Biografia di J. Willard Gibbs | Scienziati famosi.


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Vissuto 1839-1903.
Willard Gibbs è stato un matematico e fisico che ha dato grandi contributi alla scienza: fondò la moderna meccanica statistica, ha fondato la termodinamica chimica e ha inventato l'analisi vettoriale.

Infanzia ed educazione

Josiah Willard Gibbs è Nato il 11 febbraio 1839 a New Haven, Connecticut, Stati Uniti, la città natale dell'Università di Yale.
Famiglia di Willard Gibbs era prospero e intellettuale. Sua madre si chiamava Mary Anna Van Cleve. Lei veniva da una famiglia di eminente ed era un ornitologo dilettante. Suo padre si chiamava anche Josiah Willard Gibbs. Per evitare confusione, Gibbs Jr. è stato sempre conosciuto come Willard. Suo padre, un esperto di lingue e linguistica, è stato professore di letteratura sacra presso la scuola di teologia dell'Università di Yale.
Willard Gibbs era privatamente istruito alla scuola di grammatica di Hopkins, fino a quando si iscrisse all'Università di Yale, di appena 15 anni. Ottenne la laurea di quattro anni più tardi, nel 1858, con premi di università in matematica e latino.
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Willard Gibbs, uno studente all'Università di Yale.
Iniziò immediatamente a lavorare per un dottorato di ricerca ingegneria a Yale, che è stato insignito nel 1863, all'età di 24. Questo è stato il primo mai il premio di un dottorato di ricerca ingegneria a qualsiasi studente presso un'università americana.
Sua tesi altamente matematica ha avuto il titolo: "sulle"forme dei denti delle ruote in sistema d'ingranaggi di dente cilindrico.
Socialmente, Gibbs era tranquillo e libresco, uno studente piuttosto riservato. Accademicamente, era brillante.
Mentre Gibbs era uno studente, tre eventi significativi hanno avvenuto:
  • Nel 1855, sua madre morì.
  • Nel 1861, suo padre morì, lasciando Gibbs e le sue due sorelle una notevole eredità, che li rende finanziariamente indipendente.
  • Dal 1861 – 65 infuriava la guerra civile americana. Gibbs non fu chiamato alle armi: la sua salute era fragile, e soffriva di problemi respiratori. Inoltre, è stata offuscata la vista per la lettura, causato dall'astigmatismo. Alla fine ha dovuto macinare lenti se stesso per risolvere questo problema.
Carriera accademica Gibbs
Tutoring presso Yale
Università di Yale nominato Gibbs come tutor nel 1863. Tutor dovevano mettersi a disposizione per insegnare uno qualsiasi dei corsi di Yale. Gibbs ha insegnato latino per due anni, seguito da un anno di insegnamento della fisica, mentre ha continuato privatamente ad ampliare e affinare la sua conoscenza di ingegneria e scienze fisiche. Durante questo tempo ha brevettato un freno auto ferroviaria migliorata.
Tre anni in Francia e Germania
In 1866 Gibbs e le sue sorelle, Anna e Julia, partì per un viaggio di tre anni in Europa.
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Willard Gibbs seguì le lezioni a Heidelberg dato da Robert Bunsen, del grande chimico. Ha inoltre frequentato lezioni tenute dai fisici grandi Gustav Kirchhoff e Hermann von Helmholtz.
Gibbs ha trascorso un anno accademico presso ciascuna delle Università della Sorbona a Parigi e l'Università di Berlino e Heidelberg in Germania. Suo scopo risoluto era di continuare a espandere e raffinare le sue conoscenze scientifiche.
Come suo padre, egli sembra aver avuto un notevole dono per le lingue, quindi lui lavora in francese e tedesco non causato nessun problema.
Francia, Germania e Regno Unito sta al cuore del mondo scientifico. Gibbs ha preso un approccio unico trascorrendo tre anni a studiare in paesi di lingua diversa dall'inglese, che gli ha dato un punto di vista scientifico distintivo rispetto ad altri scienziati americani del tempo.
