Josiah Willard Gibbs
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| Willard Gibbs | |
|---|---|
 Josiah Willard Gibbs | |
| N?? | F??vrier, 1839 New Haven, Connecticut |
| Mort | 28 avril 1903 (??g??s de 64) New Haven, Connecticut |
| R??sidence | ??tats Unis |
| Les champs | Physique , chimie , math??matiques |
| Institutions | Universit?? de Yale |
| Alma mater | Yale |
| Conseiller de doctorat | Hubert Anson Newton |
| Doctorants | Edwin Bidwell Wilson, Irving Fisher, Henry Bumstead Andrews, Lynde Wheeler, Lee De Forest |
| Connu pour | M??canique statistique Ensemble statistique Gibbs entropie espace de phase ??nergie libre de Gibbs r??gle de phase Gibbs paradoxe Calcul vectoriel Produit Croix Ph??nom??ne de Gibbs L'??quation de Gibbs-Helmholtz L'??quation de Gibbs-Duhem Algorithme de Gibbs Mesure de Gibbs Etat Gibbs Effet Gibbs-Thomson Gibbs isotherme Effet Gibbs-Donnan Gibbs lemme |
| Influences | Rudolf Clausius, Hermann Grassmann, James Clerk Maxwell , Ludwig Boltzmann |
| Prix remarquables | Prix Rumford (1880), M??daille Copley (1901) |
Signature  | |
Josiah Willard Gibbs (11 F??vrier, 1839 - le 28 Avril, 1903) ??tait un scientifique am??ricain qui a apport?? des contributions th??oriques importants ?? la physique, la chimie et les math??matiques. Son travail sur les applications de la thermodynamique a jou?? un r??le dans la transformation chimie physique dans une science d??ductive rigoureuse. Avec James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann, il a cr???? la m??canique statistique (un terme qu'il a invent??), expliquant les lois de la thermodynamique comme cons??quences des propri??t??s statistiques de grande ensembles de particules. Gibbs a ??galement travaill?? sur l'application des ??quations de Maxwell ?? des probl??mes de optique physique. En tant que math??maticien, il a invent?? moderne calcul vectoriel (ind??pendamment du scientifique britannique Oliver Heaviside, qui a effectu?? des travaux similaires au cours de la m??me p??riode).
En 1863, Yale d??cern?? Gibbs le premier Am??ricain doctorat en g??nie . Apr??s un s??jour de trois ans en Europe, Gibbs a pass?? le reste de sa carri??re ?? l'Universit?? Yale, o?? il ??tait professeur de physique math??matique ?? partir de 1871 jusqu'?? sa mort. Travailler dans un isolement relatif, il est devenu le premier scientifique th??orique aux ??tats-Unis pour gagner une r??putation internationale et a ??t?? salu?? par Albert Einstein comme ??le plus grand esprit dans l'histoire am??ricaine". En 1901, Gibbs a re??u ce qui ??tait alors consid??r?? comme le plus grand honneur d??cern?? par la communaut?? scientifique internationale, le Copley M??daille de la Royal Society de Londres, "pour ses contributions ?? la physique math??matique??.
Les commentateurs et les biographes ont remarqu?? sur le contraste entre calme, la vie solitaire de Gibbs ?? son tour du si??cle Nouvelle-Angleterre et le grand impact international de ses id??es. Bien que son travail ??tait presque enti??rement th??orique, la valeur pratique des contributions de Gibbs est devenu ??vident avec le d??veloppement de la chimie industrielle au cours de la premi??re moiti?? du 20e si??cle. Selon Robert A. Millikan, en science pure Gibbs "a fait pour la m??canique statistique et thermodynamique ce Laplace a fait pour la m??canique c??leste et Maxwell a fait pour l'??lectrodynamique, ?? savoir, fait son champ une structure th??orique fini ?? peu pr??s. "
Biographie
Les ant??c??dents familiaux
Gibbs appartenait ?? une vieille Yankee famille qui avait produit eccl??siastiques et universitaires am??ricains distingu??s depuis le 17??me si??cle. Il ??tait le quatri??me de cinq enfants et le seul fils de Josiah Willard Gibbs et son ??pouse Mary Anna, n??e Van Cleve. Du c??t?? de son p??re, il a ??t?? descendu de Samuel Willard, qui a servi comme acteur Pr??sident de l'universit?? de Harvard de 1701 ?? 1707. Du c??t?? de sa m??re, un de ses anc??tres ??tait le Rev. Jonathan Dickinson, le premier pr??sident du Coll??ge du New Jersey (plus tard l'Universit?? de Princeton ). Le pr??nom de Gibbs, qu'il partageait avec son p??re et plusieurs autres membres de sa famille ??largie, d??riv?? de son anc??tre Josiah Willard, qui avait ??t?? secr??taire de la Province de la baie du Massachusetts dans le 18??me si??cle.
Le Gibbs a??n?? ??tait g??n??ralement connu pour sa famille et ses coll??gues que "Josiah", tandis que le fils a ??t?? appel?? "Willard". Josiah Gibbs ??tait un linguiste et th??ologien qui a servi comme professeur de litt??rature sacr??e au Yale Divinity School de 1824 jusqu'?? sa mort en 1861. Il est surtout connu aujourd'hui comme le abolitionniste qui a trouv?? un interpr??te pour les passagers africains du navire Amistad, leur permettant de t??moigner au cours le proc??s qui a suivi leur r??bellion contre ??tant vendus comme esclaves.
Les premi??res ann??es
Willard Gibbs a fait ses ??tudes ?? la Hopkins School et entr?? Yale College en 1854, ??g?? 15. Il est dipl??m?? en 1858 pr??s de la t??te de sa classe, et a re??u des prix d'excellence en math??matiques et latine . Il est rest?? ?? Yale comme un ??tudiant dipl??m?? ?? la ??cole scientifique Sheffield. ?? l'??ge de 19 ans, peu de temps apr??s avoir obtenu son dipl??me de l'universit??, Gibbs a ??t?? intronis?? ?? l'Acad??mie du Connecticut de Arts et des Sciences, une institution savante compos??e principalement de membres de la facult?? de Yale.
