Gibbs sa narodil 11. februára 1839 v New Haven, Connecticut. Jeho otec, profesor duchovnej literatúry na Yale Divinity School (neskôr pridružený k Yale University), sa preslávil svojou účasťou v súdnom spore tzv. Amistad. Hoci sa otec volal tiež Josiah Willard, "Junior" sa nikdy nepoužíval so synovým menom, navyše päť ďalších členov rodiny nosilo rovnaké meno. Jeho starý otec z matkinej strany bol tiež absolventom literatúry na Yale University. Po absolvovaní Hopkins School vo veku 15 rokov vstúpil Gibbs na Yale College. V roku 1858 ukončil vysokú školu ako najlepší v triede a bol ocenený za úspechy v matematike a latinčine.
V roku 1863, rozhodnutím Sheffield School of Science na Yale, Gibbs získal prvý americký titul doktora filozofie (PhD) v technických vedách za svoju dizertačnú prácu „O tvare zubov ozubených kolies“. V nasledujúcich rokoch vyučoval na Yale: dva roky učil latinčinu a ďalší rok - to, čo sa neskôr nazývalo prírodná filozofia a je porovnateľné s moderným konceptom „prírodných vied“. V roku 1866 odišiel do Európy pokračovať v štúdiu, pričom každý rok strávil v Paríži, Berlíne a potom v Heidelbergu, kde sa stretol s Kirchhoffom a Helmholtzom. V tom čase boli nemeckí vedci vedúcimi autoritami v oblasti chémie, termodynamiky a základných prírodných vied. Tieto tri roky v skutočnosti predstavujú tú časť života vedca, ktorú strávil mimo New Haven.
V roku 1869 sa vrátil na Yale, kde bol v roku 1871 vymenovaný za profesora matematickej fyziky, čo bola prvá takáto pozícia v Spojených štátoch a túto funkciu zastával po zvyšok svojho života.
Profesorský post bol spočiatku neplatený, čo bola situácia typická pre tú dobu (najmä v Nemecku), a Gibbs musel svoje práce publikovať. V rokoch 1876-1878 píše množstvo článkov o analýze viacfázových chemických systémov pomocou grafickej metódy. Neskôr boli publikované v monografii „On the Equilibrium of Heterogeneous Substances“, jeho najznámejšej práci. Táto Gibbsova práca je považovaná za jeden z najväčších vedeckých úspechov 19. storočia a za jedno zo základných diel fyzikálnej chémie. Gibbs vo svojich článkoch použil termodynamiku na vysvetlenie fyzikálno-chemických javov, pričom spojil to, čo bolo predtým súborom jednotlivých faktov.
„Všeobecne sa uznáva, že vydanie tejto monografie bolo v dejinách chemickej vedy prvoradou udalosťou. Trvalo však niekoľko rokov, kým sa jeho význam naplno prejavil; oneskorenie bolo spôsobené najmä tým, že použitá matematická forma a prísne deduktívne techniky sťažujú čítanie každému, a najmä študentom v odbore experimentálna chémia, s ktorými to bolo najrelevantnejšie ... “
Medzi dôležité časti zahrnuté v jeho ďalších dokumentoch o heterogénnych rovnováhách patria:
Gibbs tiež publikoval práce o teoretickej termodynamike. V roku 1873 vyšiel jeho článok o geometrickom znázornení termodynamických veličín. Táto práca inšpirovala Maxwella k vytvoreniu plastového modelu (nazývaného Maxwellov termodynamický povrch) na ilustráciu Gibbsovej konštrukcie. Model bol následne odoslaný Gibbsovi a v súčasnosti je uložený na Yale University.
V roku 1880 novootvorená Univerzita Johnsa Hopkinsa v Baltimore v štáte Maryland ponúkla Gibbsovi miesto za 3000 dolárov, na čo Yale reagoval zvýšením platu na 2000 dolárov. Gibbs však New Haven neopustil. V rokoch 1880 až 1884 spojil myšlienky dvoch matematikov: „kvaternión“ Williama Hamiltona a „externú algebru“ Hermanna Grassmanna a vytvoril (nezávisle od britského fyzika a inžiniera Olivera Heaviside) vektorovú analýzu. V rokoch 1882-89. Gibbs ho vylepšuje, píše práce o optike a vyvíja novú elektrickú teóriu svetla. Zámerne sa vyhýba teoretizovaniu o štruktúre hmoty, čo bolo múdre rozhodnutie vzhľadom na následné revolučné udalosti vo fyzike subatomárnych častíc a kvantovej mechanike. Jeho chemická termodynamika bola univerzálnejšia ako ktorákoľvek iná chemická teória, ktorá v tom čase existovala.
Po roku 1889 pokračoval vo svojej práci na štatistickej termodynamike, „vybavením kvantovej mechaniky a Maxwellových teórií matematickým rámcom“. Napísal klasické učebnice štatistickej termodynamiky, ktoré boli publikované v roku 1902. Gibbs tiež prispel ku kryštalografii a aplikoval svoju vektorovú metódu na výpočet dráh planét a komét.
O menách a kariérach jeho študentov sa vie len málo. Gibbs sa nikdy neoženil a celý svoj život prežil v dome svojho otca so svojou sestrou a švagrom, knihovníkom na Yale. Bol natoľko zameraný na vedu, že bol vo všeobecnosti neprístupný osobným záujmom. Jeho chránenec E.W. Wilson povedal: „Mimo triedy som ho videl veľmi málo. Mal vo zvyku chodiť popoludní na prechádzku po uliciach medzi jeho kanceláriou v starom laboratóriu a domovom - malé cvičenie v prestávke medzi prácou a obedom - a potom ste ho mohli niekedy stretnúť." Gibbs zomrel v New Haven a je pochovaný na cintoríne Grove Street.
Uznanie neprišlo k vedcovi okamžite, najmä preto, že Gibbs publikoval najmä v r "Transakcie Akadémie vied v Connecticute"- časopis vydávaný pod redakciou jeho zaťa knihovníka, málo čítaný v Spojených štátoch a ešte menej v Európe. Jeho dielu spočiatku venovalo pozornosť len niekoľko európskych teoretických fyzikov a chemikov (vrátane napríklad škótskeho fyzika Jamesa Clerka Maxwella). Až potom, čo boli Gibbsove články preložené do nemčiny (Wilhelm Ostwald v roku 1892) a francúzštiny (Henri Louis le Chatelier v roku 1899), jeho myšlienky sa rozšírili v Európe. Jeho teória fázového pravidla bola experimentálne potvrdená v prácach H.V. Bahuis Rosebohm, ktorý preukázal jeho použiteľnosť v rôznych aspektoch.
Na rodnom kontinente bol Gibbs hodnotený ešte menej. Napriek tomu bol uznaný a v roku 1880 mu Americká akadémia umení a vied udelila Rumfordovu cenu za prácu v oblasti termodynamiky. A v roku 1910, na pamiatku vedca, Americká chemická spoločnosť z iniciatívy Williama Converse založila medailu Willarda Gibbsa.