Durante il viaggio in Europa, salute di Gibbs era ancora una preoccupazione – era sospetto di tubercolosi – e lui e le sue sorelle si trasferirono alla Costa Azzurra, sperando che il caldo, clima mediterraneo secco lo avrebbe aiutato. Per fortuna, dopo pochi mesi sulla Riviera, fu dichiarato indenne da tubercolosi.
Professore a Yale
Al suo ritorno a New Haven, Gibbs ha insegnato francese per tempo a Yale e ha funzionato privatamente su alcune delle sue idee di ingegneria.
Nel 1871 divenne il primo professore di Yale di fisica matematica. Il ruolo era non retribuito. Gibbs è stato felice con questa situazione – era un uomo di esigenze modeste, e sua eredità gli ha fornito più di abbastanza soldi. Inoltre, Gibbs era felice che il ruolo richiesto poco lavoro di insegnamento, permettendogli più pensiero e tempo di ricerca.
Come è cresciuta la sua reputazione scientifica, altre Università testa-cacciato lui. Gibbs ha scelto di soggiornare presso Yale, perché lui era felice in un ambiente familiare della sua città natale e, inoltre, altri scienziati di Yale gli disse quanto hanno apprezzato la sua presenza all'Università. Rimase a Yale per tutta la sua carriera e l'Università ha iniziato lui pagare uno stipendio per controbilanciare offre che ha ricevuto da altre istituzioni.
Più significativi contributi Gibbs alla scienza
Gibbs è stato un uomo di immensa intelligenza; ricezione della sua opera richiama alla mente esperienza di Isaac Newton quando ha pubblicato per la prima volta le sue leggi di movimento e di gravitazione. Uno dei suoi studenti si dice che hanno scherzato di Newton:
"Ecco un uomo che ha scritto un libro che né lui né nessun altro capisce."
È stato lasciato agli altri per spiegare e diffondere idee complesse di Newton e la matematica.
Allo stesso modo, quando Gibbs pubblicò la sua ricerca, è stato spesso poco compresa. Una delle poche persone che ha fatto capire ed apprezzare il suo significato era James Clerk Maxwell.
Infatti quando Maxwell morì in giovane età, la parola in Yale – con echi della vecchia barzelletta su Newton – era:
"Solo un uomo vissuto che potrebbe comprendere documenti di Gibbs. Che era Maxwell, e ora è morto."
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"Un buon uso a cui chiunque potrebbe mettere una formazione superiore in matematica pura è per studiare i problemi noi fissati dalla natura".
Willard Gibbs
Matematico e fisico
Termodinamica
Termodinamica Esplora il rapporto tra energia, entropia e temperatura. Le leggi sono alla base delle caratteristiche fisiche di tutto l'universo, compresa la vita. Le idee sono piuttosto complessi; gli aspetti più facili della termodinamica non sono solitamente introdotto fino al livello universitario in chimica e fisica o forse alla fine di chimica della high school.
Nel 1873, due anni nella sua cattedra, Gibbs il 34-year-old ha cominciato pubblicare opera che ha rivoluzionato la nostra comprensione della termodinamica. Ha iniziato da notare che le prime due leggi della termodinamica potrebbero essere combinate in una singola equazione di stato – l' Equazione di stato Gibbs – ora un'equazione di base della termodinamica:
d U = TdS – PdV
In due articoli all'avanguardia ha mostrato come esprimere le quantità termodinamiche su grafici che aveva costruito ha portato a conclusioni completamente nuovi sul comportamento della materia. Questi grafici sono stati in tre dimensioni, con x, y e z di assi.
Gibbs inviato copie del suo lavoro a 75 scienziati notevoli in Europa. Uno di questi era James Clerk Maxwell presso l'Università di Cambridge.