Relativement peu de documents de la p??riode survivre et il est impossible de reconstruire les d??tails de d??but de carri??re de Gibbs avec pr??cision. De l'avis des biographes, mentor et principal champion de Gibbs, ?? la fois ?? Yale et ?? l'Acad??mie Connecticut, ??tait probablement l'astronome et math??maticien Hubert Anson Newton, une sommit?? en mati??re m??t??ores , qui sont rest??s ami et confident vie de Gibbs. Apr??s la mort de son p??re en 1861, Gibbs a h??rit?? assez d'argent pour le faire financi??rement ind??pendante. Il souffrait d'r??currente probl??mes pulmonaires comme un jeune homme et ses m??decins craint qu'il pourrait ??tre sensible ?? la tuberculose , qui avait tu?? sa m??re. Ces probl??mes et un d??faut dans sa vue expliquent probablement pourquoi il n'a pas volontaires pour combattre dans la guerre civile de 1861-1865. Il n'??tait pas enr??l?? et il est rest?? ?? Yale pour la dur??e de la guerre.
En 1863, Gibbs a re??u le premier Doctorat dipl??me en g??nie accord?? aux ??tats-Unis, pour une th??se intitul??e "Sur le formulaire des dents des roues Spur Gearing", dans lequel il a utilis?? des techniques g??om??triques pour enqu??ter sur la conception optimale pour engrenages. Ce ??tait aussi le cinqui??me Ph.D. accord?? aux ??tats-Unis dans ne importe quel sujet. Apr??s l'obtention du dipl??me, Gibbs a ??t?? nomm?? ?? titre de tuteur au Coll??ge pour une dur??e de trois ans. Pendant les deux premi??res ann??es, il enseigne le latin et pendant la troisi??me philosophie naturelle (ce est ?? dire, la physique). En 1866, il fait breveter un design pour un frein de chemin de fer et a lu un papier avant de l'Acad??mie Connecticut, intitul?? ??L'ampleur appropri??e de l'unit?? de longueur", dans lequel il propose un sch??ma de rationalisation du syst??me d'unit??s de mesure utilis??es dans la m??canique.
Apr??s son mandat comme tuteur termin??, Gibbs a voyag?? en Europe avec ses s??urs. Ils ont pass?? l'hiver de 1866-1867 ?? Paris, o?? Gibbs assist?? ?? des conf??rences ?? la Sorbonne et le Coll??ge de France, dict??e par ces math??maticiens distingu??s que Joseph Liouville et Michel Chasles. Ayant entrepris un r??gime punir d'??tude, Gibbs a attrap?? un gros rhume et un m??decin, craignant la tuberculose, lui a conseill?? de se reposer dans le C??te d'Azur, o?? lui et ses s??urs a pass?? plusieurs mois et o?? il fait un r??tablissement complet.
D??m??nagement ?? Berlin , Gibbs a assist?? aux conf??rences donn??s par des math??maticiens Karl Weierstrass et Leopold Kronecker, ainsi que par le chimiste Heinrich Gustav Magnus. En Ao??t 1867, la s??ur de Julia Gibbs ??tait mari?? ?? Berlin pour Addison Van Nom, qui avait ??t?? le camarade de classe de Gibbs ?? Yale. Le couple nouvellement mari?? est retourn?? ?? New Haven, laissant Gibbs et sa s??ur Anna en Allemagne. En Heidelberg, Gibbs a ??t?? expos?? au travail des physiciens Gustav Kirchhoff et Hermann von Helmholtz, et chimiste Robert Bunsen. ?? l'??poque, des universitaires allemands ??taient les principales autorit??s dans le domaine des sciences naturelles, en particulier la chimie et la thermodynamique .
Gibbs est retourn?? ?? Yale en Juin 1869 et bri??vement enseign?? le fran??ais aux ??l??ves ing??nieurs. Ce ??tait probablement aussi ?? cette ??poque qu'il a travaill?? sur un nouveau design pour une machine ?? vapeur gouverneur, sa derni??re enqu??te importante en g??nie m??canique. En 1871, il a ??t?? nomm?? professeur de physique math??matique ?? l'Universit?? Yale, le premier professeur aux ??tats-Unis. Gibbs, qui avait des moyens ind??pendants et ne avait pas encore de publier quoi que ce soit, a ??t?? affect?? ?? l'enseignement des ??tudiants dipl??m??s exclusivement et a ??t?? embauch?? sans salaire. Postes d'enseignants non salari??s ??taient courantes dans les universit??s allemandes, sur lequel le syst??me d'enseignement scientifique dipl??m?? de Yale a ensuite ??t?? mod??lis??.
Moyen ann??e
Gibbs publie son premier ouvrage en 1873, ?? l'??ge exceptionnellement avanc?? de 34. Ses articles sur la repr??sentation g??om??trique des quantit??s thermodynamiques apparu dans les op??rations de l'Acad??mie Connecticut. Ce journal avait peu de lecteurs capables de comprendre le travail de Gibbs, mais il a partag?? avec ses r??impressions correspondants en Europe et a re??u une r??ponse enthousiaste de James Clerk Maxwell , ?? l' Universit?? de Cambridge . Maxwell a m??me fait, de ses propres mains, un mod??le d'argile illustrant la construction de Gibbs. Il a ensuite produit trois moulages en pl??tre de son mod??le et envoy?? par la poste un ?? Gibbs. Ce casting est expos??e au d??partement de physique de Yale.
Maxwell inclus un nouveau chapitre sur le travail de Gibbs dans la prochaine ??dition de sa th??orie de la chaleur, publi?? en 1875. Il a expliqu?? l'utilit?? des m??thodes graphiques de Gibbs lors d'une conf??rence ?? la Chemical Society de Londres et m??me fait r??f??rence dans l'article sur "Diagrammes" qu'il a ??crit pour le Encyclop??dia Britannica. La mort pr??coce de Maxwell en 1879, ?? l'??ge de 48, emp??ch?? une plus grande collaboration entre lui et Gibbs. La plaisanterie tard distribu?? ?? New Haven que "un seul homme qui pouvait comprendre v??cu les papiers de Gibbs. Ce ??tait Maxwell, et maintenant il est mort."
