Josiah Willard Gibbs
Antecedentes de las escuelas de Wikipedia
SOS ofrecen una descarga completa de esta selección de escuelas para su uso en escuelas intranets. Antes de decidir sobre el patrocinio de un niño, ¿por qué no aprender sobre diferentes obras de caridad de patrocinio primero ?
| J. Willard Gibbs | |
|---|---|
 Josiah Willard Gibbs | |
| Nacido | 11 de febrero 1839 New Haven, Connecticut |
| Murió | 28 de abril 1903 (64 años) New Haven, Connecticut |
| Residencia | Estados Unidos |
| Campos | Física , química , matemáticas |
| Instituciones | La Universidad de Yale |
| Alma máter | Yale |
| Doctoral consejero | Hubert Anson Newton |
| Los estudiantes de doctorado | Edwin Bidwell Wilson, Irving Fisher, Henry Bumstead Andrews, Lynde Wheeler, Lee De Forest |
| Conocido por | La mecánica estadística Conjunto estadístico Gibbs entropía El espacio de fase Energía libre de Gibbs Regla de las fases Gibbs paradoja Cálculo vectorial Producto de la Cruz Fenómeno de Gibbs Ecuación de Gibbs-Helmholtz Ecuación de Gibbs-Duhem Algoritmo de Gibbs Gibbs medida Estado Gibbs Efecto Gibbs-Thomson Gibbs isoterma Efecto Gibbs-Donnan Gibbs lema |
| Influencias | Rudolf Clausius, Hermann Grassmann, James Clerk Maxwell , Ludwig Boltzmann |
| Premios notables | Premio Rumford (1880), Medalla Copley (1901) |
Firma  | |
Josiah Willard Gibbs (11 febrero 1839 hasta 28 abril 1903) fue un científico estadounidense que hizo importantes contribuciones teóricas a la física, la química y las matemáticas. Su trabajo sobre las aplicaciones de la termodinámica fue instrumental en la transformación química física en una ciencia deductiva rigurosa. Junto con James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann, creó la mecánica estadística (un término que él acuñó), explicando las leyes de la termodinámica como consecuencias de las propiedades estadísticas de gran conjuntos de partículas. Gibbs también trabajó en la aplicación de las ecuaciones de Maxwell a problemas en óptica física. Como matemático, inventó moderno cálculo vectorial (independientemente del científico británico Oliver Heaviside, que realizó un trabajo similar en el mismo período).
En 1863, Yale concedió Gibbs en el primer estadounidense doctorado en ingeniería . Después de una estancia de tres años en Europa, Gibbs pasó el resto de su carrera en la Universidad de Yale, donde fue profesor de física matemática a partir de 1871 hasta su muerte. Trabajar en un relativo aislamiento, se convirtió en el científico teórico primeros en los Estados Unidos para ganar una reputación internacional y fue elogiado por Albert Einstein como "la mente más grande en la historia estadounidense". En 1901 Gibbs recibió lo que entonces se consideraba el más alto honor otorgado por la comunidad científica internacional, la Medalla Copley de la Real Sociedad de Londres, "por sus contribuciones a la física matemática".
Los comentaristas y biógrafos han señalado en el contraste entre la vida tranquila y solitaria de Gibbs en cambio de siglo Nueva Inglaterra y el gran impacto internacional de sus ideas. Aunque su trabajo era casi totalmente teórico, el valor práctico de las contribuciones de Gibbs hizo evidente con el desarrollo de la química industrial durante la primera mitad del siglo 20. De acuerdo a Robert A. Millikan, en la ciencia pura Gibbs "hizo por la mecánica estadística y de la termodinámica lo Laplace hizo por la mecánica celeste y Maxwell hizo por la electrodinámica, a saber, hacían que su campo de una estructura teórica acabada bien cerca. "
Biografía
Trasfondo familiar
Gibbs pertenecía a una vieja Familia yanqui que había producido clérigos y académicos estadounidenses distinguidos desde el siglo 17. Era el cuarto de cinco hijos y el único hijo de Josiah Willard Gibbs y su esposa Mary Anna, nacida Van Cleve. Por parte de su padre, él era descendiente de Samuel Willard, quien se desempeñó como actor Presidente de la Universidad de Harvard de 1701 a 1707. Por el lado de su madre, uno de sus antepasados fue el Rev. Jonathan Dickinson, el primer presidente de la Universidad de Nueva Jersey (más tarde la Universidad de Princeton ). Nombre de pila de Gibbs, que compartía con su padre y otros miembros de su familia extendida, que se deriven de su antepasado Josiah Willard, que había sido Secretario de la Provincia de la Bahía de Massachusetts en el siglo 18.
El Gibbs mayor fue generalmente conocida por su familia y sus colegas como "Josías", mientras que el hijo fue llamado "Willard". Josías Gibbs era un lingüista y teólogo que sirvió como profesor de literatura sagrada en Yale Divinity School desde 1824 hasta su muerte en 1861. Lo recuerdan principalmente hoy como el abolicionista que encontró un intérprete para los pasajeros africanos de la nave Amistad, lo que les permite declarar durante el juicio que siguió a su rebelión en contra de ser vendidos como esclavos.
Primeros años
Willard Gibbs fue educado en la Hopkins School y entró Yale College en 1854, 15 años de edad se graduó en 1858 en la parte superior de su clase, y fue galardonado con premios a la excelencia en matemáticas y latín . Permaneció en Yale como estudiante de posgrado en la Escuela Científica Sheffield. A la edad de 19 años, poco después de su graduación de la universidad, Gibbs fue incluido en la Academia de Connecticut de la Artes y las Ciencias, una institución académica compuesto principalmente por miembros de la facultad de Yale.
