Thực đơn
Josiah Willard Gibbs
Gibbs sinh ra ở New Haven, Connecticut. Ông thuộc một gia đình Yankee lâu đời đã sản sinh ra các giáo sĩ và học giả nổi tiếng của Mỹ kể từ thế kỷ 17. Ông là con thứ tư trong gia đình có 5 người con và là con trai duy nhất của ông Josiah Willard Gibbs Sr., và bà Mary Anna, nhũ danh Van Cleve. Về phía họ cha, ông là hậu duệ của Samuel Willard, người từng giữ chức chủ tịch Đại học Harvard từ năm 1701 đến năm 1707. Về phía họ mẹ ông, một trong những tổ tiên của ông là linh mục Jonathan Dickinson, chủ tịch đầu tiên của trường New Jersey College. (sau này là đại học Princeton). Tên đã đặt của Gibbs, giống như của cha ông và một số thành viên khác trong đại gia đình của họ, bắt nguồn từ tổ tiên của ông là Josiah Willard, người đã từng là bí thư của tỉnh Vịnh Massachusetts vào thế kỷ 18.[5] Bà nội của ông, Mercy (Prescott) Gibbs, là em gái của Rebecca Minot Prescott Sherman, vợ của một trong những người lập quốc Hoa Kỳ Roger Sherman; ông cũng là anh họ thứ hai của Roger Sherman Baldwin, xem về thuyền buồm Amistad bên dưới.
Người lớn tuổi trong họ Gibbs thường được gia đình và đồng nghiệp gọi là "Josiah", trong khi cậu con trai được gọi là "Willard".[6] Bố của ông, Josiah Gibbs là một nhà ngôn ngữ học và thần học, người từng là giáo sư thánh văn tại trường Thần học Yale từ năm 1824 cho đến khi ông qua đời năm 1861. Ngày nay ông được nhớ đến nhiều nhất với tư cách là người theo chủ nghĩa bãi nô. Ông đã tìm một phiên dịch viên cho các hành khách châu Phi trên thuyền buồm Amistad, cho phép họ biện hộ trong phiên tòa xét xử những người này khi họ nổi dậy chống lại việc bị bán làm nô lệ.[7]
Roger Sherman Baldwin cũng là cụ nội của nhà toán học Hassler Whitney, một trong những người sáng lập lý thuyết điểm kỳ dị, và có những nghiên cứu nền tảng về đa tạp, các khái niệm phép nhúng, phép dìm, lớp đặc trưng và lý thuyết tích phân hình học.
Willard Gibbs học phổ thông tại trường Hopkins và vào trường Yale College năm 1854 ở tuổi 15. Tại Yale, Gibbs đạt được giải thưởng xuất sắc về toán học và tiếng Latinh, và anh tốt nghiệp năm 1858 với thứ hạng gần đứng đầu lớp.[8] Anh vẫn ở Yale với tư cách là một nghiên cứu sinh tại phân viện Khoa học Sheffield. Ở tuổi 19, ngay sau khi tốt nghiệp đại học, Gibbs được nhận vào Học viện Khoa học và Nghệ thuật Connecticut, một tổ chức học thuật chủ yếu gồm các thành viên của trường Yale.[9]
Có tương đối ít tài liệu từ thời kỳ này còn tồn tại và rất khó để tái tạo lại các chi tiết về sự nghiệp ban đầu của Gibbs một cách chính xác.[10] Theo ý kiến của các nhà viết tiểu sử, người cố vấn chính và ảnh hưởng tới Gibbs, cả ở Yale và ở học viện Connecticut, có lẽ là nhà thiên văn học và toán học Hubert Anson Newton, chuyên gia nghiên cứu hàng đầu về thiên thạch. Sau này ông vẫn là người bạn và người bạn tâm giao suốt đời của Gibbs.[9][10] Sau khi cha ông qua đời vào năm 1861, Gibbs được thừa kế số tiền đủ để ông độc lập về tài chính.[11]
