约西亚·威拉德·吉布斯 Josiah Willard Gibbs - 版本历史

2020年5月17日 (日) 07:51 薄荷

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主要科学贡献

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编者推荐

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参考资料

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参考资料

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 Gibbs首创了“统计力学”这一术语，并引入了用以描述物理系统的一些关键概念及它们相应的数学表述，特别是1873年引入的吉布斯能、1876年引入的化学势、1902年引入的系综 ensemble 。诺贝尔物理学奖得主朗道 Lev Davidovich Landau 评论Gibbs时说：“Gibbs对统计力学给出了适用于任何宏观物体的最彻底、最完整的形式”。Gibbs还运用支配体系性质的统计原理阐明了他独辟蹊径导出的热力学方程，并通过多粒子系统的统计性质对热力学的唯象理论给出了完美的解释。1902年，他把这项工作写入了对后世极具影响的教科书《统计力学的基本原理》。
 ==博士生导师==
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 他的许多关于流星的论文发表在《国家科学院回忆录 The Memoirs of the National Academy》、《科学杂志 The Journal of Science》  和《美国科学杂志 The American Journal of Science》上。
 ==相关成就==
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 *1964年：月球一个陨石坑被命名为吉布斯石坑。
 ==主要科学贡献==
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 之后不久，光的电磁性质被德国的海因里希·赫兹 Heinrich Hertz 通过实验的方法加以证实。
 ==学生评价==
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 尽管Gibbs自己的学生不多，却有不少其他领域的著名学者与他有过师生之谊。1891年，Gibbs审评了后来成为美国第一位数理经济学家的欧文·费雪 Irving Fisher 的博士论文。Gibbs去世后，心存感激的费雪资助了其全部著作的出版。
 ==科学界认可==
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 数学家吉安-卡洛·罗塔在他的自传中提到他一次在斯特林纪念图书馆数学书库翻阅资料时的经历。他误打误撞地发现了一个附在Gibbs课堂手记的手写的邮件清单。其中列有200多个Gibbs同时代的有名的科学家，包括庞加莱  Poincaré 、玻尔兹曼  Boltzmann 、大卫·希尔伯特 David Hilbert, 以及恩斯特·马赫 Ernst Mach 等等。由此，罗塔认为Gibbs的科学工作可能比当时出版材料中所暗示的那样，更为他所处时代的科学界精英熟知。林德·惠勒复制了那个邮件清单，并把它附在了他为Gibbs所做的传记的附录中。Gibbs的专著《关于多相物质平衡》1892年被威廉·奥斯特瓦尔德 Friedrich Wilhelm Ostwald 译为当时在化学的科学文献中占据主导地位的德文，1899年又被亨利·路易·勒夏特列 Henri Louis le chatelier 译为法语。这多少能反映出而他的科学工作受到了来自欧洲同行的赏识。
 ==后世影响与纪念==
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 肯尼斯 Kenneth R. Jolls 是爱荷华州立大学的化学工程教授，同时也是热力学图形方法方面的专家。他制作了一枚图章，该图章将Gibbs定义为一个“热力学家”，并以1875年出版的《麦克斯韦尔热论》第四版中的一个图表为特征。Gibbs肖像衣领上的微缩图描绘了一种物质能量变化的原始数学方程，这种变化是根据物质的熵和其他状态变量来表示的。
 ==参考资料==
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 研究工作主要集中在电子工程方面的一个核心领域一非线性系统的控制理论和动力学分析，及其在复杂网络等相关领域中的应用。自1981年以来，共发表了约600篇国际学术杂志论文、250多篇国际学术会议论文、共出版17部研究专著和高等教材，论文他引超过4万次，H指数109，是工程和数学领域高引用研究人员。
 ==相关链接==
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 *[http://arxiv.org/abs/1403.2460  吉布斯的思考:从统计物理学到Amistad]
 *Wikipedia词条[https://en.wikipedia.org/wiki/Josiah_Willard_Gibbs Josiah Willard Gibbs]
 ==另请参阅==
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 *[https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_theoretical_physicists  理论物理学家名单]
 *[https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_things_named_after_Josiah_W._Gibbs  以吉布斯命名的事物]
 == 编者推荐==