Willard Gibbs e Maxwell dell'impiegato del James

Maxwell, una delle maggiori autorità del mondo sulla termodinamica, devoured lavoro Gibbs, rendendosi conto che ha risolto un problema concettuale che egli era stato alle prese con invano per oltre due anni. Inoltre, la nuova interpretazione di Gibbs della termodinamica migliorata comprensione personale di Maxwell del campo.
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Una copia del modello in gesso originale inviato da Maxwell a Gibbs, tenuto da di Yale Peabody Museum of Natural History. Il modello rappresenta il comportamento di una sostanza di acqua-come tracciato su assi di volume (asse x), entropia (asse y) ed energia (asse z). Le linee scure sul modello sono linee di uguale pressione e temperatura uguale.
Maxwell ha condiviso il lavoro di Gibbs con entusiasmo con altri scienziati britannici.
Ha fatto tre modelli in gesso 3-dimensionale di una superficie in uno dei grafici di Gibbs e inviato un modello a Gibbs come un segno del suo apprezzamento e rispetto.
Maxwell e Gibbs sono stati sulla stessa lunghezza d'onda di mentale-hanno capito di altro lavoro, che poche altre persone hanno fatto al momento.
Purtroppo, morte prematura di Maxwell nel 1879 privato il mondo scientifico di ciò che avrebbe potuto diventare una partnership molto fruttuosa, se a lunga distanza, tra due grandi intelletti.

Rimodellando la scienza della termodinamica

Nel 1878 Gibbs pubblicato un terzo libro di termodinamica, il più rivoluzionario di tutti. Sull'equilibrio delle sostanze eterogenee parte II.
In questa carta Gibbs fondò la scienza della termodinamica chimica, interamente che modella la nostra comprensione moderna del campo. Quest'opera si trova nel cuore di chimica fisica, ci dice che le reazioni chimiche sono fattibili.
Purtroppo, lavoro di Gibbs era così altamente matematica che ci sono voluti molti anni prima che il messaggio è stato pienamente compreso.
Se Gibbs aveva un difetto, era che ha usato la matematica per fare quasi tutto il suo parlare per lui. Si sentiva poco bisogno di relazionarsi sua matematica e idee con esempi reali e che non era preoccupato se la gente ha detto che il suo lavoro era troppo difficile da capire.
Ha preso esattamente lo stesso approccio nobile per le sue lezioni come ha fatto la sua scrittura. Uno dei suoi migliori studenti, Edwin Bidwell Wilson, ha ricordato viene detto di Gibbs:
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"Negli anni trenta di mia cattedra di fisica matematica, che abbia mai avuto ma una mezza dozzina gli studenti adeguatamente preparati a seguire le mie lezioni."
Willard Gibbs
Matematico e fisico
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"Reading Gibbs equilibrio è qualcosa come la lettura di Laplace, che omette frequentemente ma la conclusione, con l'osservazione ottimista 'è facile da vedere', forma abbreviata di cose 'visto' ore successive — a volte giorni — di duro lavoro."
Eric Temple Bell
Matematico

La regola di fase

Gibbs ha scoperto che in qualsiasi miscela di equilibrio di C componenti nelle fasi di P è il numero di variabili F che può essere controllato in modo indipendente:
F = C – P + 2
Con questa regola, che è una regola generale, fondamentale della termodinamica, diagrammi di fase diventano una parte indispensabile del toolkit di chimica fisica.