Gibbs a ensuite ??tendu son analyse thermodynamique des syst??mes chimiques multi-phase (c.-??-syst??mes compos??s de plus d'un type de mati??re) et consid??r?? comme une vari??t?? d'applications concr??tes. Il a d??crit que la recherche dans une monographie intitul??e " Sur l'??quilibre des substances h??t??rog??nes ??, publi?? par l'Acad??mie Connecticut en deux parties qui sont apparus respectivement en 1875 et 1878. Ce travail, qui couvre environ trois cents pages et contient exactement sept cents ??quations math??matiques num??rot??es, commence par une citation de Rudolf Clausius qui exprime ce qu'on appellera plus tard la premi??re et la seconde lois de la thermodynamique: "L' ??nergie du monde est constante La. entropie du monde tend vers un maximum. "
La monographie de Gibbs rigoureuse et ing??nieusement appliqu?? ses techniques thermodynamiques ?? l'interpr??tation des ph??nom??nes physico-chimiques, expliquer et concernant ce qui ??tait auparavant une masse de faits et d'observations isol??es. Le travail a ??t?? d??crit comme ??le Principia de la thermodynamique ??et comme une ??uvre de la?? port??e pratiquement illimit??e ". Wilhelm Ostwald, qui a traduit la monographie de Gibbs en allemand, appel?? Gibbs comme le ??fondateur de l'??nerg??tique chimiques". Selon les commentateurs modernes,
Il est universellement reconnu que sa publication ??tait un ??v??nement de premi??re importance dans l'histoire de la chimie ... N??anmoins ce ??tait un certain nombre d'ann??es avant que sa valeur ??tait g??n??ralement connu, ce retard ??tait d?? en grande partie au fait que sa forme math??matique et rigoureuse processus d??ductifs rendent la lecture difficile pour quiconque, et particuli??rement pour les ??tudiants de chimie exp??rimentale auxquels elle la plupart des pr??occupations.- JJ O'Connor et EF Robertson, 1997
Gibbs a continu?? ?? travailler sans r??mun??ration jusqu'en 1880, lorsque la nouvelle Universit?? Johns Hopkins Baltimore, Maryland lui a offert un poste r??mun??r?? $ 3,000 par an. En r??ponse, Yale lui a offert un salaire annuel de $ 2000, dont il ??tait contenu ?? accepter.
Ans plus tard
De 1880 ?? 1884, Gibbs a travaill?? sur le d??veloppement du alg??bre ext??rieure de Hermann Grassmann dans un calcul vectoriel bien adapt?? aux besoins des physiciens. Avec cet objectif en t??te, Gibbs distingue entre la point et produits crois??s de deux vecteurs et introduit le concept de dyadiques. Un travail similaire a ??t?? r??alis??e de fa??on ind??pendante, et ?? peu pr??s au m??me moment, par le physicien et math??maticien britannique et ing??nieur Oliver Heaviside. Gibbs a cherch?? ?? convaincre les autres physiciens de la commodit?? de l'approche vectorielle sur la calcul quaternionique de William Rowan Hamilton, qui a ensuite ??t?? largement utilis?? par des scientifiques britanniques. Cela l'a amen??, au d??but des ann??es 1890, ?? une controverse avec Peter Guthrie Tait et d'autres dans les pages de Nature.
Les notes de cours de Gibbs sur le calcul vectoriel ont ??t?? imprim??s priv?? en 1881 et 1884 pour l'utilisation de ses ??tudiants, et ont ensuite ??t?? adapt??s par Edwin Bidwell Wilson dans un manuel, Vector Analysis, publi?? en 1901. Ce livre a contribu?? ?? populariser la " del "notation qui est largement utilis?? aujourd'hui dans l'??lectrodynamique et la m??canique des fluides . Dans d'autres travaux math??matiques, il re-d??couvert la " Ph??nom??ne de Gibbs "dans la th??orie de s??rie de Fourier (qui, ?? son insu et ?? des chercheurs plus tard, avait ??t?? d??crit 50 ann??es auparavant par un math??maticien anglais obscure, Henry Wilbraham).
De 1882 ?? 1889, Gibbs a ??crit cinq articles sur optique physique, dans lequel il a enqu??t?? bir??fringence et d'autres ph??nom??nes optiques et d??fendus th??orie ??lectromagn??tique de Maxwell de la lumi??re contre les th??ories m??caniques de Lord Kelvin et d'autres. Dans son travail sur l'optique, tout autant que dans son travail sur la thermodynamique, Gibbs a d??lib??r??ment ??vit?? de sp??culer sur la structure microscopique de la mati??re, qui se est av??r?? une sage compte tenu des d??veloppements r??volutionnaires dans la m??canique quantique qui ont commenc?? ?? l'??poque de sa mort.
Gibbs a invent?? la m??canique statistique terme et introduit des concepts cl??s dans la description math??matique correspondante de syst??mes physiques, y compris les notions de potentiel chimique (1876), ensemble statistique (1878), et espace de phase (1902). La d??rivation de Gibbs des lois ph??nom??nologiques de la thermodynamique des propri??t??s statistiques des syst??mes avec de nombreuses particules a ??t?? pr??sent?? dans les principes ??l??mentaires son manuel tr??s influent dans la m??canique statistique, publi?? en 1902, un an avant sa mort.
Retraite la personnalit?? de Gibbs et intense concentration sur son travail limit??es son accessibilit?? aux ??tudiants. Son prot??g?? principal ??tait Edwin Bidwell Wilson, qui a pourtant expliqu?? que "sauf dans la salle de classe, je ai vu tr??s peu de Gibbs. Il avait une fa??on, vers la fin de l'apr??s-midi, de prendre une promenade dans les rues entre son ??tude dans la vieille Sloane Laboratoire et sa maison-un peu d'exercice entre le travail et le d??ner et une peuvent parfois venir ?? travers lui ?? ce moment ". Gibbs a fait superviser la th??se de doctorat sur l'??conomie math??matique ??crits par Irving Fisher en 1891. Apr??s la mort de Gibbs, Fisher a financ?? la publication de ses ??uvres compl??tes. Un autre ??tudiant ??tait distingu??e Lee De Forest, plus tard, un pionnier de la technologie de radio.