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 [[File:Wykres_Gibbsa.svg.png|thumb|right|化学热力学坐标]]
-Gibbs在他19世纪70年代发表的论文中提出了利用熵 <math>S</math> ，体积 <math>V</math>，压强 <math>p</math>和温度 <math>T</math>等状态量来表征一个系统的内能的方法。他还提出了化学势 The chemical potential <math>\mu</math> 的概念，将其定义为在恒熵恒容条件下，系统内能的增量与该种物质分子数 <math>N</math>的增量的比值。借助这些方法及概念，吉布斯首次通过描述系统内能增量的微分的方式，将热力学领域加以开拓：从只是有关热能与机械能之间关系的理论，扩展为研究处于平衡状况时的物素性质的一门学问.正是吉布斯首先通过以下形式表达了封闭系统内部能量<math>d U</math>的无穷小变化，从而将热力学的第一定律和第二定律结合在一起：
+Gibbs在他19世纪70年代发表的论文中提出了利用熵 <math>S</math> ，体积 <math>V</math>，压强 <math>p</math>和温度 <math>T</math>等状态量来表征一个系统的内能的方法。他还提出了'''化学势 The chemical potential <math>\mu</math>''' 的概念，将其定义为在恒熵恒容条件下，系统内能的增量与该种物质分子数 <math>N</math>的增量的比值。借助这些方法及概念，Gibbs首次通过描述系统内能增量的微分的方式，将热力学领域加以开拓：从只是有关热能与机械能之间关系的理论，扩展为研究处于平衡状况时的物素性质的一门学问.正是Gibbs首先通过以下形式表达了封闭系统内部能量<math>d U</math>的无穷小变化，从而将热力学的第一定律和第二定律结合在一起：
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-其中，<math>T</math>是绝对温度，<math>S</math>是熵，<math>p</math>是压强，<math>V</math>是体积，<math>\mu_i </math>、<math>N_i </math>分別是第<math>i</math>个化学物质的化学式与粒子数（或摩尔 (单位)|摩尔数）。式中最后一项为系统中所有化学物种的化学势与粒子数增量微分的乘积之和。通过对该式进行勒让德变换，他还定义了系统的吉布斯能 Gibbs free energy ：
+其中，<math>T</math>是绝对温度，<math>S</math>是熵，<math>p</math>是压强，<math>V</math>是体积，<math>\mu_i </math>、<math>N_i </math>分別是第<math>i</math>个化学物质的化学式与粒子数（或摩尔 (单位)|摩尔数）。式中最后一项为系统中所有化学物种的化学势与粒子数增量微分的乘积之和。通过对该式进行勒让德变换，他还定义了系统的'''吉布斯能 Gibbs free energy '''：
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-Gibbs还获得了后来被称为“ 吉布斯-杜姆方程 ”的东西。
+Gibbs还获得了后来被称为'''“ 吉布斯-杜姆方程 ”'''的东西。
 在以电动势<math> ℰ</math>和电荷转移量<math>Q</math>为特征的电化学反应中，吉布斯的起始方程变为
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-《关于多相物质平衡》被认为是物理化学发展史上的里程碑。这部专著标志着化学平衡理论的诞生，开启了现代溶液理论，并纠正了电化学的错误理论。此外，他还提出了吉布斯相律：
+《关于多相物质平衡》被认为是物理化学发展史上的里程碑。这部专著标志着化学平衡理论的诞生，开启了现代溶液理论，并纠正了电化学的错误理论。此外，他还提出了'''吉布斯相律'''：
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-亨利·庞加莱 Henri Poincaré 于1904年说到：尽管Maxwell和Boltzmann更早的利用概率的概念去解释宏观物理过程的不可逆性，但在这一问题上看得更为透彻的人是Gibbs。他在《统计力学基本原理》所做出的理论解释也更容易理解。吉布斯对于不可逆性的分析及他对玻尔兹曼H定理 Boltzmann's H-theorem 和遍历假设 The ergodic hypothesis 的阐释对于20世纪数学物理学的发展产生了重大影响。
+亨利·庞加莱 Henri Poincaré 于1904年说到：尽管Maxwell和Boltzmann更早的利用概率的概念去解释宏观物理过程的不可逆性，但在这一问题上看得更为透彻的人是Gibbs。他在《统计力学基本原理》所做出的理论解释也更容易理解。Gibbs对于不可逆性的分析及他对[[玻尔兹曼H定理 Boltzmann's H-theorem]]和[[遍历假设 The ergodic hypothesis]]的阐释对于20世纪数学物理学的发展产生了重大影响。
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-世纪70年代后期，在研究向量分析时，Gibbs发现他所运用的方法与先前赫尔曼·甘特·格拉斯曼 Hermann Günther Grassmann在研究多元代数 Multiple algebra 时所利用的一个方法类似。随后，Gibbs试图宣传Grassmann的这项工作，并强调他的方法比哈密顿的四元数方法更具一般性，并且从历史的角度来讲，Grassmann的方法被引入的时间更早。为了证明格拉斯曼方法更早被引入，Gibbs劝说Grassmann的后人寻找Grassmann1840年向柏林大学的研究机构提交的一篇论述潮汐现象的论文。在这篇论文中，Grassmann首先引入了后来被称为向量空间 Vector space （线性空间）的概念。
+世纪70年代后期，在研究向量分析时，Gibbs发现他所运用的方法与先前赫尔曼·甘特·格拉斯曼 Hermann Günther Grassmann在研究多元代数时所利用的一个方法类似。随后，Gibbs试图宣传Grassmann的这项工作，并强调他的方法比哈密顿的四元数方法更具一般性，并且从历史的角度来讲，Grassmann的方法被引入的时间更早。为了证明格拉斯曼方法更早被引入，Gibbs劝说Grassmann的后人寻找Grassmann1840年向柏林大学的研究机构提交的一篇论述潮汐现象的论文。在这篇论文中，Grassmann首先引入了后来被称为向量空间 Vector space（线性空间）的概念。
-由于Gibbs在19世纪80年代到90年代的不断倡导，四元数最终被由他及奥利弗·亥维赛分别独立发展的向量分析理论取代。Gibbs在确定行星及彗星的运行轨道时运用了这种向量方法。他还提出了相互作用的矢量三元组 Mutually reciprocal triads of vectors  的概念，这一概念后来被证明在晶体学中很重要。
+由于Gibbs在19世纪80年代到90年代的不断倡导，四元数最终被由他及奥利弗·亥维赛分别独立发展的向量分析理论取代。Gibbs在确定行星及彗星的运行轨道时运用了这种向量方法。他还提出了'''相互作用的矢量三元组 Mutually reciprocal triads of vectors '''的概念，这一概念后来被证明在晶体学中很重要。