Americké školy a vysoké školy tej doby zdôrazňovali skôr tradičné predmety ako vedu a študenti o jeho prednášky na Yale neprejavovali veľký záujem. Gibbsovi známi opísali jeho prácu na Yale takto:
„V posledných rokoch zostal vysokým, distingvovaným džentlmenom so zdravou chôdzou a zdravou pleťou, zvládal svoje povinnosti doma, bol prístupný a ústretový k študentom. Gibbs bol veľmi uznávaný svojimi priateľmi, ale americká veda sa príliš zaoberala praktickými otázkami na to, aby uplatnila jeho solídne teoretické práce počas jeho života. Prežil svoj pokojný život na Yale a hlboko obdivoval niekoľkých šikovných študentov bez toho, aby urobil prvý dojem na amerických vedcov porovnateľný s jeho talentom. (Crowther, 1969)
Netreba si myslieť, že Gibbs bol vo svojej dobe málo známy. Napríklad matematik Jayen-Carlo Rota, ktorý si prezeral police s matematickou literatúrou v knižnici Sterling Library (na Yale University), narazil na zoznam adresátov, ktorý napísal Gibbs a ktorý je pripojený k niektorým poznámkam. Zoznam zahŕňal viac ako dvesto významných matematikov tej doby, vrátane Poincarého, Hilberta, Boltzmanna a Macha. Dá sa dospieť k záveru, že medzi významnými predstaviteľmi vedy boli Gibbsove diela známejšie, ako naznačuje tlačený materiál. Gibbsove úspechy však boli napokon uznané až po vydaní publikácie Gilberta Newtona Lewisa a Merle Randalla v roku 1923. "Termodynamika a voľná energia chemických látok", ktorá predstavila Gibbsove metódy chemikom z rôznych univerzít. Tieto isté metódy tvorili z väčšej časti základ chemickej technológie.
Zoznam akadémií a spoločností, ktorých bol členom, zahŕňa Connecticut Academy of Arts and Sciences, National Academy of Sciences, American Philosophical Society, Dutch Scientific Society, Haarlem; Kráľovská vedecká spoločnosť, Göttingen; Kráľovská inštitúcia Veľkej Británie, Cambridgeská filozofická spoločnosť, Matematická spoločnosť v Londýne, Manchesterská literárna a filozofická spoločnosť, Kráľovská akadémia v Amsterdame, Kráľovská spoločnosť v Londýne, Kráľovská pruská akadémia v Berlíne, Francúzsky inštitút, Fyzikálny inštitút Londýnskej spoločnosti a Bavorskej akadémie vied.
Podľa Americkej matematickej spoločnosti, ktorá v roku 1923 založila takzvané Gibbsove prednášky na podporu všeobecnej kompetencie v matematických prístupoch a aplikáciách, bol Gibbs najväčším vedcom, aký sa kedy narodil na americkej pôde.
V roku 1873, keď mal 34 rokov, Gibbs preukázal mimoriadne výskumné schopnosti v oblasti matematickej fyziky. Tento rok sa v bulletine Connecticutskej akadémie objavili dva články. Prvá mala názov „Grafické metódy v termodynamike tekutín“ a druhá – „Metóda geometrického znázornenia termodynamických vlastností látok pomocou povrchov“.
Po nich nasledovali v rokoch 1876 a 1878 dve časti oveľa zásadnejšej práce „O rovnováhe v heterogénnych systémoch“, ktorá sumarizuje jeho prínos k fyzikálnej vede a nepochybne patrí medzi najvýznamnejšie a najvýznamnejšie literárne pamiatky vedeckej činnosti devätnáste storočie.
Pri diskusii o chemicky homogénnych médiách v prvých dvoch článkoch Gibbs často používal princíp, že látka je v rovnováhe, ak jej entropiu nemožno zvýšiť pri konštantnej energii. V epigrafe tretieho článku citoval slávny Clausiusov výrok „Die Energie der Welt ist konštanta. Die Entropio der Welt strebt einem Maximum zu,“ čo znamená „Energia sveta je konštantná. Entropia sveta smeruje k maximu.“ Ukázal, že vyššie uvedená rovnovážna podmienka, odvodená z dvoch zákonov termodynamiky, má univerzálne uplatnenie, úhľadne odstraňuje jedno obmedzenie za druhým, najmä to, že látka musí byť chemicky homogénna. Dôležitým krokom bolo zavedenie hmotností komponentov, ktoré tvoria heterogénny systém, ako premenných v základných diferenciálnych rovniciach. Ukazuje sa, že v tomto prípade diferenciálne koeficienty pri energiách vzhľadom na tieto hmoty vstupujú do rovnováhy rovnakým spôsobom ako intenzívne parametre, tlak a teplota. Tieto koeficienty nazval potenciály. Neustále sa používajú analógie s homogénnymi systémami a matematické operácie sú podobné tým, ktoré sa používajú v prípade rozšírenia geometrie trojrozmerného priestoru na n-rozmerný priestor.
Všeobecne sa uznáva, že publikácia týchto prác mala osobitný význam pre históriu chémie. V skutočnosti to znamenalo sformovanie nového odvetvia chemickej vedy, ktorá bola podľa M. Le Chateliera významom porovnateľná s prácami Lavoisiera. Trvalo však niekoľko rokov, kým sa hodnota týchto diel stala všeobecne uznávanou. Toto oneskorenie bolo spôsobené najmä tým, že čítanie článkov bolo dosť ťažké, najmä pre študentov zaoberajúcich sa experimentálnou chémiou, kvôli mimoriadnej matematike a úzkostlivým záverom. Na konci 19. storočia bolo veľmi málo chemikov s dostatočnými znalosťami matematiky na to, aby prečítali aj tie najjednoduchšie časti článkov. Niektoré z najdôležitejších zákonov, ktoré boli prvýkrát opísané v týchto článkoch, boli následne dokázané ďalšími vedcami, či už teoreticky, alebo častejšie experimentálne. V súčasnosti však hodnotu Gibbsových metód a získaných výsledkov uznávajú všetci študenti fyzikálnej chémie.
V roku 1891 Gibbsove diela preložil profesor Ostwald do nemčiny a v roku 1899 do francúzštiny vďaka úsiliu G. Roya a A. Le Chateliera. Napriek tomu, že od vydania už uplynulo veľa rokov, v oboch prípadoch si prekladatelia nevšimli ani tak historický aspekt spomienok, ako skôr mnohé dôležité otázky, o ktorých sa v týchto článkoch hovorilo a ktoré ešte neboli experimentálne potvrdené. Mnohé vety už poslúžili ako východiská alebo usmernenia pre experimentátorov, iné, ako napríklad fázové pravidlo, pomohli klasifikovať a vysvetliť logicky zložité experimentálne fakty. Na druhej strane sa pomocou teórie katalýzy, tuhých roztokov a osmotického tlaku ukázalo, že mnohé skutočnosti, ktoré sa predtým zdali nepochopiteľné a ťažko vysvetliteľné, sú v skutočnosti ľahko pochopiteľné a sú dôsledkom základných zákonov termodynamiky. Pri diskusii o viaczložkových systémoch, kde sú niektoré zložky prítomné vo veľmi malých množstvách (zriedené roztoky), ide teória tak ďaleko, ako len môže ísť na základe počiatočných úvah. V čase uverejnenia článku nedostatok experimentálnych faktov neumožnil sformulovať základný zákon, ktorý Van't Hoff neskôr objavil. Tento zákon bol pôvodne dôsledkom Henryho zákona pre zmes plynov, no pri ďalšom skúmaní sa ukázalo, že má oveľa širšie uplatnenie.
Profesor Gibbs, podobne ako mnohí iní fyzici tých rokov, si uvedomil potrebu použiť vektorovú algebru, prostredníctvom ktorej možno ľahko a prístupne vyjadriť pomerne zložité priestorové vzťahy spojené s rôznymi oblasťami fyziky. Gibbs vždy uprednostňoval jasnosť a eleganciu matematiky, ktorú používal, takže bol obzvlášť nadšený z použitia vektorovej algebry. V Hamiltonovom quaternionovom systéme však nenašiel nástroj, ktorý by uspokojil všetky jeho požiadavky. V tomto smere zdieľal názory mnohých bádateľov, ktorí chceli odmietnuť kvaternionovú analýzu napriek jej logickej platnosti v prospech jednoduchšieho a priamejšieho deskriptívneho aparátu – vektorovej algebry. S pomocou svojich študentov v rokoch 1881 a 1884 profesor Gibbs tajne publikoval podrobnú monografiu o vektorovej analýze, matematickom aparáte, ktorý vyvinul. Kniha sa rýchlo rozšírila medzi jeho kolegov vedcov. Pri práci na svojej knihe sa Gibbs opieral najmä o Grassmannov Ausdplinungslehre a algebru viacnásobných vzťahov. Spomínané štúdie profesora mimoriadne zaujímali, a ako neskôr poznamenal, zo všetkých jeho aktivít mu robili najväčšie estetické potešenie. Mnohé z jeho prác, v ktorých odmietol Grassmannovu teóriu kvartérií, považovaného za zakladateľa modernej algebry, sa objavili na stránkach časopisu Nature.