Gibbs est mort ?? New Haven, ??g?? de 64 ans, victime d'une obstruction intestinale aigu??. Il est enterr?? dans Cimeti??re rue Grove.
La vie et le caract??re personnel
Gibbs ne se maria jamais, vivre toute sa vie dans sa maison d'enfance avec sa s??ur Julia et son mari Addison Van Nom, qui ??tait le biblioth??caire de Yale. Sauf pour ses vacances d'??t?? coutumiers dans le Adirondacks (?? Keene Valley, New York) et plus tard ?? la White Mountains (en Intervale, New Hampshire), son s??jour en Europe en 1866-1869 ??tait presque la seule fois que Gibbs pass?? ?? l'ext??rieur de New Haven. Il a rejoint Church College de Yale (un Congregational Church) ?? la fin de sa premi??re ann??e et est rest?? un agent r??gulier pour le reste de sa vie. Il g??n??ralement vot?? pour la Candidat r??publicain aux ??lections pr??sidentielles, mais il a soutenu Grover Cleveland , un conservateur D??mocrate. Sinon on sait tr??s peu de ses opinions religieuses ou politiques, dont il garda pour lui.
Gibbs n'a pas produit une correspondance personnelle importante et beaucoup de ses lettres ont ensuite ??t?? perdu ou d??truit. Au-del?? des ??crits techniques concernant ses recherches, il a publi?? seulement deux autres pi??ces: une br??ve n??crologie de Rudolf Clausius, l'un des fondateurs de la th??orie math??matique de la thermodynamique, et un m??moire plus biographique de son mentor ?? Yale, HA Newton. De l'avis de Edward Wilson Bidwell,
Gibbs ne ??tait pas un annonceur renomm??e personnelle ni une propagande pour la science; il ??tait un ??rudit, descendant d'une vieille famille de lettr??s, vivant avant que les jours o?? la recherche ??tait devenu recherche r?? ... Gibbs ne ??tait pas un monstre, il ne avait pas les moyens frappants, il ??tait un homme de bien vouloir digne.- EB Wilson, 1931
Selon Lynde Wheeler, qui avait ??t?? l'??l??ve de Gibbs ?? Yale, dans ses derni??res ann??es Gibbs
??tait toujours bien habill??, portait habituellement un chapeau de feutre sur la rue, et jamais expos?? l'une des mani??res physiques ou excentricit??s parfois per??us comme indissociables du g??nie ... Sa mani??re ??tait cordial sans ??tre d??monstratif et transmis clairement la simplicit?? et la sinc??rit?? de inn??e sa nature.- Lynde Wheeler, 1951
Il a ??t?? un investisseur prudent et directeur financier, et ?? sa mort en 1903 sa succession a ??t?? ??valu?? ?? $ 100,000. Pendant de nombreuses ann??es il a servi ?? titre de fiduciaire, secr??taire et tr??sorier de son alma mater, l'??cole Hopkins. Le pr??sident am??ricain Chester A. Arthur l'a nomm?? comme l'un des commissaires ?? la Conf??rence nationale des ??lectriciens, qui se est r??uni ?? Philadelphie en Septembre 1884, et Gibbs a pr??sid?? une de ses sessions. Un cavalier vif et habile, Gibbs a ??t?? observ??e habituellement dans New Haven conduite de sa s??ur chariot. Dans une notice n??crologique publi??e dans le American Journal of Science, ancien ??l??ve de Gibbs Henry A. Bumstead vis?? ?? caract??re personnel de Gibbs:
Sans pr??tention mani??re, genial et bienveillant dans ses rapports avec ses semblables, ne jamais montrer d'impatience ou d'irritation, d??pourvu d'ambition personnelle de la sorte de vil ou le moindre d??sir de se ??lever, il est all?? loin vers la r??alisation de l'id??al de la d??sint??ress??, gentleman chr??tien. Dans l'esprit de ceux qui l'ont connu, la grandeur de ses r??alisations intellectuelles ne sera jamais ??clipser la beaut?? et la dignit?? de sa vie.HA Bumstead, 1903
Contributions scientifiques majeures
Thermodynamique chimique
Les papiers de Gibbs des ann??es 1870 a introduit l'id??e d'exprimer le U int??rieur de l'??nergie d'un syst??me en termes de l'entropie S, en plus de l'habituel Etat variables de volume V, la pression p et la temp??rature T. Il a ??galement introduit le concept de la potentiel chimique 
d'une esp??ce chimique donn??e, d??finie comme le taux de l'augmentation de U associ??e ?? l'augmentation du nombre N de mol??cules de ladite esp??ce (?? entropie constante et volume). Ainsi, il ??tait Gibbs qui combine le premier des premier et second lois de la thermodynamique en exprimant la variation infinit??simale dans l'??nergie d'un syst??me sous la forme:
o?? la somme dans le dernier terme est au cours des diff??rentes esp??ces chimiques. En prenant le Transform??e de Legendre de cette expression, il a d??fini les concepts de l'enthalpie et "??nergie libre", y compris ce qui est maintenant connu comme le ?? ??nergie libre Gibbs "(un potentiel thermodynamique qui est particuli??rement utile pour les chimistes car elle d??termine si une r??action se effectue spontan??ment ?? une temp??rature fixe et pression). De la m??me mani??re, il a ??galement obtenu ce qui plus tard est venu ?? ??tre connu sous le nom " L'??quation de Gibbs-Duhem ".
La publication de l'article "sur l'??quilibre des substances h??t??rog??nes?? (1874-1878) est maintenant consid??r?? comme un point de rep??re dans le d??veloppement de chimie physique. Dans ce document, Gibbs a d??velopp?? une th??orie math??matique rigoureuse pour divers ph??nom??nes de transport, y compris adsorption, ??lectrochimie, et de la En effet Marangoni m??langes de fluides. Il a ??galement formul?? le r??gle des phases
pour le nombre de F variables pouvant ??tre command??es de fa??on ind??pendante dans un m??lange de composants en C existants d'??quilibre P phases . La conscience de cette r??gle a conduit ?? l'utilisation g??n??ralis??e de diagrammes de phase par les chimistes.
