јмериканський ф≥зик-теоретик один ≥з творц≥в термодинам≥ки та статистичноњ механ≥ки. –озробив теор≥ю термодинам≥чних потенц≥ал≥в, в≥дкрив загальну умову р≥вноваги гетерогенних систем. ”в≥в пон¤тт¤ адсорбц≥њ.
«агадка √≥ббса пол¤гаЇ не в т≥м, чи був в≥н неправильно зрозум≥лим чи неоц≥неним ген≥Їм. «агадка √≥ббса складаЇтьс¤ в ≥ншому: ¤к трапилос¤, що прагматична јмерика в роки царюванн¤ практицизму народила великого теоретика? ƒо нього в јмериц≥ не було н≥ одного теоретика. ¬т≥м, ¤к майже не було теоретик≥в ≥ п≥сл¤. ѕереважна б≥льш≥сть американських учених - експериментатори. ƒжоз≥¤ ”≥ллард √≥ббс народивс¤ 11 лютого 1839 року в Ќью-’ейвен≥, штат оннектикут, у родин≥ професора …Їльского ун≥верситету. ѕрот¤гом шести покол≥нь його родина славилас¤ в Ќов≥й јнгл≥њ своЇю вчен≥стю. ќдин з його предк≥в був президентом √арвардського ун≥верситету, ≥нший - секретарем ћассачусетськоњ колон≥њ ≥ першим президентом ѕринстонського ун≥верситету. Ѕатько √≥ббса вважавс¤ видатним теологом. оли √≥ббсу було дес¤ть рок≥в, в≥н почав учитис¤ в невелик≥й приватн≥й школ≥ в Ќью-’ейвен≥, що була розташована в т≥м же квартал≥, що ≥ його будинок. ¬≥н р≥с тихим, сором'¤зливим хлопчиком, завжди пр¤мував за ≥ншими, н≥коли не був ватажком, але ≥ н≥коли не залишавс¤ осторонь. ” 1854 роц≥ юнак вступив до …Їльского ун≥верситету, а в 1858 роц≥ √≥ббс одержав диплом бакалавра. ¬ т≥ роки в Ўефф≥лд≥ створювалас¤ наукова школа. ” 1847 роц≥ при н≥й була в≥дкрита асп≥рантура. јле т≥льки в 1861 роц≥ ц¤ школа одержала право присуджувати ступ≥нь доктора ф≥зики. √≥ббсу згодом призначено було стати найб≥льшим американським теоретиком науки, але його навчанн¤ ≥шло по л≥н≥њ американського практицизму. ” 1863 роц≥ в≥н перший в јмериц≥ одержав ступ≥нь доктора ф≥зики за роботу з ≥нженерноњ механ≥ки. ƒисертац≥¤ називалас¤ "ѕро форму зубц≥в у зубцюватому зчепленн≥". ¬≥н в≥дразу одержав м≥сце викладача в коледж≥ на три роки. Ѕатько √≥ббса помер у 1861 роц≥, залишивши д≥т¤м 23500 долар≥в. “аким чином, √≥ббс м≥г жити на невеликий доход. ¬икладаючи, √≥ббс не переставав займатис¤ своЇю улюбленою справою - механ≥кою. ¬≥н написав к≥лька роб≥т про паров≥ турб≥ни ≥ винайшов зал≥зничн≥ гальма, що працюють п≥д д≥Їю сили ≥нерц≥њ пот¤гу. оли зак≥нчивс¤ терм≥н його викладанн¤ в 1866 роц≥, √≥ббс разом ≥з двома сестрами в≥дправивс¤ за кордон. ÷е був поворотний момент у його кар'Їр≥. ” ™вроп≥ в≥н одержав поглиблену осв≥ту, що стало м≥цним фундаментом дл¤ самоњ головноњ роботи в його житт≥. —початку в≥н займавс¤ в —орбонн≥ та олеж де ‘ранс. ѕо ш≥стнадц¤ть годин на тиждень √≥ббс слухав лекц≥њ ≥ займавс¤ в таких ф≥зик≥в ≥ математик≥в, ¤к ƒюамель ≥ Ћюв≥лль. “ут √≥ббс уперше прочитав роботи Ћапласа, ѕуассона, Ћагранжа та ош≥. Ќа наступний р≥к в≥н в≥дправивс¤ в Ѕерл≥н, де вчивс¤ в ундта ≥ ¬ейерштрасса. ѕров≥вши р≥к у Ѕерл≥н≥, в≥н перењхав у √ейдельберг, де читали лекц≥њ так≥ видатн≥ вчен≥, ¤к ≥рхгоф, антор, Ѕунзен ≥ √ельмгольц, в≥д ¤ких в≥н дов≥давс¤ ще б≥льше про теоретичну ф≥зику. ѕовернувшись до јмерики в 1869 роц≥, в≥н оселивс¤ в будинку батька в Ќью-’ейвен≥ разом ≥з сестрою, що п≥д час закордонноњ поњздки вийшла