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 == 编者推荐==
-[[File:Elementary_Principles_in_Statistical_Mechanics.jpg|200px|thumb|right|Elementary Principles in Statistical Mechanics的封面]]
+[[File:Elementary_Principles_in_Statistical_Mechanics.jpg|200px|thumb|right|《Elementary Principles in Statistical Mechanics》的封面]]
 ====[https://swarma.org/?p=18425 吉布斯——热力学大师与统计物理奠基人]====
 来自集智俱乐部的一篇微信公众号推文,本文介绍被爱因斯坦称之为“美国历史上最杰出的英才”的吉布斯的生平事迹。
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-约西亚·威拉德·吉布斯 Josiah Willard Gibbs ，1839年2月11日出生于美国康涅狄格州纽黑文市，即1701年建校的耶鲁大学所在地。吉布斯在家排行第四，有三个姐姐和一个妹妹。父亲是个语言学家，在耶鲁大学神学院当教授，祖父出任过哈佛大学代理校长。母亲出身书香门弟，其父是普林斯顿大学化学教授，祖父是数学和自然哲学教授，曾祖父为新泽西学院（普林斯顿大学前身）首任校长。
+'''约西亚·威拉德·吉布斯 Josiah Willard Gibbs''' ，1839年2月11日出生于美国康涅狄格州纽黑文市，即1701年建校的耶鲁大学所在地。吉布斯在家排行第四，有三个姐姐和一个妹妹。父亲是个语言学家，在耶鲁大学神学院当教授，祖父出任过哈佛大学代理校长。母亲出身书香门弟，其父是普林斯顿大学化学教授，祖父是数学和自然哲学教授，曾祖父为新泽西学院（普林斯顿大学前身）首任校长。
 Gibbs是美国著名的科学家，在物理学、化学和数学领域做出了重要的理论贡献。他在热力学应用方面的工作有利于将物理化学转变成严格的演绎科学。他与[[詹姆斯·克拉克·麦克斯韦尔 James Clerk Maxwell]]和[[路德维希·玻尔兹曼 Ludwig Boltzmann]]一起创立了'''统计力学 Statistical mechanics'''  (这是他创造的一个术语)，将热力学定律解释为由许多粒子组成的物理系统可能状态的集合的统计特性的结果。Gibbs还研究了麦克斯韦方程组在物理光学问题中的应用。作为一名数学家，他创立了'''现代向量微积分 Modern vector calculus'''，且并未与在同一时期进行类似工作的英国科学家奥利弗·哈维塞德 Oliver Heaviside 进行合作。
-年，耶鲁大学授予了吉布斯第一个美国工程学博士学位。在欧洲逗留了三年之后，Gibbs在耶鲁大学度过了他的余生。从1871年到去世，他一直是耶鲁大学的数学物理学教授，也是美国最早获得国际声誉的理论科学家，并被爱因斯坦誉为“美国历史上最伟大的思想家”。1901年，Gibbs获得了当时被认为是国际科学界最高荣誉的伦敦皇家学会的科普利奖章 The Copley Meda ，以表彰他对数学物理学的贡献。
+年，耶鲁大学授予了Gibbs第一个美国工程学博士学位。在欧洲逗留了三年之后，Gibbs在耶鲁大学度过了他的余生。从1871年到去世，他一直是耶鲁大学的数学物理学教授，也是美国最早获得国际声誉的理论科学家，并被爱因斯坦誉为“美国历史上最伟大的思想家”。1901年，Gibbs获得了当时被认为是国际科学界最高荣誉的伦敦皇家学会的科普利奖章 The Copley Meda ，以表彰他对数学物理学的贡献。
-评论家和传记作家曾评论道：在世纪之交的新英格兰，吉布斯平静而孤独的生活与他的思想在国际上产生的巨大影响形成了鲜明的对比。尽管他的工作几乎完全都是理论性的，但随着20世纪上半叶工业化学的发展，吉布斯工作的实用价值变得显而易见。罗伯特A.米利根 Robert A . Millikan 在《纯科学》一书中曾说道：吉布斯对统计力学和热力学的研究就像拉普拉斯对天体力学、麦克斯韦对电动力学的研究一样，即使得统计力学和热力学领域成为了一个接近完成的理论结构。
+评论家和传记作家曾评论道：在世纪之交的新英格兰，Gibbs平静而孤独的生活与他的思想在国际上产生的巨大影响形成了鲜明的对比。尽管他的工作几乎完全都是理论性的，但随着20世纪上半叶工业化学的发展，Gibbs工作的实用价值变得显而易见。罗伯特A.米利根 Robert A . Millikan 在《纯科学》一书中曾说道：Gibbs对统计力学和热力学的研究就像拉普拉斯对天体力学、麦克斯韦对电动力学的研究一样，即使得统计力学和热力学领域成为了一个接近完成的理论结构。