M??canique statistique
Avec James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann, Gibbs est consid??r?? comme l'un des fondateurs de la m??canique statistique. Ce ??tait Gibbs qui a invent?? le terme ??m??canique statistique" pour identifier la branche de la physique th??orique qui tient compte des propri??t??s thermodynamiques des syst??mes observ??s en termes de la statistique des grands ensembles de particules. Il introduit le concept de espace des phases et l'a utilis?? pour d??finir la microcanonique, canonique, et grands ensembles canoniques, obtenant ainsi une formulation plus g??n??rale des propri??t??s statistiques des syst??mes ?? plusieurs particules que ce que Maxwell et Boltzmann avaient atteint auparavant.
Selon Henri Poincar??, ??crit en 1904, m??me si Maxwell et Boltzmann avait auparavant expliqu?? le irr??versibilit?? des processus physiques macroscopiques en termes probabilistes, "celui qui a vu le plus clairement, dans un livre trop peu lu parce que ce est un peu difficile ?? lire, est Gibbs, dans ses Principes ??l??mentaires de la m??canique statistique." L'analyse de Gibbs d'irr??versibilit??, et sa formulation de Boltzmann H-th??or??me et du hypoth??se ergodique, ont ??t?? les principaux facteurs qui influent sur la physique math??matiques de 20e si??cle.
Gibbs ??tait bien conscient que l'application de la equipartition th??or??me ?? grands syst??mes de particules classiques omis d'expliquer les mesures de la chaleurs sp??cifiques des deux solides et des gaz, et il a fait valoir que ce ??tait la preuve du danger de fonder la thermodynamique sur les ??hypoth??ses sur la constitution de la mati??re". Propre cadre de Gibbs pour la m??canique statistique a ??t?? si soigneusement construit que cela pourrait ??tre report?? presque intact apr??s la d??couverte que les lois microscopiques de la nature ob??issent ?? des r??gles quantiques, plut??t que les lois classiques connus de Gibbs et de ses contemporains. Sa r??solution de la soi-disant " Gibbs paradoxe ??, ?? propos de l'entropie du m??lange de gaz, est maintenant souvent cit??e comme une pr??figuration de la indiscernabilit?? des particules requises par la physique quantique.
Vecteur d'analyse
Des scientifiques britanniques, y compris Maxwell, avaient compt?? sur les quaternions de Hamilton afin d'exprimer la dynamique des grandeurs physiques, comme les champs ??lectriques et magn??tiques, ayant ?? la fois une grandeur et une direction dans l'espace en trois dimensions. Gibbs, cependant, noter que le produit de quaternions devait toujours ??tre s??par?? en deux parties: une unidimensionnel (scalaire) quantit?? et en trois dimensions vecteur , de sorte que l'utilisation des quaternions introduit des complications et des licenciements math??matiques qui pourraient ??tre ??vit??s dans l'int??r??t de la simplicit?? et de faciliter l'enseignement. Il propose donc de d??finir Dot et Cross produits distincts pour les paires de vecteurs et introduit la notation d??sormais courant pour eux. Il a ??galement ??t?? en grande partie responsable pour le d??veloppement des vecteurs calcul techniques encore utilis??es aujourd'hui dans l'??lectrodynamique et la m??canique des fluides.
Alors qu'il travaillait sur l'analyse de vecteur ?? la fin des ann??es 1870, Gibbs d??couvre que son approche ??tait semblable ?? celui qui avait pris Grassmann dans son "alg??bre multiple". Gibbs a ensuite cherch?? ?? conna??tre le travail de Grassmann, soulignant que ce ??tait ?? la fois plus g??n??rale et historiquement avant l'alg??bre quaternionique de Hamilton. Pour ??tablir la priorit?? de Grassmann, Gibbs convaincu les h??ritiers de Grassmann ?? chercher la publication en Allemagne de l'essai sur les mar??es que Grassmann avait soumis en 1840 ?? la facult?? ?? la Universit?? de Berlin, o?? il avait d'abord introduit la notion de ce qui allait ??tre appel?? un espace vectoriel .
Comme Gibbs avait pr??conis?? dans les ann??es 1880 et 1890, quaternions ont finalement ??t?? pratiquement abandonn?? par les physiciens en faveur de l'approche vectorielle d??velopp?? par lui et, ind??pendamment, par Oliver Heaviside. Gibbs a appliqu?? ses m??thodes de vecteur ?? la d??termination de la plan??te et de la com??te orbites. Il a ??galement d??velopp?? le concept de triades mutuellement r??ciproques de vecteurs qui se est av??r?? plus tard ??tre de l'importance dans cristallographie.
Optique physique
Bien que la recherche de Gibbs sur l'optique physique est moins bien connu aujourd'hui que ses autres travaux, il a apport?? une contribution significative ?? la musique classique de l'??lectromagn??tisme en appliquant les ??quations de Maxwell ?? la th??orie des processus optiques tels que bir??fringence, dispersion, et activit?? optique. Dans ce travail, Gibbs a montr?? que ces processus pourraient ??tre pris en compte par les ??quations de Maxwell sans hypoth??ses particuli??res sur la structure microscopique de la mati??re ou sur la nature du milieu dans lequel les ondes ??lectromagn??tiques ??taient cens??s se propager (la soi-disant ??ther luminif??re ). Gibbs a ??galement soulign?? que l'absence d'un onde ??lectromagn??tique longitudinale, qui est n??cessaire pour tenir compte des propri??t??s observ??es de la lumi??re , est automatiquement garanti par les ??quations de Maxwell (en vertu de ce qui est maintenant appel?? leur " invariance de jauge "), alors que dans les th??ories m??caniques de la lumi??re, tels que Lord Kelvin, il doit ??tre impos??e comme condition ad hoc sur les propri??t??s de l'??ther.
Dans son dernier rapport sur l'optique physique, Gibbs a conclu que
il peut ??tre dit pour la th??orie de l'??lectricit?? [de la lumi??re] qu'il ne est pas oblig?? d'inventer des hypoth??ses, mais seulement d'appliquer les lois fournies par la science de l'??lectricit??, et qu'il est difficile d'expliquer les co??ncidences entre les propri??t??s ??lectriques et optiques des m??dias, sauf si nous consid??rons les mouvements de lumi??re ??lectrique.-JW Gibbs, 1889
Peu de temps apr??s, la nature ??lectromagn??tique de la lumi??re a ??t?? d??montr?? de fa??on concluante par les exp??riences de Heinrich Hertz en Allemagne.