Bệnh phổi tái phát khiến người thanh niên Gibbs và các bác sĩ của anh lo ngại rằng anh có thể dễ mắc bệnh lao, căn bệnh đã làm mẹ anh tử vong. Anh cũng mắc chứng loạn thị, mà cách điều trị khi ấy vẫn còn xa lạ với các nhà nhãn khoa, vì vậy Gibbs phải tự chẩn đoán và mài mắt kính cho chính anh.[12][13] Mặc dù trong những năm sau đó, ông chỉ sử dụng kính để đọc sách hoặc cho các việc nhìn gần,[12] sức khỏe yếu và thị lực không tốt của Gibbs có lẽ giải thích lý do tại sao ông không tình nguyện chiến đấu trong nội chiến 1861–65.[14] Ông không phải nhập ngũ và ở lại Yale trong suốt thời gian của chiến tranh.[15]
Gibbs trong thời gian làm giảng viên tại Yale[16]Năm 1863, Gibbs nhận bằng tiến sỹ (Ph.D.) về kỹ thuật đầu tiên được cấp ở Hoa Kỳ, cho luận án có tên "On the Form of the Teeth of Wheels in Spur Gearing", trong đó ông sử dụng các kỹ thuật hình học để khảo sát thiết kế tối ưu cho bánh răng.[8][17][18] Năm 1861, Yale trở thành trường đại học đầu tiên của Hoa Kỳ cấp bằng tiến sĩ[19] và Gibbs là tiến sĩ thứ năm được cấp bằng ở Mỹ trong các lĩnh vực khác nhau.[17]
Sau khi tốt nghiệp, Gibbs được bổ nhiệm làm trợ giảng tại trường cao đẳng trong thời hạn ba năm. Trong hai năm đầu, ông dạy tiếng Latinh và trong năm thứ ba, ông dạy "triết học tự nhiên" (tức là vật lý).[5] Năm 1866, ông được cấp bằng sáng chế cho một thiết kế về phanh cho tàu đường sắt[20] và đọc một bài báo trước Học viện Connecticut, có tựa đề "Tầm quan trọng thích hợp của các đơn vị độ dài", trong đó ông đề xuất một kế hoạch hợp lý hóa hệ thống các đơn vị đo lường được sử dụng. trong cơ học.[21]
Sau khi kết thúc nhiệm vụ trợ giảng, Gibbs đã đến châu Âu cùng với các chị gái của mình. Họ trải qua mùa đông 1866–67 ở Paris, nơi Gibbs tham dự các bài giảng tại Sorbonne và Collège de France, được thuyết giảng bởi các nhà khoa học toán học nổi tiếng như Joseph Liouville và Michel Chasles.[22] Sau khi thực hiện một chế độ học tập nghiêm khắc với bản thân, Gibbs bị cảm lạnh nghiêm trọng và một bác sĩ, với lo sợ bệnh lao, đã khuyên anh nên nghỉ ngơi ở Côte d’Azur, nơi anh và các chị gái của mình đã ở lại vài tháng và anh hồi phục hoàn toàn.[23]
Chuyển đến Berlin, Gibbs tham dự các bài giảng toán học của Karl Weierstrass và Leopold Kronecker, cũng như của nhà hóa học Heinrich Gustav Magnus.[24] Tháng 8 năm 1867, em gái của Gibbs là Julia kết hôn với tại Berlin Addison Van Name, người bạn cùng lớp với Gibbs ở Yale. Cặp đôi mới cưới trở lại New Haven, còn Gibbs và chị anh Anna ở lại Đức.[25] Ở đại học Heidelberg, Gibbs được tiếp cận các công trình nghiên cứu của các nhà vật lý Gustav Kirchhoff và Hermann von Helmholtz, và nhà hóa học Robert Bunsen. Ở thời điểm ấy, giới hàn lâm Đức đang dẫn đầu thế giới về khoa học tự nhiên, đặc biệt là hóa học và nhiệt động lực học.[26]