Son relativamente pocos los documentos de la época sobreviven y es imposible reconstruir los detalles de la carrera temprana de Gibbs con precisión. En la opinión de los biógrafos, mentor y campeón principal de Gibbs, tanto en Yale y en la Academia de Connecticut, fue probablemente el astrónomo y matemático Hubert Anson Newton, una autoridad en los meteoritos , que permanecían amigo y confidente de toda la vida de Gibbs. Tras la muerte de su padre en 1861, Gibbs heredó suficiente dinero para hacerlo financieramente independiente. Padecía recurrente problemas pulmonares como un hombre joven y sus médicos estaban preocupados de que podría ser susceptible a la tuberculosis , que había matado a su madre. Estos problemas y un defecto en la vista, probablemente, explican por qué no voluntario para luchar en la guerra civil de 1861-1865. Él no estaba reclutado y permaneció en Yale durante la duración de la guerra.
En 1863, Gibbs recibió la primera Ph.D. Grado en Ingeniería otorgado en los EE.UU., con una tesis titulada "En el Formulario de los dientes de las ruedas en Spur Gearing", en el que utiliza técnicas geométricas para investigar el diseño óptimo para engranajes. Este fue también el quinto Ph.D. concedida en los EE.UU. en cualquier materia. Después de su graduación, Gibbs fue nombrado como tutor en la universidad por un período de tres años. Durante los dos primeros años fue profesor de latín y durante el tercer Filosofía Natural (es decir, la física). En 1866 patentó un diseño para un freno de ferrocarril y leyó un documento ante la Academia Connecticut, titulado "La magnitud adecuada de las unidades de longitud", en el que propuso un plan para racionalizar el sistema de unidades de medida utilizadas en mecánica.
Después de su periodo como profesor particular terminó, Gibbs viajó a Europa con sus hermanas. Pasaron el invierno de 1866 a 1867 en París, donde asistió a las conferencias de Gibbs en el Sorbona y el Collège de France, dictada por tales científicos matemáticos distinguidos como Joseph Liouville y Michel Chasles. Después de haber llevado a cabo un régimen de castigo de estudio, Gibbs atrapó un grave resfriado y un médico, por temor a la tuberculosis, le aconsejó descansar en la Riviera, donde él y sus hermanas pasó varios meses y en la que se recuperó por completo.
Mudarse a Berlin , Gibbs asistió a las conferencias impartidas por los matemáticos Karl Weierstrass y Leopold Kronecker, así como por el químico Heinrich Gustav Magnus. En agosto de 1867, la hermana de Gibbs Julia se casó en Berlín a Addison Van Name, que había sido compañero de clase de Gibbs en Yale. La pareja de recién casados regresó a New Haven, dejando Gibbs y su hermana Anna en Alemania. En Heidelberg, Gibbs fue expuesto al trabajo de los físicos Gustav Kirchhoff y Hermann von Helmholtz, y químico Robert Bunsen. En ese momento, los académicos alemanes eran las principales autoridades de las ciencias naturales, especialmente la química y termodinámica .
Gibbs regresó a Yale en junio de 1869 y brevemente enseñó francés a estudiantes de ingeniería. Probablemente fue también en esta época que trabajó en un nuevo diseño para una máquina de vapor gobernador, su última investigación significativa en ingeniería mecánica. En 1871 fue nombrado profesor de física matemática en la Universidad de Yale, la primera cátedra en los Estados Unidos. Gibbs, quien tenía medios independientes y sin embargo tuvo que publicar nada, fue asignado a enseñar a los estudiantes de posgrado exclusivamente y fue contratado sin salario. Puestos docentes no asalariados eran comunes en las universidades alemanas, en la que se luego se modeló el sistema de instrucción científica graduado en Yale.
Años medios
Gibbs publicó su primer trabajo en 1873, a la edad inusualmente avanzado de 34. Sus trabajos sobre la representación geométrica de cantidades termodinámicas aparecido en las Transacciones de la Academia Connecticut. Este diario tuvo pocos lectores capaces de entender el trabajo de Gibbs, pero compartió reimpresiones con sus corresponsales en Europa y recibió una respuesta entusiasta de James Clerk Maxwell , en la Universidad de Cambridge . Maxwell incluso hizo, con sus propias manos, un modelo de arcilla que ilustra construcción de Gibbs. Él entonces produjo tres moldes de yeso de su modelo y enviado por correo una a Gibbs. Ese elenco está en exhibición en el departamento de física de la Universidad de Yale.
Maxwell incluye un nuevo capítulo sobre la obra de Gibbs en la próxima edición de su teoría del calor, publicado en 1875. Explicó la utilidad de los métodos gráficos de Gibbs en una conferencia a la Chemical Society de Londres e incluso se refirió a ella en el artículo sobre "Diagramas" que escribió para el Encyclopædia Britannica. La temprana muerte de Maxwell en 1879, a la edad de 48 años, impidió una mayor colaboración entre él y Gibbs. La broma más tarde circuló en New Haven que "sólo un hombre vivido que podían entender los papeles de Gibbs. Eso era Maxwell, y ahora él está muerto."