Keď on a jeho študenti v priebehu nasledujúcich 20 rokov potvrdili užitočnosť vektorovej algebry ako matematického systému, Gibbs súhlasil, aj keď neochotne, zverejniť podrobnejšiu prácu o vektorovej analýze. Keďže ho v tom čase úplne pohltila iná téma, prípravou rukopisu na vydanie bol poverený jeden z jeho študentov, doktor E.B. Wilson (E. B. Wilson), ktorý sa s touto úlohou popasoval obdivuhodne a zaslúžil si poďakovanie všetkých svojich súčasníkov zaujímajúcich sa o danú tému.
Okrem toho sa profesor Gibbs mimoriadne zaujímal o aplikáciu vektorovej analýzy na riešenie astronomických problémov a uviedol mnoho podobných príkladov v článku „O stanovení eliptických dráh z troch úplných pozorovaní“. Metódy vyvinuté v tejto práci následne použili profesori W. Beebe a A. W. Phillips na výpočet dráhy kométy Swift (1880) z troch pozorovaní, ktoré sa stali vážnym testom metódy. Zistili, že Gibbsova metóda mala oproti Gaussovým a Oppolzerovým metódam značné výhody, konvergencia vhodných aproximácií bola rýchlejšia a pri hľadaní základných rovníc na riešenie bolo vynaložené oveľa menej úsilia. Tieto dva články preložil Buchholz a zaradili ich do druhého vydania Klinkerfues's Theoretische Astronomie.
V rokoch 1882 až 1889 sa v časopise American Journal of Science objavilo päť článkov na vybrané témy z elektromagnetickej teórie svetla a jeho súvislostí s rôznymi teóriami pružnosti. Je zaujímavé, že úplne absentovali špeciálne hypotézy o vzťahu priestoru a hmoty. Jediné predpoklady o štruktúre hmoty sú, že pozostáva z častíc, ktoré sú pomerne malé vzhľadom na vlnovú dĺžku svetla, ale nie nekonečne malé, a že nejakým spôsobom interaguje s elektrickými poľami vo vesmíre. Pomocou metód, ktorých jednoduchosť a jasnosť pripomínali jeho štúdie termodynamiky, Gibbs ukázal, že v prípade úplne transparentných médií teória nielen vysvetlila disperziu farby (vrátane disperzie optických osí v dvojlomnom médiu), ale viedla aj k Fresnelove zákony dvojitého odrazu pre akúkoľvek vlnovú dĺžku, berúc do úvahy nízke energie, ktoré určujú rozptyl farieb. Poznamenal, že kruhovú a eliptickú polarizáciu možno vysvetliť, ak vezmeme do úvahy energiu svetla ešte vyšších rádov, čo zase nevyvracia interpretáciu mnohých iných známych javov. Gibbs starostlivo odvodil všeobecné rovnice pre monochromatické svetlo v médiu s rôznym stupňom priehľadnosti, pričom dospel k výrazom odlišným od výrazov získaných Maxwellom, ktoré explicitne neobsahovali dielektrickú konštantu média a vodivosť.
Niektoré experimenty profesora C. S. Hastingsa v roku 1888 (ktoré ukázali, že dvojlom v islandskom nosníku je v presnom súlade s Huygensovým zákonom) opäť prinútili profesora Gibbsa, aby prevzal teóriu optiky a napísal nové články, v ktorých pomerne jednoduchou formou od r. elementárnym uvažovaním ukázal, že disperzia svetla presne zodpovedá elektrickej teórii, pričom žiadna z vtedy navrhovaných teórií pružnosti sa nedala zosúladiť so získanými experimentálnymi údajmi.
Vo svojej najnovšej práci „Základné princípy štatistickej mechaniky“ sa profesor Gibbs vrátil k téme, ktorá úzko súvisí s témou jeho predchádzajúcich publikácií. V nich sa zaoberal vývojom dôsledkov zákonov termodynamiky, ktoré sú akceptované ako údaje založené na experimente. V tejto empirickej forme vedy sa teplo a mechanická energia považovali za dva rôzne javy, samozrejme navzájom sa premieňajúce s určitými obmedzeniami, ale zásadne odlišné v mnohých dôležitých parametroch. V súlade s populárnou tendenciou zjednocovať javy sa urobili mnohé pokusy zredukovať tieto dva pojmy do jednej kategórie, aby sa v skutočnosti ukázalo, že teplo nie je nič iné ako mechanická energia malých častíc a že extradynamické zákony tepla sú dôsledkom obrovského množstva nezávislých mechanických systémov v akomkoľvek tele - čísla sú také veľké, že je pre človeka s jeho obmedzenou predstavivosťou ťažké si čo i len predstaviť. A napriek tomu, napriek sebavedomým tvrdeniam v mnohých knihách a populárnych výstavách, že „teplo je spôsob molekulárneho pohybu“, neboli úplne presvedčivé a lord Kelvin považoval toto zlyhanie za pohromu v histórii vedy devätnásteho storočia. Takéto štúdie sa musia zaoberať mechanikou systémov s veľkým počtom stupňov voľnosti a výsledky výpočtov by bolo možné porovnávať s pozorovaním, tieto procesy musia mať štatistický charakter. Maxwell viac ako raz poukázal na ťažkosti takýchto procesov a tiež povedal (a to často citoval profesor Gibbs), že v takýchto veciach sa dopustili vážnych chýb aj ľudia, o ktorých kompetenciách v iných oblastiach matematiky nebolo pochýb.
Gibbsove diela vzbudili veľkú pozornosť a ovplyvnili činnosť vedcov, niektorí z nich sa stali laureátmi Nobelovej ceny:
Profesor Gibbs bol muž čestného charakteru a vrodenej skromnosti. Popri úspešnej akademickej kariére bol zaneprázdnený na Hopkins High School v New Haven, kde poskytoval opatrovnícke služby a dlhé roky slúžil ako pokladník fondu. Ako sa na človeka, ktorý sa zaoberá predovšetkým intelektuálnou činnosťou, patrí, pán Gibbs nikdy nehľadal ani netúžil mať široký okruh známych. Nebol však asociálom, ale naopak, vždy bol mimoriadne priateľský a otvorený, vedel podporiť akúkoľvek tému, bol vždy pokojný a pozývajúci. Rozpínavosť bola cudzia jeho povahe, rovnako ako neúprimnosť. Vedel sa ľahko smiať a mal živý zmysel pre humor. Hoci o sebe hovoril len zriedka, občas rád uviedol príklady z vlastnej skúsenosti. Žiadna vlastnosť profesora Gibbsa nezapôsobila na jeho kolegov a študentov viac ako jeho skromnosť a úplná nevedomosť o jeho neobmedzených intelektuálnych zdrojoch. Typickým príkladom je veta, ktorú vyslovil v spoločnosti blízkeho priateľa ohľadom jeho matematických schopností. S absolútnou úprimnosťou povedal: „Ak som bol úspešný v matematickej fyzike, myslím, že to bolo preto, že som mal to šťastie, že som sa vyhol matematickým ťažkostiam.