La reconnaissance scientifique
Gibbs a travaill?? ?? une ??poque o?? il y avait peu de tradition de la science th??orique rigoureux aux ??tats-Unis. Sa recherche ne ??tait pas facile ?? comprendre ?? ses ??l??ves ou ses coll??gues et il n'a fait aucun effort pour populariser ses id??es ou de simplifier leur exposition pour les rendre plus accessibles. Son ouvrage sur la thermodynamique a ??t?? publi?? principalement dans les Transactions de l'Acad??mie Connecticut, un journal ??dit?? par biblioth??caire fr??re-fr??re, qui a ??t?? peu lu aux Etats-Unis et encore moins en Europe. Lorsque Gibbs a pr??sent?? son long article sur l'??quilibre des substances h??t??rog??nes ?? l'Acad??mie, ?? la fois Elias Loomis et HA Newton protest?? qu'ils ne comprennent pas le travail de Gibbs du tout, mais ils ont aid?? ?? r??unir l'argent n??cessaire pour payer pour la composition des nombreuses ??quations et des symboles math??matiques dans le document. Fonds dans le but ont ??t?? apport??s ?? la fois par les membres de l'universit?? et par les hommes d'affaires et professionnelles locales ?? New Haven.
M??me si elle avait ??t?? imm??diatement adopt?? par Maxwell, la formulation graphique de Gibbs des lois de la thermodynamique ne est entr?? en usage r??pandu dans le milieu du 20e si??cle, gr??ce au travail des L??szl?? Tisza et Herbert Callen. Selon James Gerald Crowther,
dans ses derni??res ann??es [Gibbs] ??tait un grand homme digne, d'un pas en bonne sant?? et teint vermeil, d'effectuer sa part des t??ches m??nag??res, accessible et aimables (si inintelligible) aux ??tudiants. Gibbs a ??t?? tr??s appr??ci?? par ses amis, mais la science am??ricaine a ??t?? trop pr??occup?? par des questions pratiques de faire grand usage de son travail th??orique profonde de son vivant. Il a v??cu sa vie tranquille ?? Yale, profond??ment admir?? par quelques ??tudiants capables, mais ne faisant aucune empreinte imm??diate sur la science en rapport am??ricain avec son g??nie.- JG Crowther, 1937
D'autre part, Gibbs ne recevoir les grands honneurs alors possible pour un chercheur universitaire aux ??tats-Unis. Il a ??t?? ??lu ?? la National Academy of Sciences en 1879 et a re??u le 1880 Prix Rumford de la Acad??mie am??ricaine des arts et des sciences pour ses travaux sur la thermodynamique chimique. Il a ??galement accord?? des doctorats honorifiques de l'Universit?? de Princeton et Williams College.
En Europe, Gibbs a ??t?? intronis?? comme membre honoraire de la London Mathematical Society en 1892 et comme membre ??tranger de la Royal Society en 1897. Il a ??t?? ??lu membre correspondant de la Prussienne et Fran??ais Acad??mies des sciences et re??u des doctorats honorifiques des universit??s de Erlangen et Christiania (aujourd'hui Oslo). La Soci??t?? royale honor?? de Gibbs en 1901 avec le M??daille Copley, alors consid??r?? comme la plus haute distinction internationale dans les sciences naturelles, remarquant qu'il avait ??t?? "le premier ?? appliquer la seconde loi de la thermodynamique ?? la discussion exhaustive de la relation entre produits chimiques, de l'??nergie ??lectrique et thermique et de la capacit?? de travail externe. " Gibbs, qui est rest?? ?? Yale, ??tait repr??sent??e ?? la c??r??monie par le commandant Richardson Clover, l'attach?? naval am??ricain ?? Londres.
Dans son autobiographie, math??maticien Gian-Carlo Rota raconte parcourant d??sinvolture les piles de math??matiques Biblioth??que Sterling et tr??buchant sur une liste de diffusion manuscrite, attach?? ?? certaines des notes de cours de Gibbs, qui a recens?? plus de deux cents scientifiques remarquables de son ??poque, y compris Poincar??, Boltzmann, David Hilbert , et Ernst Mach. De cette Rota a conclu que le travail de Gibbs ??tait mieux connu parmi l'??lite scientifique de son temps que le mat??riel publi?? sugg??re. Lynde Wheeler reproduit cette liste de diffusion dans une annexe ?? sa biographie de Gibbs. Ce Gibbs a r??ussi ?? int??resser ses correspondants europ??ens dans son travail est d??montr?? par le fait que sa monographie "sur l'??quilibre des substances h??t??rog??nes?? a ??t?? traduit en allemand (alors la langue de premier plan pour la chimie) par Wilhelm Ostwald en 1892 et en fran??ais par Henri Louis Le Ch??telier en 1899.
Influence
Influence la plus imm??diate et ??vidente de Gibbs ??tait sur la chimie physique et la m??canique statistique, deux disciplines qui il a grandement contribu?? ?? fonder. Durant la vie de Gibbs, sa r??gle de phase a ??t?? valid?? exp??rimentalement par le chimiste n??erlandais HW Bakhuis Roozeboom, qui a montr?? comment l'appliquer dans une vari??t?? de situations, assurant ainsi qu'il l'utilisation g??n??ralis??e. En chimie industrielle, les thermodynamique de Gibbs ont trouv?? de nombreuses applications au d??but du 20e si??cle, de l'??lectrochimie au d??veloppement de la Haber processus pour la synth??se de l'ammoniac .
Lorsque physicien hollandais JD van der Waals a re??u le 1910 Prix Nobel "pour son travail sur la ??quation d'??tat pour les gaz et les liquides "il a reconnu la grande influence de l'??uvre de Gibbs sur ce sujet. Max Planck a re??u le prix Nobel 1918 pour ses travaux sur la m??canique quantique, en particulier son article 1900 La loi de Planck pour quantifi?? rayonnement du corps noir. Ce travail a ??t?? largement bas??e sur la thermodynamique de Kirchhoff, Boltzmann et Gibbs. Planck a d??clar?? que le nom de Gibbs "non seulement en Am??rique mais dans le monde entier ne sera jamais compt?? parmi les physiciens th??oriques les plus c??l??bres de tous les temps."