Gibbs luego extendió su análisis termodinámico a los sistemas químicos multi-fase (es decir, a sistemas compuestos por más de un tipo de la materia) y se considera una variedad de aplicaciones concretas. Describió que la investigación en una monografía titulada " En el equilibrio de sustancias heterogéneas ", publicado por la Academia Connecticut en dos partes que aparecieron, respectivamente, en 1875 y 1878. Ese trabajo, que cubre cerca de trescientas páginas y contiene exactamente setecientos ecuaciones matemáticas numeradas, comienza con una cita de Rudolf Clausius que expresa lo que luego se llamó la primera y segunda leyes de la termodinámica: "La energía del mundo es constante El. entropía del mundo tiende hacia un máximo. "
La monografía de Gibbs con rigor e ingeniosamente aplicó sus técnicas termodinámicas a la interpretación de los fenómenos físico-químicos, explicar y relacionar lo que anteriormente había sido una masa de hechos y observaciones aisladas. El trabajo ha sido descrito como "el Principia de la termodinámica ", y como una obra de" alcance prácticamente ilimitado ". Wilhelm Ostwald, que tradujo la monografía de Gibbs al alemán, se refirió a Gibbs como el "fundador de la energética químicas". Según los comentaristas modernos,
Es universalmente reconocido que su publicación fue un acontecimiento de primera importancia en la historia de la química ... Sin embargo, era un número de años antes de que su valor era de dominio público, este retraso se debió en gran parte al hecho de que su forma matemática y rigurosa procesos deductivos hacen que sea difícil lectura para cualquier persona, y especialmente para los estudiantes de la química experimental los que más preocupa.- JJ O'Connor y EF Robertson, 1997
Gibbs continuó trabajando sin paga hasta 1880, cuando el nuevo Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland le ofreció un puesto de pagar $ 3,000 por año. En respuesta, Yale le ofreció un salario anual de $ 2.000, que estaba contento de aceptar.
Años más tarde
De 1880 a 1884, Gibbs trabajó en el desarrollo de la álgebra exterior de Hermann Grassmann en un cálculo vectorial bien adaptado a las necesidades de los físicos. Con este objetivo en mente, Gibbs distingue entre la punto y productos cruzados de dos vectores e introdujeron el concepto de dyadics. Un trabajo similar se llevó a cabo de forma independiente, y en torno al mismo tiempo, por el físico matemático e ingeniero británico Oliver Heaviside. Gibbs trató de convencer a otros físicos de la conveniencia del enfoque vectorial sobre el cálculo de cuaterniónica William Rowan Hamilton, que fue luego ampliamente utilizado por científicos británicos. Esto lo llevó, a principios de los años 1890, a una controversia con Peter Guthrie Tait y otros en las páginas de Naturaleza.
Notas de la conferencia de Gibbs en cálculo vectorial se imprimieron en privado en 1881 y 1884 para el uso de sus estudiantes, y más tarde fueron adaptados por Edwin Bidwell Wilson en un libro de texto, Análisis vectorial, publicado en 1901. Ese libro ayudó a popularizar el " del "notación que se utiliza ampliamente hoy en electrodinámica y la mecánica de fluidos . En otro trabajo matemático, él re-descubrió el " Gibbs fenómeno "en la teoría de Series de Fourier (que, sin él saberlo y para los estudiosos posteriores, había sido descrito cincuenta años antes por un matemático Inglés oscura, Henry Wilbraham).
De 1882 a 1889, Gibbs escribió cinco artículos en óptica física, en la que se investigó birrefringencia y otros fenómenos ópticos y defendieron la teoría electromagnética de Maxwell de la luz contra las teorías mecánicas de Lord Kelvin y otros. En su trabajo sobre óptica, tanto como en su obra sobre la termodinámica, Gibbs evitó deliberadamente a especular sobre la estructura microscópica de la materia, que resultó ser un sabio curso en vista de los acontecimientos revolucionarios en la mecánica cuántica , que comenzó en la época de su muerte.
Gibbs acuñó la mecánica estadística plazo e introdujo los conceptos claves en la correspondiente descripción matemática de los sistemas físicos, incluyendo las nociones de potencial químico (1876), conjunto estadístico (1878), y espacio de fase (1902). Derivación de Gibbs de las leyes fenomenológicas de la termodinámica de las propiedades estadísticas de los sistemas con muchas partículas se presentó en Principios Elementales su libro de texto altamente influyente en Mecánica Estadística, publicado en 1902, un año antes de su muerte.
Retirarse personalidad de Gibbs e intenso enfoque en su trabajo limitan su acceso a los estudiantes. Su principal discípulo fue Edwin Bidwell Wilson, quien, no obstante, explicó que "excepto en el aula vi muy poco de Gibbs. Tenía una manera, hacia el final de la tarde, de dar un paseo por las calles entre su estudio en el antiguo Sloane Laboratorio y su casa-un poco de ejercicio entre el trabajo y la cena, y uno de vez en cuando pueden venir a través de él en ese momento ". Gibbs hizo supervisar la tesis doctoral sobre la economía matemática escritos por Irving Fisher en 1891. Tras la muerte de Gibbs, Fisher financió la publicación de sus obras completas. Otro estudiante distinguido era Lee De Forest, más tarde, un pionero de la tecnología de radio.
Gibbs murió en New Haven, de 64 años de edad, víctima de una obstrucción intestinal aguda. Está enterrado en Cementerio de la arboleda de la calle.