Gibbs trở lại Yale vào tháng 6 năm 1869 và dạy tiếng Pháp trong một thời gian ngắn cho các sinh viên kỹ thuật.[27] Có lẽ trong khoảng thời gian này ông đã nghiên cứu về thiết kế mới cho bộ điều tốc của động cơ hơi nước, khảo cứu quan trọng cuối cùng của ông cho ngành kỹ thuật cơ khí.[28][29] Năm 1871, ông được bổ nhiệm làm giáo sư toán lý tại Yale, và là chức danh giáo sư đầu tiên ở Hoa Kỳ. Gibbs, người có khả năng độc lập tài chính và vẫn chưa công bố một nghiên cứu nào, được chỉ định chỉ dạy các sinh viên và được thuê mà không có lương.[30]
Gibbs công bố công trình nghiên cứu đầu tiên của mình vào năm 1873.[8] Các bài báo của ông về biểu diễn hình học của các đại lượng nhiệt động lực học đăng trong Transactions of the Connecticut Academy. Những bài báo này đã giới thiệu việc sử dụng các biểu đồ pha loại khác nhau, là những công cụ hỗ trợ yêu thích của ông cho quá trình tưởng tượng khi thực hiện nghiên cứu, thay vì các mô hình cơ học, chẳng hạn như các mô hình Maxwell đã sử dụng để xây dựng lý thuyết điện từ của mình, mà có thể không đại diện hoàn toàn cho hiện tượng nghiên cứu tương ứng.[31] Mặc dù tạp chí có ít độc giả có khả năng hiểu bài báo của Gibbs, nhưng ông đã chia sẻ các bản in với các nhà vật lý ở châu Âu và nhận được sự hưởng ứng nhiệt tình từ James Clerk Maxwell tại Cambridge. Maxwell thậm chí còn tự tay làm ra một mô hình đất sét minh họa cấu trúc của Gibbs. Sau đó, mô hình được ông làm ra hai mẫu bằng thạch cao và gửi chuyển một mẫu đến Gibbs. Mẫu đó được trưng bày tại khoa vật lý Yale cho đến ngày nay.[32][33]
Maxwell đã bao gồm một chương về công trình của Gibbs trong ấn bản tiếp theo của Lý thuyết về nhiệt của ông, xuất bản năm 1875. Ông giải thích tính hữu ích của các phương pháp đồ họa của Gibbs trong một bài giảng cho Hiệp hội Hóa học London và thậm chí còn đề cập đến nó trong bài báo trên "Diagrams" mà anh ấy đã viết cho Encyclopædia Britannica.[34][35] Triển vọng hợp tác giữa ông và Gibbs đã nhanh chóng bị chấm dứt bởi sự qua đời của Maxwell vào năm 1879, ở tuổi 48. Đã có một câu chuyện đùa sau đó được lưu truyền ở New Haven rằng "chỉ có một người đàn ông hiện tại có thể hiểu được các bài báo của Gibbs. Đó là Maxwell, và bây giờ ông ấy đã qua đời."[36]
Sau đó, Gibbs đã mở rộng phân tích nhiệt động lực học của ông sang các hệ thống hóa học nhiều pha (tức là đến các hệ thống bao gồm nhiều hơn một dạng vật chất) và xem xét một loạt các ứng dụng cụ thể. Ông đã mô tả nghiên cứu đó trong một chuyên khảo có tiêu đề "Về sự cân bằng của các chất không đồng nhất" (On the Equilibrium of Heterogeneous Substances), được xuất bản bởi Học viện Connecticut thành hai phần xuất bản lần lượt vào năm 1875 và 1878. Công trình này, bao gồm khoảng ba trăm trang và chứa chính xác bảy trăm phương trình toán học được đánh số,[37] bắt đầu bằng một trích dẫn của Rudolf Clausius diễn tả điều mà sau này được gọi là định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động lực học: "Năng lượng của thế giới là không đổi. Entropy của thế giới có xu hướng đạt cực đại. "[38]