V roku 1945 Yale University na počesť J. Willarda Gibbsa zaviedla titul profesora teoretickej chémie, ktorý si do roku 1973 ponechal Lars Onsager (nositeľ Nobelovej ceny za chémiu). Na Gibbsovu počesť bolo vymenované aj laboratórium na univerzite v Yale a pozícia docenta v matematike. 28. februára 2003 sa na Yale konalo sympózium pri príležitosti 100. výročia jeho smrti.
Rutgers University (New Jersey) má profesúru. J. Willard Gibbs v termomechanike, ktorú v súčasnosti zastáva Bernard D. Coleman.
V roku 1950 bola Gibbsova busta umiestnená do Siene slávy veľkých Američanov.
4. mája 2005 vydala poštová služba Spojených štátov sériu poštových známok s portrétmi Gibbsa, Johna von Neumanna, Barbary McClintockovej a Richarda Feynmana.
Oceánografické expedičné plavidlo amerického námorníctva USNS Josiah Willard Gibbs (T-AGOR-1), ktoré fungovalo v rokoch 1958-71, bolo pomenované po Gibbsovi.
Josiah Willard Gibbs je známy vedec, ktorý sa preslávil ako tvorca vektorovej analýzy, matematickej teórie vektorovej analýzy, štatistickej fyziky, matematickej teórie termodynamiky a mnohých ďalších, čo dalo silný impulz rozvoju moderných vied. Meno Gibbs je v chemickej termodynamike zvečnené v mnohých množstvách: Gibbsova energia, Gibbsov paradox, Gibbs-Rosebohmov trojuholník atď.
V roku 1901 bol Gibbs ocenený Copleyho medailou Kráľovskej spoločnosti v Londýne ako jeden z vedcov, ktorí dokázali analyzovať vzťah chemickej, elektrickej a tepelnej energie v druhom zákone termodynamiky.
Životopisné informácie.
Gibbs sa narodil 11. februára 1839 v rodine profesora duchovnej literatúry na Yale Divinity School. Po absolvovaní Hopkins School vstúpil Gibbs na Yale College a promoval s vyznamenaním. Gibbs preukázal osobitný úspech v štúdiu matematiky a latinčiny.
V roku 1863 bol Gibbsovi udelený titul doktora filozofie v inžinierskych vedách. Jeho dizertačná práca mala názov „O tvare zubov kolies pre ozubené prevody“. V posledných rokoch svojho života bol Gibbs učiteľom na Yale: niekoľko rokov prednášal študentom latinčinu a ďalší rok vyučoval prírodnú filozofiu.
Od roku 1866 študoval Gibbs na rovnakom kurze v Paríži, Berlíne a Heidelbergu, kde mal to šťastie stretnúť Kirchhoffa a Helmholtza. Títo dvaja nemeckí vedci mali autoritu vo vedeckých kruhoch a viedli výskum v oblasti chémie, termodynamiky a iných prírodných vied.
V roku 1871, po návrate na Yale, bol Gibbs vymenovaný za profesora matematickej fyziky. Túto funkciu zastával do konca života.
V období od roku 1876 do roku 1878. Gibbs píše niekoľko vedeckých článkov o analýze viacfázových chemických systémov pomocou grafických metód. Všetky Gibbsove práce boli zhromaždené v brožúre „O rovnováhe odlišných látok“, ktorá je jednou zo zaujímavých prác vedca. Pri písaní svojich článkov a vykonávaní experimentov Gibbs použil termodynamiku, ktorá vysvetlila mnohé fyzikálne a chemické procesy. Tieto vedecké články od Gibbsa mali veľký vplyv na históriu rozvoja chemickej vedy.
Vďaka Gibbsovej práci boli napísané vedecké práce, a to:
Vysvetliť pojem chemický potenciál a účinky voľnej energie;
Bol vytvorený Model súboru Gibbs, ktorý sa považuje za základ štatistickej mechaniky;
Objavil sa Gibbsovo fázové pravidlo;
Gibbsovi sa podarilo publikovať mnoho článkov o termodynamike, konkrétne o geometrickom koncepte termodynamických veličín. Maxwell, ktorý študoval prácu Gibbsa, vytvoril plastický model s názvom Maxwellov termodynamický povrch. Maxwellov prvý model bol zaslaný Gibbsovi a stále je uložený na univerzite v Yale.
Yale University, USA.
V roku 1880 Gibbs spojil dve matematické myšlienky, Hamiltonovu „kvaternión“ a Grassmannovu „vonkajšiu algebru“, do vektorovej analýzy. Následne Gibbs urobil nové vylepšenia tohto modelu a napísal prácu o optike a tiež vyvinul elektrickú teóriu svetla. Snaží sa nedotýkať sa štruktúrnej analýzy látok, keďže v tom čase došlo k zmenám vo vývoji subatomárnych častíc a kvantovej mechaniky. Gibbsova termodynamická teória je považovaný za najdokonalejší a najuniverzálnejší v porovnaní s chemickými teóriami, ktoré už v tom čase existovali.
V roku 1889 Gibbs vyvinul jeho teória štatistickej termodynamiky, kde sa mu darí vybaviť kvantovú mechaniku a Maxwellovu teóriu matematickým rámcom. Z pera pochádzajú klasické učebnice štatistickej termodynamiky. Gibbs neoceniteľne prispel ku kryštalografii a použil svoju vektorovú metódu pri výpočte obežných dráh planét a komét.
Gibbsove vedecké úspechy.
Ako viete, svet sa o Gibbsovej vedeckej práci nedozvedel okamžite, pretože svoje vedecké práce prvýkrát publikoval v časopise, ktorý bol v USA a Európe málo čítaný (Transactions of the Connecticut Academy of Sciences). Spočiatku mu nevenovalo pozornosť veľa chemikov a fyzikov, ale medzi tými, ktorí mu venovali pozornosť, bol. Až po tom, čo boli Gibbsove články preložené do nemčiny a francúzštiny, sa o ňom začalo hovoriť aj v Európe. Gibbsova teória fázového pravidla bola experimentálne dokázaná v práci Bahuisa Rosebohma, ktorý dokázal, že ju možno aplikovať v rôznych smeroch.
Nemyslite si, že Gibbs bol vo svojej dobe málo známy. Jeho úspechy vo vede vzbudili záujem vedcov na celom svete. Gibbs bol rešpektovaný a porovnávaný s mnohými veľkými vedcami, menovite Poincaré, Helbert, Boltzmann a Mach. Gibbsova vedecká práca získala osobitné uznanie až po vydaní práce Gilberta Newtona Lewisa a Merle Ranella „Thermodynamics and the Free Energy of Chemical Substances“ (1923), ktorá umožnila chemikom z rôznych univerzít oboznámiť sa s Gibbsovým vedeckým výskumom.
Mnohí vedci vďaka Gibbsovej práci, ktorá ich zaujala a inšpirovala k vedeckej činnosti, mohli vypracovať vlastné teórie a dostať za to Nobelovu cenu. Sú medzi nimi Jan Diederik van der Waals, Max Planck, William Gioc a ďalší. Gibbsova práca ovplyvnila formovanie názorov I. Fishera, ekonóma, Ph.D. na Yale.
Gibbs bol tvorcom vektorovej analýzy, matematickej teórie vektorovej analýzy, štatistickej fyziky, matematickej teórie termodynamiky a mnohých ďalších, čo znamenalo silný prielom vo vývoji moderných vied.
"Matematika je jazyk"
D.W. Gibbs
Americký teoretický fyzik.
Jeden z tvorcov štatistickej fyziky a modernej teórie termodynamiky.
„Úvod Gibbs pravdepodobnosti vo fyzike nastala dávno predtým, ako sa objavila adekvátna teória druhu pravdepodobností, ktoré požadoval. […]
Výsledkom tejto revolúcie je, že fyzika sa už netvári, že sa zaoberá tým, čo sa vždy stane, ale len tým, čo sa stane najpravdepodobnejšie.