Vida personal y carácter
Gibbs nunca se casó, que viven toda su vida en su casa de la infancia con su hermana Julia y su marido Addison Van Name, que era el bibliotecario de Yale. A excepción de sus vacaciones de verano habituales del Adirondacks (en Keene Valley, Nueva York) y posteriormente en la Montañas Blancas (en Intervale, Nueva Hampshire), su estancia en Europa en 1866-1869 fue casi el único momento en que Gibbs pasó fuera de New Haven. Se unió Church College de la Universidad de Yale (a Iglesia Congregacional) al final de su primer año y se mantuvo un asistente regular para el resto de su vida. Por lo general votó por la Candidato republicano en las elecciones presidenciales, pero él apoyó Grover Cleveland , un conservador Demócrata. De lo contrario, se sabe muy poco de sus ideas religiosas o políticas, que guardaba para sí mismo.
Gibbs no produjo una correspondencia personal considerable y muchas de sus cartas más tarde fueron perdidos o destruidos. Más allá de los escritos técnicos relativos a sus investigaciones, publicó sólo otras dos piezas: una breve obituario de Rudolf Clausius, uno de los fundadores de la teoría matemática de la termodinámica, y un libro de memorias ya biográfica de su mentor en Yale, HA Newton. En vista de Edward Bidwell Wilson,
Gibbs no era un anunciante de renombre personal ni un propagandista de la ciencia; él era un erudito, descendiente de una familia de estudiante de edad, que vivían antes de los días en que la investigación se había convertido en la búsqueda ré ... Gibbs no era un bicho raro, que no tenía formas llamativas, era un caballero amablemente digna.- EB Wilson, 1931
De acuerdo a Lynde Wheeler, que había sido alumno de Gibbs en Yale, en sus últimos años de Gibbs
siempre estaba vestido pulcramente, por lo general llevaba un sombrero de fieltro en la calle, y nunca exhibido cualquiera de los gestos físicos o excentricidades a veces se cree que son inseparables de genio ... Su actitud era cordial sin ser efusiva y transmitido claramente la sencillez innata y la sinceridad de su naturaleza.- Lynde Wheeler, 1951
Él era un inversionista cuidadoso y gerente financiero, ya su muerte en 1903 su propiedad fue valorada en $ 100.000. Durante muchos años se desempeñó como administrador, secretario y tesorero de su alma mater, la Escuela Hopkins. El presidente estadounidense, Slim lo nombró como uno de los comisionados a la Conferencia Nacional de Electricistas, que se reunió en Filadelfia en septiembre de 1884, Gibbs y presidió una de sus sesiones. Un jinete entusiasta y experto, Gibbs se ve habitualmente en New Haven conducción de su hermana carro. En un obituario publicado en el American Journal of Science, ex estudiante de Gibbs Henry A. Bumstead refiere carácter personal de Gibbs:
Sin pretensiones en forma, cordial y amable en su trato con sus semejantes, nunca mostrando impaciencia o irritación, carente de ambición personal de la clase más baja o de la menor deseo de exaltarse a sí mismo, que iba mucho más hacia la realización del ideal de la desinteresada, caballero cristiano. En las mentes de aquellos que lo conocieron, la grandeza de sus logros intelectuales nunca eclipsar la belleza y la dignidad de su vida.-HA Bumstead, 1903
Las principales contribuciones científicas
La termodinámica química
Los papeles de Gibbs de la década de 1870 introdujeron la idea de expresar la U energía interna de un sistema en términos de la entropía S, además de la habitual estatales variables de volumen V, la presión p, y la temperatura T. También introdujo el concepto de la potencial químico 
de una especie química dada, define como la tasa del aumento de la T asociado con el aumento en el número N de moléculas de dicha especie (a entropía constante y volumen). Por lo tanto, era Gibbs que primero combina la primera y segunda leyes de la termodinámica expresando el cambio infinitesimal en la energía de un sistema en la forma:
si la cuantía en el último término es sobre las diferentes especies químicas. Al tomar el Transformada de Legendre de esta expresión, que define los conceptos de entalpía y "energía libre", incluyendo lo que hoy se conoce como la " energía libre de Gibbs "(un potencial termodinámico que es especialmente útil para los químicos ya que determina si una reacción procederá de forma espontánea a una temperatura fija y presión). De manera similar, también obtuvo lo que más tarde llegó a ser conocido como el " Ecuación de Gibbs-Duhem ".
La publicación del artículo "Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas" (1874-1878) es ahora considerado como un hito en el desarrollo de fisica quimica. En ella, Gibbs desarrolló una teoría matemática rigurosa para diversos fenómenos de transporte, incluyendo adsorción, electroquímica, y la Efecto Marangoni en mezclas de fluidos. También formuló la regla de las fases
para el número F de variables que pueden ser controlados de forma independiente en una mezcla en equilibrio de los componentes C existentes en P fases . El conocimiento de esta norma llevó al uso generalizado de diagramas de fase por los químicos.
La mecánica estadística
Junto con James Clerk Maxwell y Ludwig Boltzmann, Gibbs es considerado uno de los fundadores de la mecánica estadística. Fue Gibbs quien acuñó el término "mecánica estadística" para identificar la rama de la física teórica que da cuenta de las propiedades termodinámicas de los sistemas observados en términos de las estadísticas de grandes conjuntos de partículas. Introdujo el concepto de espacio de fases y la utilizó para definir la microcanónica, canónica, y grandes conjuntos canónicas, obteniendo así una formulación más general de las propiedades estadísticas de los sistemas de muchas partículas que lo que Maxwell y Boltzmann había logrado antes.