 ==个人经历==
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-Gibbs还对数理经济学  Mathematical economics. 产生了间接的影响。他曾审读1891年获得耶鲁首个经济学哲学博士学位的欧文·费雪 Irving Fisher, 的学位论文。在1892年出版的《价值和价格理论的数学研究》中，费雪借用Gibbs所提出的物理和化学系统的平衡理论，提出了市场的一般均衡理论，并使用了Gibbs的向量表述方法。Gibbs的门徒威尔逊也曾指导过美国著名经济学家，诺贝尔经济学奖获得者保罗·萨缪尔森 Paul Samuelson 。在1947年出版的《经济分析基础》一书中，他将Gibbs说的“数学是一种语言”作为该书的题词。他说他对于价格的理解的思想渊源并不是帕累托  Pareto 或是斯卢茨基 Slutsky ，而是伟大的热力学家，耶鲁大学的Gibbs。
+Gibbs还对数理经济学  Mathematical economics. 产生了间接的影响。他曾审读1891年获得耶鲁首个经济学哲学博士学位的欧文·费雪 Irving Fisher, 的学位论文。在1892年出版的《价值和价格理论的数学研究》中，费雪借用Gibbs所提出的物理和化学系统的平衡理论，提出了市场的一般均衡理论，并使用了Gibbs的向量表述方法。Gibbs的门徒Wilson也曾指导过美国著名经济学家，诺贝尔经济学奖获得者保罗·萨缪尔森 Paul Samuelson 。在1947年出版的《经济分析基础》一书中，他将Gibbs说的“数学是一种语言”作为该书的题词。他说他对于价格的理解的思想渊源并不是帕累托  Pareto 或是斯卢茨基 Slutsky ，而是伟大的热力学家，耶鲁大学的Gibbs。
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-Rukeyser所作的传记于1942年出版，受到了文学界的好评。科学界则对之毁誉参半。Gibbs的外甥，耶鲁大学物理化学教授，拉尔夫·范·内姆 Ralph Gibbs Van Name 就对她所作的传记感到不满，这多少是由于她缺乏相关的科学训练。他因此决定不让她阅读家族的信笺，并劝说Gibbs以前的学生撰写包含更多有关其科学工作的内容的传记。Gibbs的门徒埃德温·威尔逊也严厉批评鲁凯泽描述吉布斯一生的方式。在范·内姆和威尔逊的支持下，物理学家林德·惠勒  Lynde Wheeler 撰写了一本描述Gibbs的传记，并于1951年出版。
+Rukeyser所作的传记于1942年出版，受到了文学界的好评。科学界则对之毁誉参半。Gibbs的外甥，耶鲁大学物理化学教授，拉尔夫·范·内姆 Ralph Gibbs Van Name 就对她所作的传记感到不满，这多少是由于她缺乏相关的科学训练。他因此决定不让她阅读家族的信笺，并劝说Gibbs以前的学生撰写包含更多有关其科学工作的内容的传记。Gibbs的门徒Wilson也严厉批评鲁凯泽描述Gibbs一生的方式。在范·内姆和威尔逊的支持下，物理学家林德·惠勒  Lynde Wheeler 撰写了一本描述Gibbs的传记，并于1951年出版。
-《财富》杂志1946年的一期是以麦克斯韦所做的基于Gibbs工作的水的等温面作为封面，并配以封面故事“基础科学”。鲁凯泽称这个面为“水的雕塑”，而杂志称它是一位伟大的美国科学家的抽象创作，以当代艺术中的象征主义形式表现出来。这幅由阿瑟·利多夫创作的封面里还包含吉布斯相律的数学表达式、一个雷达屏幕、示波器中显示的波形、牛顿的苹果以及一个三维相图。
+《财富》杂志1946年的一期是以Maxwell所做的基于Gibbs工作的水的等温面作为封面，并配以封面故事“基础科学”。Rukeyser称这个面为“水的雕塑”，而杂志称它是一位伟大的美国科学家的抽象创作，以当代艺术中的象征主义形式表现出来。这幅由阿瑟·利多夫创作的封面里还包含吉布斯相律的数学表达式、一个雷达屏幕、示波器中显示的波形、牛顿的苹果以及一个三维相图。
-斯蒂芬妮·斯特里克兰 Thomas Pynchon 在她1997年出版的诗集《真北 True North》 中特别提到了Gibbs和Rukeyser所写的传记。托马斯·品钦  Thomas Pynchon 在他2006年的小说《抵抗白昼》中将Gibbs设定为其中一个人物的导师。他在这部小说中也用不少的篇幅描写了冰洲石发生的吉布斯曾经研究过的双折射现象。
+斯蒂芬妮·斯特里克兰 Thomas Pynchon 在她1997年出版的诗集《真北 True North》 中特别提到了Gibbs和Rukeyser所写的传记。托马斯·品钦 Thomas Pynchon 在他2006年的小说《抵抗白昼》中将Gibbs设定为其中一个人物的导师。他在这部小说中也用不少的篇幅描写了冰洲石发生的吉布斯曾经研究过的双折射现象。