Spočiatku, v práci samotného Gibbsa, bol tento pravdepodobnostný pohľad založený na newtonovskom základe, kde prvky, ktorých pravdepodobnosť mala byť určená, boli systémy podliehajúce Newtonovým zákonom. Gibbsova teória bola v podstate nová teória, ale permutácie, s ktorými bola kompatibilná, boli rovnaké ako tie, ktoré sa uvažovali Newton.
Ďalší vývoj fyziky spočíval v tom, že inertný newtonovský základ bol vyradený alebo zmenený a Gibbsova náhodnosť sa teraz javí v celej svojej nahote ako integrálny základ fyziky.
Je samozrejme pravda, že téma nie je ani zďaleka vyčerpaná Einstein a do určitej miery Louis de Broglie argumentovať, že striktne deterministický svet je prijateľnejší ako pravdepodobnostný svet; títo veľkí vedci však bojujú proti obrovskej sile mladšej generácie v zadných vojoch.
Jednou zo zaujímavých zmien, ktoré sa udiali vo fyzike, je, že vo svete pravdepodobnosti sa už nezaoberáme veličinami a úsudkami týkajúcimi sa konkrétneho reálneho vesmíru ako celku, ale namiesto toho kladieme otázky, na ktoré možno nájsť odpovede v predpoklade obrovské množstvo podobných svetov. Náhoda bola teda akceptovaná nielen ako matematický výskumný nástroj vo fyzike, ale ako jej neoddeliteľná súčasť.
Norbert Wiener, Kybernetika a spoločnosť / Creator and the Future, M., „Ast“, 2003, s. 13-14.
„Myšlienka náhody sa začala zavádzať do vedy fyziky od konca 19.
Otázka filozofického chápania prípadu ich zrejme vôbec netrápila.
Potrebovali vysvetliť a popísať svet a tento opis nezapadal do rámca deterministických predstáv. Niektoré javy sú dobre opísané v pravdepodobnostnom jazyku.
Míľniky tejto cesty sú dobre známe: stvorenie Maxwell A Boltzmann kinetická teória hmoty; vyhlásenie Boltzmannže náš svet je len výsledkom obrovskej fluktuácie; úvod Gibbs súborové koncepty
viedli k vytvoreniu nielen štatistickej fyziky, ale aj niečoho oveľa viac – nového svetonázoru vo fyzike; štúdium Brownovho pohybu, ktoré poslúžilo ako impulz pre rozvoj teórie náhodných funkcií a napokon pre rozvoj kvantovej mechaniky.
Koho však znepokojovali filozofické alebo aspoň logické základy oprávnenosti takéhoto prístupu? Svet pozorovaných javov bol dobre opísaný – to bol dostatočný dôvod.“
Nalimov V.V. , The Shape of Science, Petrohrad, „MBA“, 2010, s. 146.
„V množstve biografických materiálov o Gibbs hádanka naznačuje, že svoje články publikoval v málo známom časopise. Najčastejšie sa diela publikované v takýchto publikáciách jednoducho stratia. Napriek tomu mnohí poprední vedci v Európe dobre poznali jeho diela ešte pred prekladom do iných jazykov. A aby sme mohli začať prekladať objemné materiály, bolo potrebné dobre pochopiť ich obsah aj význam.
Matematik Gian-Carlo Rota si jedného dňa prezeral police v knižnici Yale University.
Tam nečakane narazil na rukopis Gibbs so zoznamom adries, ktoré sú k nemu pripnuté. Ukázalo sa, že Gibbs ich poslal popredným matematikom tej doby. Na zozname bolo vyše dvesto príjemcov. Boli medzi nimi známi vedci ako napr Poincare, Mach, Boltzmann a veľa ďalších. Teraz už nikto nepochybuje, že Gibbs bez zvláštnej reklamy poslal svoju prácu popredným vedcom tej doby. Kompletný zoznam adresátov, ktorým Gibbs poslal svoje diela, zahŕňal: 507 priezviská
Ak si svoju prácu skutočne pozorne prečíta aspoň päťdesiat významných vedcov, potom možno najdôležitejšiu úlohu výskumníka považovať za splnenú. To úplne stačí na konštatovanie, že vedecká komunita sa s tým oboznámila. To, že sa mailing dlho a vytrvalo opakoval, možno považovať za presvedčivý, no samozrejme nepriamy dôkaz o tom, že články si adresáti prečítali. Vytrvalo posielať materiály ľuďom, ktorí ich nechcú čítať, je totiž veľmi otázna vec.
Skutočnosť, že nikto nevedel o takom širokom rozdelení Gibbs jeho materiály jednoducho hovoria o zvláštnostiach jeho charakteru.“
Romanenko V.N., Nikitina G.V., Predchodcovia (biografické lekcie), Petrohrad, „Norma“, 2015, s. 166-167.
Josiah Willard Gibbs
Gibbsov trojuholník
V roku 1901 bol Gibbs ocenený najvyšším vyznamenaním vtedajšej medzinárodnej vedeckej komunity (každý rok sa udeľuje len jednému vedcovi), Copleyho medailou Kráľovskej spoločnosti v Londýne, za to, že sa stal „prvý aplikuje druhý termodynamický zákon na komplexné zváženie vzťahu medzi chemickou, elektrickou a tepelnou energiou a schopnosťou konať“ .
Gibbs sa narodil 11. februára 1839 v New Haven, Connecticut. Jeho otec, profesor duchovnej literatúry na Yale Divinity School (neskôr pridružený k Yale University), sa preslávil svojou účasťou v súdnom spore tzv. Amistad. Hoci sa otec volal tiež Josiah Willard, "Junior" sa nikdy nepoužíval so synovým menom, navyše päť ďalších členov rodiny nosilo rovnaké meno. Jeho starý otec z matkinej strany bol tiež absolventom literatúry na Yale University. Po absolvovaní Hopkins School vo veku 15 rokov vstúpil Gibbs na Yale College. V roku 1858 ukončil vysokú školu ako najlepší v triede a bol ocenený za úspechy v matematike a latinčine.
V roku 1863 rozhodnutím Sheffieldskej vedeckej školy (Angličtina) Na Yale získal Gibbs prvý titul doktora filozofie (PhD) v inžinierstve v Spojených štátoch za svoju dizertačnú prácu „O tvare zubov ozubených kolies“. V nasledujúcich rokoch vyučoval na Yale: dva roky učil latinčinu a ďalší rok - to, čo sa neskôr nazývalo prírodná filozofia a je porovnateľné s moderným konceptom „prírodných vied“. V roku 1866 odišiel do Európy pokračovať v štúdiu, pričom každý rok strávil v Paríži, Berlíne a potom v Heidelbergu, kde sa stretol s Kirchhoffom a Helmholtzom. V tom čase boli nemeckí vedci vedúcimi autoritami v oblasti chémie, termodynamiky a základných prírodných vied. Tieto tri roky v skutočnosti predstavujú tú časť života vedca, ktorú strávil mimo New Haven.
V roku 1869 sa vrátil na Yale, kde bol v roku 1871 vymenovaný za profesora matematickej fyziky (prvá takáto pozícia v USA) a tento post zastával po zvyšok svojho života.
Profesorské miesto bolo spočiatku neplatené, čo bola situácia typická pre tú dobu (najmä v Nemecku), a od Gibbsa sa vyžadovalo, aby publikoval svoje práce. V rokoch 1876-1878 píše množstvo článkov o analýze viacfázových chemických systémov pomocou grafickej metódy. Neskôr boli publikované v monografii "O rovnováhe heterogénnych látok" (O rovnováhe heterogénnych látok), jeho najznámejšie dielo. Táto Gibbsova práca je považovaná za jeden z najväčších vedeckých úspechov 19. storočia a za jedno zo základných diel fyzikálnej chémie. Gibbs vo svojich článkoch použil termodynamiku na vysvetlenie fyzikálno-chemických javov, pričom spojil to, čo bolo predtým súborom jednotlivých faktov.