De acuerdo a Henri Poincaré, escribiendo en 1904, a pesar de que Maxwell y Boltzmann había explicado previamente la irreversibilidad de los procesos físicos macroscópicos en términos probabilísticos, "el que lo ha visto con mayor claridad, en un libro muy poco de lectura, ya que es un poco difícil de leer, es Gibbs, en sus Principios elementales de la mecánica estadística." El análisis de Gibbs de irreversibilidad, y su formulación de Boltzmann H-teorema y de la hipótesis ergódica, fueron los principales factores que influyen en la física matemática del siglo 20.
Gibbs era muy consciente de que la aplicación de la equipartición teorema para grandes sistemas de partículas clásicas no pudo explicar las medidas de la calores específicos de sólidos y gases, y argumentó que esto era evidencia del peligro de basar la termodinámica en las "hipótesis acerca de la constitución de la materia". Propio marco de Gibbs para la mecánica estadística fue construido con tanto cuidado que se podría llevar a lo largo de casi intacto tras el descubrimiento de que las leyes microscópicas de la naturaleza obedecen reglas cuánticas, en lugar de las leyes clásicas conocidas por Gibbs y sus contemporáneos. Su resolución de la llamada " Gibbs paradoja ", acerca de la entropía de la mezcla de gases, ahora se cita a menudo como una prefiguración de la indistinguibilidad de partículas requeridas por la física cuántica.
Análisis vectorial
Los científicos británicos, incluyendo Maxwell, habían confiado en cuaterniones de Hamilton con el fin de expresar la dinámica de las magnitudes físicas, como los campos eléctricos y magnéticos, que tiene una magnitud y una dirección en el espacio tridimensional. Gibbs, sin embargo, observó que el producto de cuaterniones siempre tuvo que ser separado en dos partes: una (escalar) Cantidad unidimensional y una de tres dimensiones vector , de modo que el uso de cuaterniones introduce complicaciones matemáticas y redundancias que podrían evitarse en el interés de la simplicidad y para facilitar la enseñanza. Por ello, propone la definición de puntos y transversales productos distintos de pares de vectores e introdujo la notación ahora común para ellos. También fue responsable en gran medida el desarrollo de los cálculos vectoriales técnicas que todavía se utilizan hoy en día en la electrodinámica y la mecánica de fluidos.
Mientras trabajaba en el análisis vectorial a finales de 1870, Gibbs descubrió que su enfoque era similar a la que Grassmann había tomado en su "álgebra múltiple". Gibbs luego trató de dar a conocer la obra de Grassmann, subrayando que era a la vez más general e históricamente antes de álgebra cuaterniónica de Hamilton. Para establecer la prioridad de Grassmann, Gibbs convenció a los herederos de Grassmann buscar la publicación en Alemania del ensayo sobre las mareas que Grassmann había presentado en 1840 a la facultad en la Universidad de Berlín, en la que había introducido por primera vez la noción de lo que más tarde sería llamado un espacio vectorial .
Como Gibbs había defendido en los años 1880 y 1890, los cuaterniones fueron finalmente prácticamente abandonado por los físicos a favor del enfoque vectorial desarrollado por él y, de forma independiente, por Oliver Heaviside. Gibbs aplicó sus métodos vectoriales para la determinación del planetario y cometas órbitas. También desarrolló el concepto de tríadas mutuamente recíprocas de vectores que más tarde resultó ser de importancia en cristalografía.
Óptica física
Aunque la investigación de Gibbs en la óptica física es menos conocido hoy que su otro trabajo, que hizo una contribución significativa a la clásica del electromagnetismo , aplicando las ecuaciones de Maxwell a la teoría de los procesos ópticos como birrefringencia, dispersión, y actividad óptica. En ese trabajo, Gibbs demostró que estos procesos podrían ser explicadas por las ecuaciones de Maxwell sin ninguna hipótesis especiales sobre la estructura microscópica de la materia o sobre la naturaleza del medio en el que se suponía que las ondas electromagnéticas que se propagan (el llamado éter luminoso ). Gibbs también hizo hincapié en que la ausencia de un onda electromagnética longitudinal, que se necesita para tener en cuenta las propiedades observadas de la luz , se garantiza automáticamente por las ecuaciones de Maxwell (en virtud de lo que ahora se llama su " evaluar la invariancia "), mientras que en las teorías mecánicas de la luz, como Lord Kelvin, debe imponerse como condición ad hoc sobre las propiedades del éter.
En su último papel en la óptica física, Gibbs llegó a la conclusión de que
se puede decir de la teoría eléctrica [de luz] que no está obligado a inventar hipótesis, pero sólo para aplicar las leyes proporcionados por la ciencia de la electricidad, y que es difícil dar cuenta de las coincidencias entre las propiedades eléctricas y ópticas de los medios de comunicación a menos que consideramos los movimientos de la luz como eléctrica.-JW Gibbs, 1889
Poco después, la naturaleza electromagnética de la luz fue concluyente demostrado por los experimentos de Heinrich Hertz en Alemania.
El reconocimiento científico
Gibbs trabajó en un momento en que había poca tradición de la ciencia teórica rigurosa en los Estados Unidos. Su investigación no era fácilmente comprensible para sus estudiantes o sus colegas y él no hizo ningún esfuerzo para popularizar sus ideas o para simplificar su exposición para que sean más accesibles. Su trabajo seminal sobre la termodinámica se publicó en su mayoría en las Transacciones de la Academia Connecticut, una revista editada por su hermano-en-ley bibliotecario, que fue poco entendida en el EE.UU. y menos aún en Europa. Cuando Gibbs presentó su largo artículo sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas a la Academia, tanto Elias Loomis y HA Newton protestaron diciendo que ellos no entendían la obra de Gibbs en absoluto, pero ayudaron a recaudar el dinero necesario para pagar por la composición tipográfica de las muchas ecuaciones y símbolos matemáticos en el papel. Los fondos para el propósito fueron aportados tanto por los miembros de la universidad y por los hombres de negocios y profesionales locales en New Haven.