Chuyên khảo của Gibbs đã áp dụng một cách chặt chẽ và khéo léo các kỹ thuật nhiệt động lực học của ông vào việc giải thích các hiện tượng vật lý - hóa học, giải thích và liên hệ những gì trước đây là một khối các sự kiện và quan sát riêng rẽ với nhau.[39] Công trình của ông được coi như là "Principia của nhiệt động lực học" và là một công trình có "phạm vi áp dụng thực tế không giới hạn".[37] Nó đã đặt nền tảng vững chắc cho ngành hóa lý.[40] Wilhelm Ostwald, người đã dịch chuyên khảo của Gibbs sang tiếng Đức, gọi Gibbs là "người sáng lập ra bộ môn năng lượng hóa học".[41] Theo các nhà bình luận hiện đại,
Người ta công nhận rộng rãi rằng việc xuất bản nó là một sự kiện có tầm quan trọng đầu tiên trong lịch sử hóa học ... Tuy nhiên, phải mất vài năm trước khi giá trị của nó được đại đa số biết đến, sự chậm trễ này phần lớn là do dạng thức toán học và các quá trình suy luận chặt chẽ của chuyên khảo gây khó khăn cho việc đọc đối với bất kỳ ai, và đặc biệt là đối với sinh viên ngành hóa thực nghiệm, những người mà họ quan tâm đến nội dung nhất.
— J. J. O'Connor và E. F. Robertson, 1997[8]
Gibbs tiếp tục làm việc không nhận thù lao cho đến năm 1880, khi đại học Johns Hopkins mới thành lập ở Baltimore, Maryland đề nghị cho ông một vị trí với mức lương 3.000 đô la mỗi năm. Đáp lại, trường Yale đề nghị mức lương hàng năm là 2.000 đô la, mà ông đã hài lòng chấp nhận.[42]
Từ năm 1880 đến năm 1884, Gibbs đã nghiên cứu phát triển dựa trên đại số ngoài của Hermann Grassmann thành phép tính vectơ phù hợp với nhu cầu của các nhà vật lý. Với đối tượng này, Gibbs đã phân biệt giữa tích vô hướng và tích chéo của hai vectơ và đưa ra khái niệm về dyadic. Nghiên cứu tương tự đã được thực hiện độc lập, đồng thời bởi nhà vật lý toán học và kỹ sư người Anh Oliver Heaviside. Gibbs đã tìm cách thuyết phục các nhà vật lý khác về sự tiện lợi của phương pháp vectơ so với phép tính quaternion của William Rowan Hamilton, khi phép tính này đã được các nhà khoa học Anh sử dụng rộng rãi. Điều này đã dẫn ông đến một cuộc tranh luận với Peter Guthrie Tait và những người khác trên tạp chí Nature vào đầu những năm 1890.[5]
Các ghi chú bài giảng của Gibbs về phép tính vectơ đã được in riêng vào năm 1881 và 1884 để học sinh của ông sử dụng, và sau đó được Edwin Bidwell Wilson chuyển thể thành sách giáo khoa, Vector Analysis, xuất bản năm 1901.[5] Cuốn sách đó đã giúp phổ biến ký hiệu "del" được sử dụng rộng rãi ngày nay trong điện động lực học và cơ học chất lỏng. Trong một công trình toán học khác, ông đã phát hiện lại "hiện tượng Gibbs" trong lý thuyết về chuỗi Fourier (điều mà ông và các học giả sau này không biết, đã được một nhà toán học người Anh ít tên tuổi, Henry Wilbraham, mô tả 50 năm trước).[44]