„Všeobecne sa uznáva, že vydanie tejto monografie bolo v dejinách chemickej vedy prvoradou udalosťou. Trvalo však niekoľko rokov, kým sa jeho význam naplno prejavil; oneskorenie bolo spôsobené najmä tým, že použitá matematická forma a prísne deduktívne techniky sťažujú čítanie každému, a najmä študentom v odbore experimentálna chémia, s ktorými to bolo najrelevantnejšie ... “
Medzi dôležité časti zahrnuté v jeho ďalších dokumentoch o heterogénnych rovnováhách patria:
Gibbs tiež publikoval práce o teoretickej termodynamike. V roku 1873 vyšiel jeho článok o geometrickom znázornení termodynamických veličín. Táto práca inšpirovala Maxwella k vytvoreniu plastového modelu (nazývaného Maxwellov termodynamický povrch) na ilustráciu Gibbsovej konštrukcie. Model bol následne odoslaný Gibbsovi a v súčasnosti je uložený na Yale University.
V rokoch 1884-89. Gibbs vylepšuje vektorovú analýzu, píše práce o optike a vyvíja novú elektrickú teóriu svetla. Zámerne sa vyhýba teoretizovaniu o štruktúre hmoty, čo bolo múdre rozhodnutie vzhľadom na následné revolučné udalosti vo fyzike subatomárnych častíc a kvantovej mechanike. Jeho chemická termodynamika bola univerzálnejšia ako ktorákoľvek iná chemická teória, ktorá v tom čase existovala.
Po roku 1889 pokračoval vo svojej práci na štatistickej termodynamike, „vybavením kvantovej mechaniky a Maxwellových teórií matematickým rámcom“. Napísal klasické učebnice štatistickej termodynamiky, ktoré boli publikované v roku 1902. Gibbs tiež prispel ku kryštalografii a aplikoval svoju vektorovú metódu na výpočet dráh planét a komét.
O menách a kariérach jeho študentov sa vie len málo. Gibbs sa nikdy neoženil a celý svoj život prežil v dome svojho otca so svojou sestrou a švagrom, knihovníkom na Yale. Bol natoľko zameraný na vedu, že bol vo všeobecnosti neprístupný osobným záujmom. Americký matematik Edwin Bidwell Wilson (Angličtina) povedal: „Za stenami triedy som ho videl veľmi málo. Mal vo zvyku chodiť popoludní na prechádzku po uliciach medzi jeho kanceláriou v starom laboratóriu a domovom - malé cvičenie v prestávke medzi prácou a obedom - a potom ste ho mohli niekedy stretnúť." Gibbs zomrel v New Haven a je pochovaný na cintoríne Grove Street.
Uznanie neprišlo k vedcovi okamžite (najmä preto, že Gibbs publikoval hlavne v "Transakcie Akadémie vied v Connecticute"- časopis vydávaný pod redakciou jeho zaťa knihovníka, málo čítaný v Spojených štátoch a ešte menej v Európe). Jeho dielu spočiatku venovalo pozornosť len niekoľko európskych teoretických fyzikov a chemikov (vrátane napríklad škótskeho fyzika Jamesa Clerka Maxwella). Až potom, čo boli Gibbsove články preložené do nemčiny (Wilhelm Ostwald v roku 1892) a francúzštiny (Henri Louis le Chatelier v roku 1899), jeho myšlienky sa rozšírili v Európe. Jeho teória fázového pravidla bola experimentálne potvrdená v prácach H. W. Backhuisa Rosebohma, ktorý preukázal jej použiteľnosť v rôznych aspektoch.
Na rodnom kontinente bol Gibbs hodnotený ešte menej. Napriek tomu bol uznaný a v roku 1880 mu Americká akadémia umení a vied udelila Rumfordovu cenu za prácu v oblasti termodynamiky. A v roku 1910, na pamiatku vedca, Americká chemická spoločnosť z iniciatívy Williama Converse založila medailu Willarda Gibbsa.
Americké školy a vysoké školy tej doby zdôrazňovali skôr tradičné predmety ako vedu a študenti o jeho prednášky na Yale neprejavovali veľký záujem. Gibbsovi známi opísali jeho prácu na Yale takto:
„Počas svojich posledných rokov zostal vysokým, distingvovaným džentlmenom so zdravou chôdzou a zdravou pleťou, ktorý zvládal svoje povinnosti doma, prístupný a ústretový k študentom. Gibbs bol veľmi uznávaný svojimi priateľmi, ale americká veda sa príliš zaoberala praktickými otázkami na to, aby uplatnila jeho solídne teoretické práce počas jeho života. Žil svoj pokojný život na Yale a hlboko obdivoval niekoľkých šikovných študentov bez toho, aby urobil prvý dojem na amerických vedcov porovnateľný s jeho talentom.“ (Crowther, 1969)
Človek by si nemal myslieť, že Gibbs bol počas svojho života málo známy. Napríklad matematik Gian-Carlo Rota (Angličtina), keď som si prezeral police s matematickou literatúrou v Sterling Library (na Yale University), narazil som na zoznam adresátov, ktorý ručne napísal Gibbs a ktorý je pripojený k niektorým poznámkam. Zoznam zahŕňal viac ako dvesto významných matematikov tej doby, vrátane Poincarého, Hilberta, Boltzmanna a Macha. Dá sa dospieť k záveru, že medzi významnými predstaviteľmi vedy boli Gibbsove diela známejšie, ako naznačuje tlačený materiál.
Gibbsove úspechy však boli napokon uznané až po vydaní publikácie Gilberta Newtona Lewisa a Merle Randalla v roku 1923. (Angličtina) , ktorá predstavila Gibbsove metódy chemikom z rôznych univerzít. Tieto isté metódy tvorili z väčšej časti základ chemickej technológie.
Zoznam akadémií a spoločností, ktorých bol členom, zahŕňa Connecticut Academy of Arts and Sciences, National Academy of Sciences, American Philosophical Society, Dutch Scientific Society, Haarlem; Kráľovská vedecká spoločnosť, Göttingen; Kráľovská inštitúcia Veľkej Británie, Cambridgeská filozofická spoločnosť, Matematická spoločnosť v Londýne, Manchesterská literárna a filozofická spoločnosť, Kráľovská akadémia v Amsterdame, Kráľovská spoločnosť v Londýne, Kráľovská pruská akadémia v Berlíne, Francúzsky inštitút, Fyzikálny inštitút Londýnskej spoločnosti a Bavorskej akadémie vied.
Podľa Americkej matematickej spoločnosti, ktorá v roku 1923 založila takzvané Gibbsove prednášky na podporu všeobecnej kompetencie v matematických prístupoch a aplikáciách, bol Gibbs najväčším vedcom, aký sa kedy narodil na americkej pôde.
Gibbsove hlavné diela sa týkajú chemickej termodynamiky a štatistickej mechaniky, ktorých je jedným zo zakladateľov. Gibbs vyvinul takzvané entropické diagramy, ktoré hrajú veľkú úlohu v technickej termodynamike, a ukázal (1871-1873), že trojrozmerné diagramy umožňujú reprezentovať všetky termodynamické vlastnosti hmoty.
V roku 1873, keď mal 34 rokov, Gibbs preukázal mimoriadne výskumné schopnosti v oblasti matematickej fyziky. Tento rok sa v bulletine Connecticutskej akadémie objavili dva články. Prvý mal nárok "Grafické metódy v termodynamike tekutín" a druhý - „Metóda geometrického znázornenia termodynamických vlastností látok pomocou povrchov“. Týmito prácami Gibbs položil základ geometrická termodynamika .