A pesar de que había sido adoptado inmediatamente por Maxwell, formulación gráfica de Gibbs de las leyes de la termodinámica no entró en uso generalizado en los mediados del siglo 20, gracias a la labor de László Tisza y Herbert Callen. Según James Gerald Crowther,
en sus últimos años [Gibbs] era un caballero alto y digno, con un paso saludable y tez rubicunda, la realización de su parte de las tareas domésticas, accesibles y amables (si ininteligible) a los estudiantes. Gibbs fue muy estimado por sus amigos, pero la ciencia estadounidense estaba demasiado preocupado con cuestiones prácticas para hacer mucho uso de su profundo trabajo teórico durante su vida. Él vivió su vida tranquila en Yale, profundamente admirado por unos estudiantes capaces pero sin hacer ningún huella inmediata en consonancia ciencia americana con su genio.- JG Crowther, 1937
Por otro lado, Gibbs recibió los mayores honores entonces posible para un científico académico en los EE.UU.. Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1879 y recibió el 1880 Premio Rumford de la Academia Americana de las Artes y las Ciencias por su trabajo en termodinámica química. También se le otorgó doctorados honoris causa por la Universidad de Princeton y Williams College.
En Europa, Gibbs fue incluido como miembro honorario de la London Mathematical Society en 1892 y como miembro extranjero de la Royal Society en 1897. Fue elegido miembro correspondiente de la Prusiana y Academias francesas de Ciencia y doctor honoris causa por las universidades de Erlangen y Christiania (hoy Oslo). La Real Sociedad honraron más Gibbs en 1901 con la Medalla Copley, a continuación, considerada como el premio internacional más alto en las ciencias naturales, señalando que él había sido "el primero en aplicar la segunda ley de la termodinámica a la discusión exhaustiva de la relación entre la química, la energía eléctrica y térmica y la capacidad para el trabajo externo. " Gibbs, quien se mantuvo en Yale, estuvo representada en la ceremonia de premiación por el Comandante Richardson Clover, el agregado naval de Estados Unidos en Londres.
En su autobiografía, matemático Gian-Carlo Rota dice de navegar casualmente las pilas matemáticas de Sterling Biblioteca y tropezando en una lista de correo escrito a mano, unido a algunos de los apuntes del curso de Gibbs, que figuran más de doscientos científicos notables de su época, incluyendo Poincaré, Boltzmann, David Hilbert , y Ernst Mach. A partir de este Rota concluyó que el trabajo de Gibbs era más conocido entre la élite científica de su época que el material publicado sugiere. Lynde Wheeler reproduce la lista de correo en un apéndice de su biografía de Gibbs. Eso Gibbs logró interesar a sus corresponsales europeos en su trabajo se demuestra por el hecho de que su monografía "Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas" fue traducido al alemán (entonces el idioma principal de la química) por Wilhelm Ostwald en 1892 y al francés por Henri Louis Le Châtelier en 1899.
Influencia
Influencia más inmediata y evidente de Gibbs estaba en química física y la mecánica estadística, dos disciplinas que ayudó en gran medida a fundar. Durante la vida de Gibbs, su regla de las fases ha sido validada experimentalmente por el químico holandés HW Bakhuis Roozeboom, quien mostró cómo aplicarlo en una variedad de situaciones, con lo que asegura que de su uso generalizado. En la química industrial, la termodinámica de Gibbs encontraron muchas aplicaciones durante el siglo 20, a partir de la electroquímica para el desarrollo de la Proceso de Haber para la síntesis de amoníaco .
Cuando físico holandés JD van der Waals recibió el 1910 Premio Nobel "por su trabajo en la ecuación de estado para gases y líquidos ", reconoció la gran influencia de la obra de Gibbs sobre ese tema. Max Planck recibió el Premio Nobel 1918 por su trabajo en la mecánica cuántica, en particular su artículo de 1900 sobre La ley de Planck para cuantificada la radiación del cuerpo negro. Ese trabajo se basó en gran medida de la termodinámica de Kirchhoff, Boltzmann y Gibbs.Planck declaró que el nombre de Gibbs "no sólo en América sino en todo el mundo siempre será contado entre los más renombrados físicos teóricos de todos los tiempos."
La primera mitad del siglo 20 vio la publicación de dos libros de texto influyentes que pronto llegó a ser considerado como documentos de fundación de la termodinámica química, los cuales utilizan y extendieron el trabajo de Gibbs en ese campo: se trataba de la termodinámica y la energía libre de Procesos Químicos ( 1923), por Gilbert N. Lewis y Merle Randall, y Modern Termodinámica por los métodos de Willard Gibbs (1933), por Edward A. Guggenheim. Bajo la influencia de Lewis, William Giauque (que originalmente había querido ser ingeniero químico) pasó a convertirse en un profesor de química en Berkeley y ganó el 1949 Premio Nobel de Química por sus investigaciones sobre las propiedades de la materia a temperaturas cerca de absoluta cero, estudios guiados por la tercera ley de la termodinámica .
