

                  相關(guān)條目

                  熱力學(xué)發(fā)展時(shí)間線 ( 英語(yǔ) : Timeline of thermodynamics )

                  統(tǒng)計(jì)力學(xué)重要教科書(shū)列表

                  美國(guó)科學(xué)發(fā)展時(shí)間線 ( 英語(yǔ) : Timeline of United States discoveries )

                  理論物理學(xué)家列表

                  注釋

                  ^娘家姓范克里夫(Van Cliff)

                  ^ 即后來(lái)的普林斯頓大學(xué)

                  ^ 二姐伊麗莎(Eliza)與妹妹埃米莉(Emily)皆早夭

                  ^詹姆斯·克拉克·麥克斯韋曾經(jīng)使用機(jī)械模型來(lái)建構(gòu)他的電磁學(xué)理論。

                  ^ 按照光的機(jī)械波理論,光的傳播需要借助于介質(zhì)的存在。假若光介質(zhì)的性質(zhì)也可用普通物質(zhì)理論進(jìn)行研究,那么由這種介質(zhì)的彈性性質(zhì),光也有縱波分量。

                  ^ 這是一個(gè)會(huì)眾制教會(huì)。

                  ^ 假設(shè)一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)是由n個(gè)粒子組成,且2n維空間中的一點(diǎn)可以用來(lái)代表這個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的相,他稱這2n維空間為"相延伸",其意義與當(dāng)今術(shù)語(yǔ)相空間等價(jià)。但是,吉布斯并沒(méi)有給出術(shù)語(yǔ)"相空間"。

                  ^ 《統(tǒng)計(jì)力學(xué)基本原理》1905年由恩斯特·策梅洛譯為德文

                  ^ 收于她1939年出版的一部詩(shī)集《回旋的風(fēng)》( A Turning Wind )中

                   


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                  ——— 沒(méi)有了 ———
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