Hàm tích phân sine, cung cấp biên độ dao động của hiện tượng Gibbs cho chuỗi Fourier của hàm bước đơn vị trên đường thẳng thực.Từ năm 1882 đến năm 1889, Gibbs đã viết năm bài báo về quang học vật lý, trong đó ông nghiên cứu hiện tượng lưỡng chiết và các hiện tượng quang học khác và bảo vệ lý thuyết điện từ về ánh sáng của Maxwell chống lại các lý thuyết cơ học của Huân tước Kelvin và những người khác.[5] Trong công trình nghiên cứu về quang học, cũng như trong công trình nghiên cứu về nhiệt động lực học,[45] Gibbs cố tránh suy đoán về cấu trúc vi mô của vật chất và cố ý giới hạn các vấn đề nghiên cứu của mình vào những vấn đề có thể giải quyết được từ các nguyên lý chung tổng quát và các sự kiện đã được thực nghiệm xác nhận. Các phương pháp mà ông sử dụng rất độc đáo và kết quả thu được cho thấy tính đúng đắn của lý thuyết điện từ của Maxwell.[46]
Gibbs đã đặt ra thuật ngữ cơ học thống kê và đưa ra các khái niệm chính trong mô tả toán học tương ứng của các hệ thống vật lý, bao gồm các khái niệm về thế hóa học (1876),[27] và tổ hợp thống kê (statistical ensemble)(1902).[47] Suy luận của Gibbs về các định luật nhiệt động lực học từ các đặc tính thống kê của hệ thống bao gồm nhiều hạt đã được trình bày trong cuốn sách có ảnh hưởng lớn của ông Những nguyên lý cơ bản trong Cơ học thống kê (Elementary Principles in Statistical Mechanics), xuất bản năm 1902, một năm trước khi ông qua đời.[45]
Tính cách lui về và sự tập trung cao độ vào công việc của Gibbs đã hạn chế khả năng tiếp cận của các sinh viên với ông. Nghiên cứu sinh chính của ông là Edwin Bidwell Wilson, người dù sao cũng giải thích rằng "ngoại trừ trong lớp học, tôi gặp Gibbs rất ít. Ông ấy có một thói quen, vào cuối buổi chiều, đi dạo trên những con phố nằm giữa phòng nghiên cứu của ông ở Phòng thí nghiệm Sloane cũ và nhà của ông — một quãng tập thể dục nhỏ giữa giờ làm việc và bữa tối — và thỉnh thoảng người ta có thể bắt gặp ông ấy vào lúc đó."[48] Gibbs đã giám sát luận án tiến sĩ về toán kinh tế toán do Irving Fisher viết năm 1891.[49] Sau khi Gibbs qua đời, Fisher đã tài trợ cho việc xuất bản Toàn tập các công trình (Collected Works) của ông.[50] Một sinh viên ưu tú khác là Lee De Forest, sau này là nhà tiên phong của công nghệ vô tuyến.[51]
Gibbs qua đời ở New Haven vào ngày 28 tháng 4 năm 1903, ở tuổi 64, do chứng tắc ruột cấp tính.[48] Buổi tang lễ được tổ chức hai ngày sau tại nhà riêng của ông số 121 High Street,[52] và thi hài được chôn cất ở nghĩa trang đường Grove gần đó. Đến tháng 5, trường Yale đã tổ chức một buổi tưởng niệm tại phòng thí nghiệm Sloane. Nhà vật lý nổi tiếng người Anh J. J. Thomson đã tham dự và có một bài phát biểu ngắn.[53]
Gibbs không bao giờ kết hôn, ông sống cả đời trong ngôi nhà thời thơ ấu của mình với em gái Julia và chồng cô là Addison Van Name, thủ thư Yale. Ngoại trừ những kỳ nghỉ hè theo thông lệ của ông ở núi Adirondacks (tại Thung lũng Keene, New York) và sau đó là ở White Mountains (ở Intervale, New Hampshire),[55] chuyến lưu trú của ông ở châu Âu vào năm 1866–69 gần như là thời gian duy nhất mà Gibbs dành ở bên ngoài New Haven.[5] Ông gia nhập Nhà thờ Đại học Yale (một nhà thờ thuộc Giáo đoàn) vào cuối năm thứ nhất đại học[55][56] và vẫn thường xuyên tham dự lễ nhà thờ trong suốt phần đời còn lại của mình.[57] Gibbs thường bỏ phiếu cho ứng cử viên Đảng Cộng hòa trong các cuộc bầu cử tổng thống nhưng, giống như các "Mugwump" khác, mối quan tâm của ông về nạn tham nhũng ngày càng tăng liên quan đến bộ máy chính trị khiến ông ủng hộ Grover Cleveland, một đảng viên Đảng Dân chủ bảo thủ, trong cuộc bầu cử năm 1884.[58] Người ta biết rất ít về quan điểm tôn giáo hoặc chính trị của ông do ông chủ yếu giữ kín.[57]