El trabajo de Gibbs en conjuntos estadísticos, tal como se presenta en su libro de texto de 1902, ha tenido un gran impacto tanto en la física teórica y las matemáticas puras. Inicialmente conscientes de las contribuciones de Gibbs en ese campo, Albert Einstein escribió tres artículos sobre la mecánica estadística, publicados entre 1902 y 1904. Después de leer los libros de texto de Gibbs (que fue traducido al alemán por Ernst Zermelo en 1905), Einstein declaró que el tratamiento de Gibbs era superior a su poseer y explicó que él no hubiera escrito esos papeles si hubiera conocido la obra de Gibbs. Según físico matemático Arthur Wightman:
Es uno de los rasgos más llamativos de la obra de Gibbs, observado por todos los estudiantes de la termodinámica y la mecánica estadística, que sus formulaciones de conceptos físicos estaban tan felizmente elegidos que han sobrevivido 100 años de desarrollo turbulento de la física teórica y las matemáticas.- AS Wightman, 1990
Primeros trabajos de Gibbs sobre el uso de métodos gráficos en la termodinámica reflejan una comprensión poderosamente original de lo que los matemáticos más tarde llamarían " análisis convexo ", incluyendo ideas que, de acuerdo con Barry Simon, "ponen en estado latente durante unos setenta y cinco años." Conceptos matemáticos importantes basadas en el trabajo de Gibbs en la termodinámica y la mecánica estadística son el lema de Gibbs en la teoría de juegos , la desigualdad de Gibbs y algoritmo de Gibbs en la teoría de la información, así como el muestreo de Gibbs en estadística computacional.
El desarrollo del cálculo vectorial fue otra gran contribución de Gibbs a las matemáticas.La publicación en 1901 del libro de texto de EB WilsonAnálisis vectorial, basado en las conferencias de Gibbs en Yale, hizo mucho para propagar el uso de métodos vectoriales y notación en las matemáticas y la física teórica, desplazando definitivamente los cuaterniones que hasta entonces habían sido dominante en la literatura científica .
En Yale, Gibbs fue también el mentor de Lee De Forest, que llegó a inventar al amplificador triodo y ha sido llamado el "padre de la radio". De Forest acredita la influencia de Gibbs para la realización "de que los líderes en el desarrollo eléctrico serían los que persigue la mayor teoría de las ondas y oscilaciones y la transmisión por estos medios de inteligencia y poder. " Otro estudiante de Gibbs que jugó un papel importante en el desarrollo de tecnología de radio fue Lynde Wheeler.
Gibbs también tuvo una influencia indirecta en la economía matemática. Él supervisó la tesis de Irving Fisher, quien recibió el primer Ph.D. en Economía de la Universidad de Yale en 1891. En esa obra, publicada en 1892 como Matemáticas Las investigaciones en la teoría del valor y precios , Fisher hizo una analogía directa entre el equilibrio Gibbsian en los sistemas físicos y químicos, y el equilibrio general de los mercados, y usó de Gibbs notación vectorial. El protegido de Gibbs Edwin Bidwell Wilson se convirtió, a su vez, un mentor de liderar economista estadounidense y premio Nobel Paul Samuelson. En 1947, Samuelson publicó Fundamentos del Análisis Económico , basado en su tesis doctoral, en la que se utiliza como epígrafe una observación atribuida a Gibbs: "Las matemáticas son un lenguaje." Samuelson explicó más tarde que en su comprensión de los precios de sus "deudas no eran principalmente para Pareto o Slutsky, pero a la gran termodinámico, Willard Gibbs de Yale. "
Por su parte, el matemático Norbert Wiener citó el uso de Gibbs de la probabilidad en la formulación de la mecánica estadística como "la primera gran revolución de la física del siglo XX", y como una gran influencia en su concepción de la cibernética. Wiener se explica en el prefacio de su libro El uso humano de los seres humanos que se trataba de "dedicado al impacto del punto de vista sobre la vida moderna Gibbsian, tanto a través de los cambios de fondo que ha hecho a la ciencia a trabajar, ya través de los cambios que tiene hecho indirectamente en nuestra actitud ante la vida en general ".
Conmemoración
Cuando el químico físico alemán Walther Nernst visitó Yale en 1906 para dar la conferencia Silliman, se sorprendió al descubrir que no había ningún monumento tangible para Gibbs. Por lo tanto, donó su tarifa de $ 500 la conferencia a la universidad para ayudar a pagar por un monumento adecuado, que finalmente se dio a conocer en 1912 en forma de un bajorrelieve de bronce por el escultor Lee Lawrie, instalado en el Laboratorio. Sloane Física En 1910, el American Chemical Society estableció el Willard Gibbs Medalla, a través de la iniciativa de William A. Converse, ex presidente y secretario de la Sección. Chicago La de la Sociedad Americana de Matemáticas dotó al Josiah Willard Gibbs Conferenciantes en 1923 para aumentar la conciencia pública de las matemáticas y sus aplicaciones.
En 1945, la Universidad de Yale creó la cátedra J. Willard Gibbs en Química Teórica, que se celebró hasta 1973 por Lars Onsager, quien ganó el Premio Nobel 1968 en química. (Onsager, como Gibbs, trabajó principalmente en la aplicación de nuevas ideas matemáticas a problemas en química física.) De Yale Josiah Willard Gibbs Laboratorios y su Josiah Willard Gibbs Adjunto Cátedra de Matemáticas también se nombran en su honor, y la universidad ha sido anfitrión de dos simposios dedicada a la vida y la obra de Gibbs, una en 1989 y otra en el centenario de su muerte, en 2003. Universidad de Rutgers tiene una Josiah Willard Gibbs Cátedra de Termomecánica, actualmente en manos de Bernard D. Coleman.