Po nich v rokoch 1876 a 1878 nasledovali dve časti oveľa zásadnejšieho článku „O rovnováhe v heterogénnych systémoch“, v ktorom sú zhrnuté jeho príspevky k fyzikálnej vede a nepochybne patria medzi najvýznamnejšie a najvýznamnejšie literárne pamiatky vedeckej činnosti 19. storočie. Tak Gibbs v rokoch 1873-1878. položil základy chemickej termodynamiky, najmä vypracoval všeobecnú teóriu termodynamickej rovnováhy a metódu termodynamických potenciálov, sformuloval (1875) fázové pravidlo, skonštruoval všeobecnú teóriu povrchových javov a získal rovnicu stanovujúcu súvislosť medzi vnútornými energie termodynamického systému a termodynamických potenciálov.
Pri diskusii o chemicky homogénnych médiách v prvých dvoch článkoch Gibbs často používal princíp, že látka je v rovnováhe, ak jej entropiu nemožno zvýšiť pri konštantnej energii. V epigrafe tretieho článku citoval slávny Clausiusov výraz "Die Energie der Welt je konštantná." Entropie der Welt strebt einem Maximum zu", čo znamená „Energia sveta je konštantná. Entropia sveta smeruje k maximu.“ Ukázal, že vyššie uvedená rovnovážna podmienka, odvodená z dvoch zákonov termodynamiky, má univerzálne uplatnenie, úhľadne odstraňuje jedno obmedzenie za druhým, najmä to, že látka musí byť chemicky homogénna. Dôležitým krokom bolo zavedenie hmotností komponentov, ktoré tvoria heterogénny systém, ako premenných v základných diferenciálnych rovniciach. Ukazuje sa, že v tomto prípade diferenciálne koeficienty pri energiách vzhľadom na tieto hmoty vstupujú do rovnováhy rovnakým spôsobom ako intenzívne parametre, tlak a teplota. Tieto koeficienty nazval potenciály. Neustále sa používajú analógie s homogénnymi systémami a matematické operácie sú podobné tým, ktoré sa používajú v prípade rozšírenia geometrie trojrozmerného priestoru na n-rozmerný priestor.
Všeobecne sa uznáva, že publikácia týchto prác mala osobitný význam pre históriu chémie. V skutočnosti to znamenalo sformovanie nového odvetvia chemickej vedy, ktoré podľa M. Le Chateliera ( M. Le Chetelier) [ ], významom bol prirovnaný k dielam Lavoisiera. Trvalo však niekoľko rokov, kým sa hodnota týchto diel stala všeobecne uznávanou. Toto oneskorenie bolo spôsobené najmä tým, že čítanie článkov bolo dosť náročné (najmä pre študentov experimentálnej chémie) kvôli mimoriadnym matematickým výpočtom a úzkostlivým záverom. Na konci 19. storočia bolo veľmi málo chemikov s dostatočnými znalosťami matematiky na to, aby prečítali aj tie najjednoduchšie časti článkov; Niektoré z najdôležitejších zákonov, ktoré boli prvýkrát opísané v týchto článkoch, boli následne dokázané ďalšími vedcami, či už teoreticky, alebo častejšie experimentálne. V súčasnosti však hodnotu Gibbsových metód a získaných výsledkov uznávajú všetci študenti fyzikálnej chémie.
V roku 1891 Gibbsove diela preložil profesor Ostwald do nemčiny a v roku 1899 do francúzštiny vďaka úsiliu G. Roya a A. Le Chateliera. Napriek tomu, že od vydania už uplynulo veľa rokov, v oboch prípadoch si prekladatelia nevšimli ani tak historický aspekt spomienok, ako skôr mnohé dôležité otázky, o ktorých sa v týchto článkoch hovorilo a ktoré ešte neboli experimentálne potvrdené. Mnohé vety už poslúžili ako východiská alebo usmernenia pre experimentátorov, iné, ako napríklad fázové pravidlo, pomohli klasifikovať a vysvetliť logicky zložité experimentálne fakty. Na druhej strane sa pomocou teórie katalýzy, tuhých roztokov a osmotického tlaku ukázalo, že mnohé skutočnosti, ktoré sa predtým zdali nepochopiteľné a ťažko vysvetliteľné, sú v skutočnosti ľahko pochopiteľné a sú dôsledkom základných zákonov termodynamiky. Pri diskusii o viaczložkových systémoch, kde sú niektoré zložky prítomné vo veľmi malých množstvách (zriedené roztoky), ide teória tak ďaleko, ako len môže ísť na základe počiatočných úvah. V čase uverejnenia článku nedostatok experimentálnych faktov neumožnil sformulovať základný zákon, ktorý Van't Hoff neskôr objavil. Tento zákon bol pôvodne dôsledkom Henryho zákona pre zmes plynov, no pri ďalšom skúmaní sa ukázalo, že má oveľa širšie uplatnenie.
Pozoruhodný bol aj Gibbsov vedecký prínos do teoretickej mechaniky. V roku 1879 vo vzťahu k holonomickým mechanickým systémom odvodil rovnice ich pohybu z Gaussovho princípu najmenšieho obmedzenia. V roku 1899 v podstate rovnaké rovnice ako Gibbsove boli nezávisle získané francúzskym mechanikom P. E. Appelom, ktorý poukázal na to, že opisujú pohyb holonomických aj neholonomických systémov (práve v problémoch neholonomickej mechaniky teraz údaje nachádzajú svoje hlavné aplikačné rovnice , zvyčajne nazývané Appelove rovnice a niekedy - Gibbs-Appelove rovnice). Zvyčajne sa považujú za najvšeobecnejšie pohybové rovnice mechanických systémov.
Gibbs, podobne ako mnohí iní fyzici tých rokov, si uvedomil potrebu použiť vektorovú algebru, prostredníctvom ktorej možno ľahko a prístupne vyjadriť pomerne zložité priestorové vzťahy spojené s rôznymi oblasťami fyziky. Gibbs vždy uprednostňoval jasnosť a eleganciu matematiky, ktorú používal, takže bol obzvlášť nadšený z použitia vektorovej algebry. V Hamiltonovej teórii štvorice však nenašiel nástroj, ktorý by spĺňal všetky jeho požiadavky. V tomto smere zdieľal názory mnohých bádateľov, ktorí chceli odmietnuť kvaternionovú analýzu napriek jej logickej platnosti v prospech jednoduchšieho a priamejšieho deskriptívneho aparátu – vektorovej algebry. Profesor Gibbs s pomocou svojich študentov v rokoch 1881 a 1884 tajne vydal podrobnú monografiu o vektorovej analýze, ktorej matematický aparát vyvinul. Kniha sa rýchlo rozšírila medzi jeho kolegov vedcov.
Pri práci na svojej knihe sa Gibbs spoliehal najmä na prácu "Ausdehnungslehre" Grassmann a algebra viacnásobných vzťahov. Spomínané štúdie Gibbsa mimoriadne zaujímali a ako neskôr poznamenal, zo všetkých jeho aktivít mu poskytli najväčšie estetické potešenie. Na stránkach časopisu sa objavilo mnoho prác, v ktorých odmietol Hamiltonovu teóriu kvartérií Príroda.
Keď on a jeho študenti v priebehu nasledujúcich 20 rokov potvrdili užitočnosť vektorovej algebry ako matematického systému, Gibbs súhlasil, aj keď neochotne, zverejniť podrobnejšiu prácu o vektorovej analýze. Keďže bol v tom čase úplne pohltený iným predmetom, prípravou rukopisu na vydanie bol poverený jeden z jeho študentov, Dr. E. B. Wilson, ktorý sa s úlohou vyrovnal. Teraz je Gibbs zaslúžene považovaný za jedného z tvorcov vektorového počtu v jeho modernej podobe.