Termodinamica Gibbs su un francobollo

Nel 2005, un francobollo degli Stati Uniti ha commemorato metodi grafici termodinamica Gibbs recanti un'immagine di Gibbs e una mappa bidimensionale del contorno di una delle sue superfici termodinamici.
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Willard Gibbs 2005 Stamp
Analisi di vettore – una nuova branca della matematica
James Clerk Maxwell usato una forma di matematica chiamato calcolo quaternion nella sua teoria elettromagnetica della luce. Gibbs ha preso nuova teoria di Maxwell con entusiasmo, ma pensava che il calcolo di quaternion che Maxwell aveva usato sembrava piuttosto scomodo. Aveva una parte di vettore e una parte scalare, ma a parere di Gibbs era geometricamente insoddisfacente.
Al fine di insegnare teoria di Maxwell ai suoi studenti, Gibbs ha sviluppato un nuovo ramo della matematica chiamato analisi/calcolo vettoriale. Lo ha fatto nel 1881 – 1884, producendo dispense per i suoi nuovi metodi matematici.
Fisico britannico Oliver Heaviside inventato indipendentemente il calcolo vettoriale tra 1880 e 1887. Nessuno era a conoscenza del lavoro di altri.
Il calcolo vettoriale inventato da Gibbs e Heaviside è ora ampiamente utilizzato in matematica e fisica.
La notazione utilizzata oggi per il valore scalare e vettoriale prodotti inoltre è stata ideata da Gibbs.
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"Un matematico può dire tutto ciò che vuole, ma un fisico deve essere almeno parzialmente sano di mente".
Willard Gibbs
Matematico e fisico
Meccanica statistica
Meccanica statistica permette di fenomeni fisici di essere spiegato e calcolato facendo la media i comportamenti individuali di un enorme numero di atomi/molecole.
Nel 1902, Gibbs pubblicò un nuovo capolavoro scientifico – Principi elementari in meccanica statistica. Aveva lavorato giorno e notte sul libro nel tardo 1900 e 1901 precoce.
Ciò che ora conosciamo come meccanica statistica era stato inventato e sviluppato da Daniel Bernoulli, James Clerk Maxwell e Ludwig Boltzmann.
Libro di Gibbs è venuto come un bullone dal blu. Aveva bisogno di fare riferimento solo un po' di ciò che era andato prima; e poi ha rivelato una nuova formulazione della scienza.
Gibbs messo a punto un nuovo quadro di matematico per la meccanica statistica che ha colmato il divario tra la fisica quantistica classica e (ancora da scoprire), spianando la strada per il mondo quantico che doveva svolgersi negli anni successivi.
Come le sue opere precedenti, maggior parte degli scienziati trovato libro di meccanica statistica Gibbs difficile da capire. Tuttavia, perseveranza alla fine diede i suoi frutti ed è formulazione di Gibbs della meccanica statistica che è usato ancora oggi – ha anche coniato il termine meccanica statistica.
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"Quando entrai Istituto di Niels a Copenhagen nel 1924, la prima cosa che Bohr ha richiesto era che io dovrei leggere il libro di Gibbs sulla termodinamica. E ha aggiunto che Gibbs era stato l'unico fisico che veramente capito termodinamica statistica".
Werner Heisenberg
Fisico teorico, premio Nobel per la fisica 1932
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"Gibbs per la meccanica statistica e termodinamica quello fatto Laplace per meccanica celeste e Maxwell fatto per electrodynamics, vale a dire, fatto suo campo una struttura teorica pressoché finita."
Robert Millikan
Fisico, premio Nobel per la fisica 1923

Riconoscimenti

Nel 1880 Gibbs ha vinto il Premio Rumford della American Academy of Arts and Sciences.
Nel 1901 riceve la medaglia Copely della britannica Royal Society, che era allora il più grande premio in scienza, pari a un premio Nobel oggi; e un premio più raro, poiché un solo Copely medaglia ogni anno. La citazione di premio ha dichiarato che Gibbs era:
"il primo ad applicare la seconda legge della termodinamica alla discussione esaustiva del rapporto tra energia chimica, elettrica e termica e capacità di lavoro esterno."

Alcuni dati personali e alla fine

Tranne che per tre anni in Europa, Gibbs ha vissuto tutta la sua vita nella grande casa di famiglia, suo padre ha costruito a New Haven, Connecticut.
Questa vita costante adatto a lui, perché lui era un uomo che ha goduto di regolarità e ordine. C'è un'ironia in questo, dato che Gibbs significativamente migliorato la nostra comprensione dell'entropia – che spesso si caratterizza come disturbo.
Ha frequentato regolarmente la Chiesa e sinistra New Haven solo durante le vacanze estive, che amava trascorrere in montagna.
Gibbs è stato percepito da persone che lo conoscevano come gentile, simpatico e felice. Non si sposò mai. Ha condiviso la casa di famiglia con le sue sorelle: Anna, che è rimasto celibe; e Julia, marito e figli.
Josiah Willard Gibbs morì all'età di 64 il 28 aprile 1903, appena un anno dopo pubblicò il suo lavoro seminale sulla termodinamica statistica. Sua morte è stata causata da un'ostruzione intestinale.
Fu sepolto nel cimitero di Grove Street, New Haven.
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"Nome di Josiah Willard Gibbs verrà conteggiati non solo in America ma in tutto il mondo come uno dei fisici teorici più famosi di tutti i tempi."
Max Planck
Fisico teorico, premio Nobel per la fisica 1918
Tradotto dal sito Web: Famous Scientists per scopi didattici.
Biografie di personaggi famosi e storici