En 1950, Gibbs fue elegido alSalón de la Fama de Grandes estadounidenses. La Marina de Estados Unidos buque de investigación oceanográficaUSNSJosiah Willard Gibbs(T-AGOR-1), en servicio desde 1958 hasta 1971, fue nombrado para Gibbs. La Gibbs cráter, situado cerca de la extremidad oriental de laLuna, fue nombrado en su honor en 1964.
EA Guggenheim introdujo el símboloGde la energía libre de Gibbs en 1933, y el mismo símbolo fue utilizado también porDirk ter Haar en 1966. Esta notación es ahora universal y es recomendado por el IUPAC.En 1960, William Giauqueet al.sugirió utilizar el nombre "Gibbs" (apg abreviados.) para la unidad de la entropía,calorías /Kelvin, pero este uso no se convirtió en común y la correspondienteunidad SI,Joule / Kelvin, lleva ningún nombre especial.
En la literatura
En 1909, el historiador americano y novelista Henry Adams terminaron un ensayo titulado "La Regla de la Fase Aplicada a la Historia", en la que trató de aplicar regla de las fases de Gibbs y otros conceptos termodinámicos a una teoría general de la historia de la humanidad. William James, Henry Bumstead , y otros criticaron tanto tenue agarre de Adams de los conceptos científicos que invoca, así como la arbitrariedad de su aplicación de esos conceptos como metáforas de la evolución del pensamiento humano y la sociedad. El ensayo permaneció inédito hasta que apareció póstumamente en 1919, en la degradación del Dogma Democrática , editado por el hermano menor de Henry Adams Brooks.
En la década de 1930, poeta feminista Muriel Rukeyser quedó fascinado por Willard Gibbs y escribió un largo poema sobre su vida y obra ("Gibbs", incluido en la colección A Turning viento , publicado en 1939), así como una biografía libro-( Willard Gibbs , 1942). Según Rukeyser:
Willard Gibbs es el tipo de la imaginación en el trabajo en el mundo. Su historia es la de una apertura que ha tenido su efecto en nuestras vidas y nuestra forma de pensar; y, me parece, es el emblema de la imaginación, que se llama desnuda abstracta y poco práctico, pero cuyos descubrimientos pueden ser utilizados por cualquier persona que esté interesado, en lo que sea "campo" imaginación -una que para mí, más que eso de cualquier otra figura en el pensamiento americano, cualquier poeta, o política, o una figura religiosa, es sinónimo de imaginación en sus puntos esenciales.- Muriel Rukeyser, 1949
En 1946, Fortuna revista ilustra un artículo de portada sobre "Ciencia Fundamental", con una representación de la superficie termodinámica que Maxwell había construido sobre la base de la propuesta de Gibbs. Rukeyser había llamado a esta superficie una "estatua de agua" y la revista vio en ella "la creación abstracta de un gran científico estadounidense que se presta para el simbolismo de las formas de arte contemporáneo." La obra de arte por Arthur Lidov también incluyó la expresión de Gibbs matemática de la regla de las fases para las mezclas heterogéneas, así como un radar pantalla, una forma de onda de osciloscopio, de Newton manzana, y una pequeña interpretación de un diagrama de fases de tres dimensiones.
El sobrino de Gibbs, Gibbs Ralph Van Name, un profesor de química física en la Universidad de Yale, estaba descontento con la biografía de Rukeyser, en parte debido a su falta de formación científica. Van Name había retenido los documentos de la familia de ella y, después de que su libro fue publicado en 1942 y positivos literarios pero mixta revisiones científicas, trató de animar a los antiguos alumnos de Gibbs para producir una nueva y más orientado técnicamente biografía. Con su apoyo, Lynde Wheeler publicó una obra en 1951.
Tanto Gibbs y de Rukeyser biografía de él ocupan un lugar destacado en la colección de poesía True North (1997) por Stephanie Strickland. En la ficción, Gibbs aparece como el mentor de Traverse Kit personaje en la novela de Thomas Pynchon Contra el Día (2006). Esa novela también discute prominente la birrefringencia de espato de Islandia, un fenómeno óptico que Gibbs investigado.
Sello de Gibbs (2005)
El 4 de mayo de 2005, el Servicio Postal de los Estados Unidos emitió el Científicos Americanos conmemorativa sello de serie diseñada por el artista Víctor Stabin, representando Gibbs, John von Neumann , Barbara McClintock, y Richard Feynman . Kenneth R. Jolls, profesor de ingeniería química en la Universidad Estatal de Iowa y experto en métodos gráficos en la termodinámica, consultados en el diseño de la estampilla en honor a Gibbs. El sello identifica Gibbs como "termodinámico" y cuenta con un diagrama de la cuarta edición de Maxwell Teoría del calor , publicado en 1875, lo que ilustra la superficie termodinámico de Gibbs para el agua. Microimpresión en el cuello del retrato de Gibbs representa su ecuación matemática original para el cambio en la energía de una sustancia en términos de su entropía y las otras variables de estado.
Esquema de la obra principal
- Fisicoquímica:energía libre,diagrama de fase,regla de las fases,los fenómenos de transporte
- La mecánica estadística:conjunto estadístico,el espacio de fases,potencial químico,Gibbs entropía, Gibbs paradoja
- Matemáticas: Análisis vectorial,análisis convexo, Fenómeno de Gibbs
- Electromagnetismo:las ecuaciones de Maxwell,la birrefringencia