Okrem toho sa profesor Gibbs mimoriadne zaujímal o aplikáciu vektorovej analýzy na riešenie astronomických problémov a mnoho podobných príkladov uviedol v článku „O určení eliptických dráh z troch úplných pozorovaní“. Metódy vyvinuté v tejto práci následne použili profesori V. Beebe ( W Beebe) a A. W. Phillips ( A. W. Phillips) vypočítať dráhu kométy Swift na základe troch pozorovaní, ktoré sa stali vážnym testom metódy. Zistili, že Gibbsova metóda mala oproti Gaussovým a Oppolzerovým metódam značné výhody, konvergencia vhodných aproximácií bola rýchlejšia a pri hľadaní základných rovníc na riešenie bolo vynaložené oveľa menej úsilia. Tieto dva články preložil do nemčiny Buchholz (nem. Hugo Buchholz) a zaradili ich do druhého vydania Teoretická astronómia Klinkerfus.
V rokoch 1882 až 1889 v časopise American Journal of Science ( American Journal of Science) sa objavilo päť článkov na samostatné témy z elektromagnetickej teórie svetla a jeho súvislostí s rôznymi teóriami pružnosti. Je zaujímavé, že úplne absentovali špeciálne hypotézy o vzťahu priestoru a hmoty. Jediné predpoklady o štruktúre hmoty sú, že pozostáva z častíc, ktoré sú pomerne malé vzhľadom na vlnovú dĺžku svetla, ale nie nekonečne malé, a že nejakým spôsobom interaguje s elektrickými poľami vo vesmíre. Pomocou metód, ktorých jednoduchosť a jasnosť pripomínali jeho štúdie termodynamiky, Gibbs ukázal, že v prípade úplne transparentných médií teória nielen vysvetlila disperziu farby (vrátane disperzie optických osí v dvojlomnom médiu), ale viedla aj k Fresnelove zákony dvojitého odrazu pre ľubovoľné vlnové dĺžky berúc do úvahy nízke energie, ktoré určujú rozptyl farieb. Poznamenal, že kruhovú a eliptickú polarizáciu možno vysvetliť, ak vezmeme do úvahy energiu svetla ešte vyšších rádov, čo zase nevyvracia interpretáciu mnohých iných známych javov. Gibbs starostlivo odvodil všeobecné rovnice pre monochromatické svetlo v médiu s rôznym stupňom priehľadnosti, pričom dospel k výrazom odlišným od výrazov získaných Maxwellom, ktoré explicitne neobsahovali dielektrickú konštantu média a vodivosť.
Niektoré experimenty profesora Hastingsa ( C. S. Hastings) 1888 (ktorý ukázal, že dvojlom v islandskom nosníku je presne v súlade s Huygensovým zákonom) opäť prinútil profesora Gibbsa, aby prevzal teóriu optiky a napísal nové články, v ktorých pomerne jednoduchou formou z elementárnej úvahy ukázal, že Disperzia svetla presne zodpovedá elektrickej teórii, pričom žiadna z vtedy navrhovaných teórií pružnosti sa nedala zosúladiť so získanými experimentálnymi údajmi.
Vo svojom najnovšom diele "Základné princípy štatistickej mechaniky" Gibbs sa vrátil k téme, ktorá úzko súvisí s témou jeho predchádzajúcich publikácií. V nich sa zaoberal vývojom dôsledkov zákonov termodynamiky, ktoré sú akceptované ako údaje založené na experimente. V tejto empirickej forme vedy sa teplo a mechanická energia považovali za dva rôzne javy – samozrejme, vzájomne sa premieňajúce s určitými obmedzeniami, ale zásadne odlišné v mnohých dôležitých parametroch. V súlade s populárnou tendenciou zjednocovať javy sa urobili mnohé pokusy zredukovať tieto dva pojmy do jednej kategórie, aby sa v skutočnosti ukázalo, že teplo nie je nič iné ako mechanická energia malých častíc a že extradynamické zákony tepla sú dôsledok obrovského množstva nezávislých mechanických systémov v akomkoľvek tele - čísla sú také veľké, že je pre človeka s jeho obmedzenou predstavivosťou ťažké si čo i len predstaviť. Napriek sebavedomým tvrdeniam v mnohých knihách a populárnych výstavách, že „teplo je spôsob molekulárneho pohybu“, neboli úplne presvedčivé a lord Kelvin považoval toto zlyhanie za pohromu v histórii vedy 19. storočia. Takéto štúdie sa musia zaoberať mechanikou systémov s veľkým počtom stupňov voľnosti a výsledky výpočtov by bolo možné porovnávať s pozorovaním, tieto procesy musia mať štatistický charakter. Maxwell viac ako raz poukázal na ťažkosti takýchto procesov a tiež povedal (a to často citoval Gibbs), že v takýchto veciach sa dopustili vážnych chýb aj ľudia, ktorých kompetencie v iných oblastiach matematiky neboli spochybnené.
Gibbsove diela pritiahli veľkú pozornosť a ovplyvnili činnosť mnohých vedcov, z ktorých niektorí sa stali laureátmi Nobelovej ceny:
Profesor Gibbs bol muž čestného charakteru a vrodenej skromnosti. Popri úspešnej akademickej kariére bol zaneprázdnený na Hopkins High School v New Haven, kde poskytoval opatrovnícke služby a dlhé roky slúžil ako pokladník fondu. Ako sa patrí na muža, ktorý sa primárne venuje intelektuálnej činnosti, Gibbs nikdy nehľadal ani netúžil mať široký okruh známych; nebol však asociálom, ale naopak, vždy bol mimoriadne priateľský a otvorený, vedel podporiť akúkoľvek tému, bol vždy pokojný a pozývajúci. Rozpínavosť bola cudzia jeho povahe, rovnako ako neúprimnosť. Vedel sa ľahko smiať a mal živý zmysel pre humor. Hoci o sebe hovoril len zriedka, občas rád uviedol príklady z vlastnej skúsenosti.
Žiadna vlastnosť profesora Gibbsa nezapôsobila na jeho kolegov a študentov viac ako jeho skromnosť a úplná nevedomosť o jeho neobmedzených intelektuálnych zdrojoch. Typickým príkladom je veta, ktorú vyslovil v spoločnosti blízkeho priateľa ohľadom jeho matematických schopností. S absolútnou úprimnosťou povedal: „Ak som bol úspešný v matematickej fyzike, myslím, že to bolo preto, že som mal to šťastie, že som sa vyhol matematickým ťažkostiam.
V roku 1945 Yale University na počesť J. Willarda Gibbsa zaviedla titul profesora teoretickej chémie, ktorý si do roku 1973 ponechal Lars Onsager (nositeľ Nobelovej ceny za chémiu). Na Gibbsovu počesť bolo vymenované aj laboratórium na univerzite v Yale a pozícia docenta v matematike. 28. februára 2003 sa na Yale konalo sympózium pri príležitosti 100. výročia jeho smrti.
V roku 1950 bola Gibbsova busta umiestnená do Siene slávy veľkých Američanov.
4. mája 2005 vydala poštová služba Spojených štátov sériu poštových známok s portrétmi Gibbsa, Johna von Neumanna, Barbary McClintockovej a Richarda Feynmana.
Oceánografické expedičné plavidlo amerického námorníctva USNS Josiah Willard Gibbs (T-AGOR-1), ktoré fungovalo v rokoch 1958-71, bolo pomenované po Gibbsovi.
] Preklad z angličtiny upravil V.K. Semenčenko.
(Moskva - Leningrad: Gostekhizdat, 1950. - Klasika prírodných vied)
Scan: AAW, spracovanie, Djv formát: mor, 2010
Z predslovu redaktora: Hlavné termodynamické diela Gibbsa, ktorých preklad je uvedený v tejto knihe, vyšli v rokoch 1873-1878, no ich poznanie je pre moderného čitateľa zaujímavé nielen z historického hľadiska...