Gibbs đã không có nhiều thư từ cá nhân đáng kể và nhiều bức thư của ông sau đó đã bị thất lạc hoặc bị hỏng.[59] Ngoài các bài viết kỹ thuật liên quan đến nghiên cứu của mình, ông chỉ xuất bản hai tác phẩm khác: một cáo phó ngắn gọn viết về Rudolf Clausius, một trong những người sáng lập ra lý thuyết toán học của nhiệt động lực học, và một cuốn hồi ký tiểu sử dài hơn về người thầy của ông tại Yale, H. A. Newton.[60] Theo quan điểm của Edward Bidwell Wilson,
Gibbs không quảng cáo cho danh tiếng cá nhân cũng không phải là một nhà tuyên truyền cho khoa học; ông là một học giả, con cháu của một gia đình khoa bảng cũ, sống trước những ngày mà nghiên cứu đã trở thành nghề chuyên nghiệp... Gibbs không phải là một người lập dị, ông không khoa trương, ông là một nhà khoa học đáng tôn quý.
— E. B. Wilson, 1931[48]
Theo Lynde Wheeler, sinh viên của Gibbs tại Yale, trong những năm về sau của Gibbs
lúc nào cũng ăn mặc chỉnh tề, thường đội mũ phớt ra đường, và không bao giờ thể hiện bất kỳ tác phong ngoại hình hay tính cách lập dị nào mà đôi khi được cho là không thể tách rời với bản chất thiên tài... Phong thái của ông ấy thân thiện mà không phô trương và thể hiện rõ ràng sự giản dị và chân thành bẩm sinh trong tính cách của ông.
— Lynde Wheeler, 1951[54]
Ông là một nhà đầu tư và nhà quản lý tài chính cẩn thận, và khi ông qua đời vào năm 1903, tài sản của ông trị giá 100.000 đô la[55] (khoảng 2,85 triệu đô la ngày nay[61]). Trong nhiều năm, ông từng là người được ủy thác, thư ký và thủ quỹ của trường ông từng học, trường Hopkins.[62] Tổng thống Hoa Kỳ Chester A. Arthur đã bổ nhiệm ông làm một trong những ủy viên của Hội nghị Quốc gia của các kỹ sư điện, được triệu tập tại Philadelphia vào tháng 9 năm 1884, và Gibbs chủ trì một trong các phiên họp của nó.[55] Là một kỵ mã sắc sảo và điêu luyện,[63] Gibbs thường được nhìn thấy ở New Haven khi lái xe ngựa chở em gái mình.[64] Trong một cáo phó đăng trên American Journal of Science, học sinh cũ của Gibbs là Henry A. Bumstead đã đề cập đến tính cách cá nhân của Gibbs:
Một thái độ khiêm tốn, đoan trang và tử tế trong mối quan hệ với đồng nghiệp, không bao giờ tỏ ra thiếu kiên nhẫn hay bực bội, không có tham vọng cá nhân thuộc loại tầm thường hay mong muốn tôn vinh bản thân một chút, ông ấy đã đi xa đến việc hiện thực hóa lý tưởng sống không vị kỷ, của một quý ông theo đạo thiên chúa. Trong tâm trí của những người biết ông, sự vĩ đại của những thành tựu trí tuệ của ông sẽ không bao giờ làm lu mờ vẻ đẹp và phẩm giá của cuộc đời ông.
— H. A. Bumstead, 1903[5]
Thực đơn
Josiah Willard GibbsLiên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Josiah Willard Gibbs