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 ====[https://swarma.org/?p=18425 吉布斯——热力学大师与统计物理奠基人]====
 来自集智俱乐部的一篇微信公众号推文,本文介绍被爱因斯坦称之为“美国历史上最杰出的英才”的吉布斯的生平事迹。
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 ====[https://book.douban.com/subject/26920223/ 统计力学的基本原理]====
 该书是国际上第一本以“统计力学”命名的物理学名著。全书共15章，内容包括从Liouville定理开始的，用系综理论表示的统计力学中所有重要论题，是“统计力学”学科*重要的一本论著。在本书中，作者强调了广义系综的重要性，并发展了多种系综方法，提出了正则系综和巨正则系综的研究对象不局限于独立子系统，对于粒子之间具有相互作用的相依子系统也能处理。

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	陈关荣教授1981年获广州中山大学计算数学硕士学位，1987年获美国Taxas A&M 大学应用数学博士学位，其后在美国Rice和Houston大学任教。自2000年其，他接受香港城市大学讲座教授职位工作至今，在该校成立了"混沌与复杂网络"学术研究中心并任主任		陈关荣教授1981年获广州中山大学计算数学硕士学位，1987年获美国Taxas A&M 大学应用数学博士学位，其后在美国Rice和Houston大学任教。自2000年其，他接受香港城市大学讲座教授职位工作至今，在该校成立了"混沌与复杂网络"学术研究中心并任主任

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 :陈关荣教授基本信息如下：
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 陈关荣教授1981年获广州中山大学计算数学硕士学位，1987年获美国Taxas A&M 大学应用数学博士学位，其后在美国Rice和Houston大学任教。自2000年其，他接受香港城市大学讲座教授职位工作至今，在该校成立了"混沌与复杂网络"学术研究中心并任主任