La première moitié du 20e siècle a vu la publication de deux manuels influents qui ne tarda pas à être considérés comme des documents de fondation de la thermodynamique chimique, qui tous deux utilisés et étendu le travail de Gibbs dans ce domaine: ce sont Thermodynamique et gratuit énergétique des procédés chimiques ( 1923), par Gilbert N. Lewis et Merle Randall et moderne Thermodynamique par les méthodes de Willard Gibbs (1933), par Edward A. Guggenheim. Sous l'influence de Lewis, William Giauque (qui avaient d'abord voulu être ingénieur chimiste) est devenu un professeur de chimie à Berkeley et a remporté le 1949 Prix Nobel de chimie pour ses enquêtes sur les propriétés de la matière à des températures proches absolue zéro, des études guidées par la troisième loi de la thermodynamique .
Le travail de Gibbs sur des ensembles statistiques, tel que présenté dans son manuel de 1902, a eu un grand impact à la fois physique théorique et en mathématiques pures. Initialement ignorent les contributions de Gibbs dans ce domaine, Albert Einstein a écrit trois articles sur la mécanique statistique, publiés entre 1902 et 1904. Après avoir lu le manuel de Gibbs (qui a été traduit en allemand par Ernst Zermelo en 1905), Einstein a déclaré que le traitement de Gibbs était supérieur à son posséder et a expliqué qu'il aurait pas écrit ces papiers si il avait connu le travail de Gibbs. Selon le physicien mathématique Arthur Wightman:
Il est l'un des traits marquants de l'??uvre de Gibbs, remarqué par tous les élèves de la thermodynamique et la mécanique statistique, que ses formulations de concepts physiques ont été si heureusement choisis qu'ils ont survécu à 100 ans de développement turbulent dans la physique théorique et les mathématiques.- AS Wightman 1990
Début des papiers de Gibbs sur l'utilisation des méthodes graphiques en thermodynamique reflètent une compréhension puissamment original de ce que les mathématiciens appellera plus tard " analyse convexe ", y compris des idées qui, selon Barry Simon, «dormaient pendant environ 75 années". Concepts mathématiques importants basés sur le travail de Gibbs sur la thermodynamique et mécanique statistique comprennent l' Gibbs lemme dans la théorie des jeux , l' inégalité Gibbs et Gibbs algorithme en théorie de l'information, ainsi que l'échantillonnage de Gibbs dans les statistiques de calcul.
Le développement de calcul vectoriel était autre grande contribution de Gibbs aux mathématiques. La publication en 1901 du manuel de EB Wilson analyse vectorielle , basé sur les conférences de Gibbs à Yale, a fait beaucoup pour propager l'utilisation de méthodes et de notation vectorielles en mathématiques et en physique théorique, déplacer définitivement les escouades qui avaient jusque-là été dominant dans la littérature scientifique .
A Yale, Gibbs a également été le mentor de Lee De Forest, qui a continué à inventer pour l' amplificateur triode et a été appelé le "père de la radio". De Forest crédité l'influence de Gibbs pour la réalisation "que les chefs de file dans le développement électrique seraient ceux qui ont poursuivi la théorie des ondes supérieur et oscillations et la transmission par ces moyens de l'intelligence et de puissance. " Un autre étudiant de Gibbs qui a joué un rôle important dans le développement de la technologie radio était Lynde Wheeler.
Gibbs a également eu une influence indirecte sur l'économie mathématique. Il a supervisé la thèse d'Irving Fisher, qui a reçu le premier Ph.D. en économie de Yale en 1891. Dans cet ouvrage, publié en 1892 comme Enquêtes mathématiques dans la théorie de la valeur et des prix , Fisher a établi une analogie directe entre l'équilibre de Gibbs dans les systèmes physiques et chimiques, et l' équilibre général des marchés, et il a utilisé de Gibbs notation vectorielle. Le protégé de Gibbs Edwin Bidwell Wilson est devenu, à son tour, un mentor pour éminent économiste américain et lauréat du prix Nobel Paul Samuelson. En 1947, Samuelson publié Foundations of Economic Analysis , basé sur sa thèse de doctorat, dans lequel il a utilisé comme épigraphe une remarque attribuée à Gibbs: «Les mathématiques sont un langage." Samuelson a expliqué plus tard que dans sa compréhension de ses prix «dettes ne sont pas principalement pour Pareto ou Slutsky, mais à la grande thermodynamicien, Willard Gibbs de Yale. "
Pour sa part, le mathématicien Norbert Wiener a cité l'utilisation de Gibbs de la probabilité dans la formulation de la mécanique statistique comme «la première grande révolution de la physique du XXe siècle" et comme une influence majeure sur sa conception de la cybernétique. Wiener expliqué dans la préface de son livre L'usage humain de êtres humains qu'il était "consacré à l'impact du point de vue sur la vie moderne de Gibbs, à la fois par les modifications de fond qu'elle a faites à la science de travail, et par les changements qu'il a fait indirectement dans notre attitude envers la vie en général ».
Comm??moration
Lorsque le chimiste allemand Walther Nernst visité Yale en 1906 pour donner la conférence Silliman, il a été surpris de découvrir qu'il n'y avait pas de mémorial tangible pour Gibbs. Il a fait don donc son frais de 500 $ de conférences à l'université pour aider à payer pour un monument approprié, qui a finalement été dévoilé en 1912 sous la forme d'un bronze bas-relief du sculpteur Lee Lawrie, installé dans la Sloane Laboratoire de Physique. En 1910, la American Chemical Society a créé le Médaille Gibbs Willard, grâce à l'initiative de William A. Converse, un ancien président et secrétaire de la Section de Chicago. Le American Mathematical Society a doté la Josiah Willard Gibbs Lectureship en 1923 pour sensibiliser le public des mathématiques et ses applications.
