知识拓展　热力学大师——吉布斯

爱因斯坦曾经说过一句话：“宇宙最大的奥秘，竟是它含有一些不变的法则，能让人类去了解它。”

“不知道你有没有想过这个问题？”吉布斯（Josiah Willard Gibbs，1839—1903）教授站在数学物理的教室里，向耶鲁大学的学生问道：“一杯热水与一杯冷水混合就会成为两杯温水，两杯温水就不会自己成为一杯热水、一杯冷水？为什么热量就必须依循这个‘固定方向'，由热水传到冷水呢？”；“我再问，一块木头被火烧了，就成为水、气体和热量，那为什么没有人能把气体加水、加热量又反应生成那块木头？我们所在的宇宙，是不是一直依着一个固定的方向，在进行各种物理的作用或化学的反应？也许大家说这是经验。那还无法满足我的问题。我相信这个背后有个原理，有个变因。”

吉布斯在黑板上写下“entropy”，说道“我想这个宇宙事物发生的方向，除了基本的能量（energy）、温度（temperature）、压力（pressure）、体积（volume）以外，还有这个乱度（entropy），是解释反应进行方向由低乱度往高乱度方向进行的必要因子。”

吉布斯找到了了解宇宙事物发生的方向不变的法则——吉布斯自由能（Gibbs Free Energy），这就是吉布斯——热力学大师，一个热力学史上里程碑式的人物，一个数学、物理学的天才。

美国物理化学家吉布斯，1839年2月11日生于美国康涅狄格州（Connecticut）的纽黑文（New Haven），这里是耶鲁大学的所在地，他家就在耶鲁大学旁边。

他的父亲是耶鲁大学古典文学系的教授，母亲更是来自著名的学者世家，几代的祖先都是大学校长。吉布斯从小经常生病，卧病在家的时间比在学校上课的时间多，他的整个童年到少年时期几乎没有朋友。生病使他个性退缩，也不会打球、社交，唯一的户外活动就是到附近的小山，一个人在清新的空气中慢慢地独行，这有助于他的肺部，也使他养成善于思考的好习惯。因为缺课的时间很长，他的父亲就教他拉丁文，母亲教他数学，成为他最好的老师与朋友。

1854～1858年，吉布斯在耶鲁学院学习。学习期间，因拉丁语和数学成绩优异曾数度获奖。1863年吉布斯获耶鲁学院哲学博士学位，并留校任助教。1866～1868年，他在法、德两国听了不少著名学者的演讲。1869年回国后继续任教。1870年后任耶鲁学院的数学物理教授。曾获得伦敦皇家学会的科普勒奖章。1903年4月28日在纽黑文逝世。

吉布斯在1873～1878年发表的三篇论文中，以严密的数学形式和严谨的逻辑推理，导出了数百个公式，特别是引进热力学式处理热力学问题，在此基础上建立了关于物相变化的相律，为化学热力学的发展做出了卓越的贡献。他曾把这三篇论文寄给世界各地147个物理、数学的科学家，请他们提供意见。几乎所有人都读不懂他的理论，也不知道吉布斯是何许人。

早在吉布斯的工作在本国受到重视之前，吉布斯在欧洲已经得到承认。那个时代的杰出理论家——电磁学大师麦克斯韦（Clark Maxwell），不知从哪里读到了吉布斯的一篇热力学论文，看出了它的意义，他深深地赞赏吉布斯的文章，并在自己的著作中反复地引证，他说：“这个人对于‘热'的解释，已经超过所有德国科学家的研究了。”这时大家才恍然大悟，回头从纸堆中找出这三篇文章，好好研读。奥斯特瓦尔德（Wilhelm Ostald）是这样称赞吉布斯的：“从内容到形式，他赋予物理化学整整一百年。”奥斯特瓦尔德同时在1892年将他的论文译成了德文。

1902年，吉布斯把玻尔兹曼和麦克斯韦所创立的统计理论推广和发展成为系统理论，从而创立了近代物理学的统计理论及其研究方法。吉布斯还发表了许多有关矢量分析的论文和著作，奠定了这个数学分支的基础。此外，他在天文学、光的电磁理论、傅里叶级数等方面也有一些著述。主要著作有《图解方法在流体热力学中的应用》《论多相物质的平衡》《统计力学的基本原理》等。

吉布斯怀着对数学、物理法则认知的热忱，用全部心力去探索数学、热力学的美，作为一名科学家，他的心灵宁静而恬淡，虽然不被同时代人承认，但他不躁不恼，依然笃志于科学事业的研究，因为他知道自己工作的重要。