En 1945, l'Université de Yale a créé la chaire J. Willard Gibbs en chimie théorique, tenue jusqu'en 1973 par Lars Onsager, qui a remporté le prix Nobel 1968 de chimie. (Onsager, comme Gibbs, a travaillé principalement sur ??????l'application de nouvelles idées mathématiques à des problèmes de chimie physique.) Josiah Willard Gibbs laboratoires de Yale et son J. Willard Gibbs de professeur adjoint en mathématiques sont également nommés en son honneur, et l'université a accueilli deux colloques consacré à la vie et l'??uvre de Gibbs, l'un en 1989 et un autre sur le centenaire de sa mort, en 2003. Université Rutgers a une J. Willard Gibbs professeur de Thermomécanique, actuellement détenu par Bernard D. Coleman.
En 1950, Gibbs a été élu auTemple de la renommée des Grands Américains. Le United States Navy navire de recherche océanographiqueUSNSJosiah Willard Gibbs(T-AGOR-1), en service de 1958 à 1971, a été nommé pour Gibbs. Le Gibbs cratère, situé près de la branche orientale de laLune, a été nommé en son honneur en 1964.
EA Guggenheim introduit le symboleGpour l'énergie libre de Gibbs en 1933, et le même symbole a été utilisé aussi parDirk ter Haar en 1966. Cette notation est désormais universelle et est recommandé par l' IUPAC.En 1960, William Giauqueet al.a suggéré d'utiliser le nom "Gibbs" (de GBS abrégés.) pour l'unité de l'entropie,calories /Kelvin, mais cet usage ne ??????devienne pas commun et correspondantunité SI,Joule / Kelvin, porte pas de nom particulier.
Dans la litt??rature
En 1909, l'historien et romancier américain Henry Adams a terminé un essai intitulé «La règle de la phase appliquée à l'histoire", dans laquelle il a cherché à appliquer la règle des phases de Gibbs et d'autres concepts thermodynamiques à une théorie générale de l'histoire humaine. William James, Henry Bumstead , et d'autres ont critiqué à la fois ténue portée de Adams des concepts scientifiques qu'il invoquée, ainsi que le caractère arbitraire de son application de ces concepts comme des métaphores pour l'évolution de la pensée humaine et de la société. L'essai resté inédit jusqu'à ce qu'il apparaisse à titre posthume en 1919, la dégradation de la proclamation du dogme démocratique , édité par Henry Adams jeune frère Brooks.
Dans les années 1930, le poète féministe Muriel Rukeyser est devenu fasciné par Willard Gibbs et a écrit un long poème sur sa vie et de travail ("Gibbs", inclus dans la collection Un tournant Vent , publié en 1939), ainsi qu'une biographie de longueur du livre ( Willard Gibbs , 1942). Selon Rukeyser:
Willard Gibbs est le type de l'imagination à l'??uvre dans le monde. Son histoire est celle d'une ouverture qui a eu son effet sur ??????nos vies et notre façon de penser; et, il me semble, il est l'emblème de l'imagination, qui est appelé nu abstrait et peu pratique, mais dont les découvertes peuvent être utilisés par quiconque est intéressé, dans tout ce «champ» -une imagination qui, pour moi, plus que cela de toute autre figure de la pensée américaine, tout poète, ou politique, ou figure religieuse, se trouve à l'imagination dans ses points essentiels.- Muriel Rukeyser, 1949
En 1946, Fortune Magazine illustré une histoire de couverture sur «La science fondamentale" avec une représentation de la surface thermodynamique qui Maxwell avait construit sur ??????la base de la proposition de Gibbs. Rukeyser avait appelé cette surface une «statue de l'eau" et le magazine a vu en elle «la création abstraite d'un grand scientifique américain qui se prête à la symbolique des formes d'art contemporain." L'??uvre d'art par Arthur Lidov également inclus expression mathématique de Gibbs de la règle de phase pour les mélanges hétérogènes, ainsi qu'un radar écran, une forme d'onde de l'oscilloscope, de Newton la pomme, et une petite interprétation d'un diagramme de phase en trois dimensions.
Le neveu de Gibbs, Ralph Gibbs Van Nom, un professeur de chimie physique à Yale, était mécontent de la biographie de Rukeyser, en partie à cause de son manque de formation scientifique. Van Nom avait retenu les papiers de son de la famille et, après son livre a été publié en 1942 pour des revues scientifiques littéraires, mais mixtes positifs, il essayé d'encourager les anciens élèves de Gibbs pour produire une nouvelle et plus orientée techniquement biographie. Avec son soutien, Lynde Wheeler a publié un tel travail en 1951.
Tant la biographie de Gibbs et Rukeyser de lui une place importante dans la collection de poésie True North (1997) par Stephanie Strickland. Dans la fiction, Gibbs apparaît comme le mentor de Kit de caractères Traverse dans le roman de Thomas Pynchon Contre Jour (2006). Ce roman traite également en évidence la biréfringence de spath d'Islande, un phénomène optique que Gibbs enquête.
Gibbs timbre (2005)
Le 4 mai 2005, le United States Postal Service a émis le American Scientists commémorative timbre série conçue par l'artiste Victor Stabin, représentant Gibbs, John von Neumann , Barbara McClintock, et Richard Feynman . Kenneth R. Jolls, un professeur de génie chimique à l' Université d'État de l'Iowa et un expert sur ??????les méthodes graphiques en thermodynamique, consultés sur la conception du timbre en l'honneur Gibbs. Le timbre identifie Gibbs comme un «thermodynamicien" et dispose d'un diagramme à partir de la 4ème édition de Maxwell la théorie de la chaleur , publié en 1875, qui illustre surface thermodynamique de Gibbs pour l'eau. microlettres sur le col du portrait de Gibbs dépeint son équation mathématique original pour le changement dans l'énergie d'une substance en termes de son entropie et les autres variables d'état.
Contour de travail principale
- Chimie physique:énergie libre,diagramme de phase,règle des phases,phénomènes de transport
- Mécanique statistique:ensemble statistique,espace des phases,potentiel chimique,Gibbs entropie, Gibbs paradoxe
- Mathématiques: Analyse vectorielle,analyse convexe, Ph??nom??ne de Gibbs
- Electromagnétisme:les équations de Maxwell,biréfringence