зам≥ж. 13 липн¤ 1871 року у в≥домост¤х …Їльского ун≥верситету було надруковане пов≥домленн¤ про те, що "м≥стер ƒжоз≥¤ ”иллард √≥ббс призначений професором математики ≥ ф≥зики, без платн≥, на факультет ф≥лософ≥њ й образотворчих мистецтв". ÷¤ кафедра була першою в јмериц≥. “≥льки тому, що навколишн≥ добре знали можливост≥ √≥ббса ≥ в≥рили в його велике майбутнЇ, …Їльский ун≥верситет вважав можливим призначити його на цю посаду. —тавши професором, в≥н читав механ≥ку, хвильову оптику, векторний анал≥з, теор≥ю електрики ≥ магнетизму. ” 1873 роц≥ з'¤вилис¤ його перш≥ термодинам≥чн≥ роботи "√раф≥чн≥ методи в термодинам≥ц≥ р≥дин" ≥ "ћетод геометричного представленн¤ термодинам≥чних властивостей речовин за допомогою поверхонь". ” великому досл≥дженн≥ "ѕро р≥вновагу гетерогенних систем", що друкувалас¤ у 1875-1878 роках, √≥ббс розвинув ≥ широко застосував своЇ вченн¤. ≤сак Ќьютон у св≥й час розширив пон¤тт¤ про р≥вновагу, включивши в нього рух. …ого в≥дкритт¤ зробило одну з найб≥льших в ≥стор≥њ ≥нтелектуальних революц≥й. –обота √≥ббса маЇ не менше значенн¤. ¬≥н розширив пон¤тт¤ про р≥вновагу, включивши в нього зм≥ну стану матер≥њ. Ћ≥д стаЇ водою, вода перетворюЇтьс¤ в пару, пара перетворюЇтьс¤ в кисень ≥ водень. ¬одень, з'Їднуючись з азотом, перетворюЇтьс¤ в ам≥ак. Ѕудь-¤кий процес у природ≥ Ї процес зм≥ни; закони под≥бних зм≥н були в≥дкрит≥ √≥ббсом. “ак само ¤к Ќьютон в≥дкрив закони механ≥ки, √≥ббс створив закони ф≥зичноњ х≥м≥њ, що стала основною х≥м≥чною наукою. √≥ббсу було потр≥бно знайти одиницю вим≥ру стану речовини, ¤ка б показувала, чи п≥ддастьс¤ ц¤ речовина ¤кому-небудь перетворенню чи залишитьс¤ такою ¤к ≥ була. лючем дл¤ в≥дкритт¤ √≥ббса стала швидк≥сть частки, що пропорц≥йна њњ енерг≥њ. Ќаука, ¤ка вивчаЇ теплову енерг≥ю, називаЇтьс¤ термодинам≥кою. √≥ббс писав: "«акони термодинам≥ки... виражають... поводженн¤ систем, що складаютьс¤ з великоњ к≥лькост≥ часток". ¬ода, що нагр≥ваЇтьс¤ при пост≥йному об'Їм≥, втрачаЇ визначену к≥льк≥сть теплоти, що њде у внутр≥шню структуру молекули. –≥дкий ам≥ак при так≥й же трансформац≥њ, перетворюючись на газопод≥бний ам≥ак, також утрачаЇ ¤кусь к≥льк≥сть теплоти. ÷е властив≥сть внутр≥шнього поглинанн¤ теплоти одержало назву ентроп≥њ. ≥льк≥сна зм≥на ентроп≥њ в кожн≥й реакц≥њ маЇ величезне значенн¤. «м≥на ентроп≥њ, що в≥дбуваЇтьс¤ при кип'¤т≥нн≥ р≥дин у пост≥йному об'Їм≥, дор≥внюЇ теплот≥ випару, под≥леноњ на температуру кип≥нн¤. «м≥ну ентроп≥њ в кожн≥й реакц≥њ можна дов≥датис¤ простою арифметичною д≥Їю: к≥льк≥сть калор≥й, необх≥дних дл¤ прот≥канн¤ реакц≥њ, под≥л¤Їтьс¤ на температуру в градусах, при ¤к≥й в≥дбуваЇтьс¤ реакц≥¤. √≥ббс ув≥в слово "ентроп≥¤" ¤к терм≥н у термодинам≥ку. ” цих двох прикладах лише один компонент≥в (вода в першому випадку й ам≥ак в ≥ншому) зм≥нив фазу, перейшовши з р≥дини в газ. √≥ббс розширив це пон¤тт¤, включивши в нього к≥лька компонент≥в, так, що можна було розгл¤дати сум≥ш≥ р≥дин ≥ сум≥ш≥ твердих речовин. оли ж в≥н ще дал≥ розширив границ≥ своЇњ теор≥њ, охопивши нею компоненти, що з'Їднуютьс¤ один з одним, в≥н, нарешт≥, в≥дкрив р≥вн¤нн¤, що описуЇ х≥м≥чн≥ реакц≥њ та њх р≥вновагу. ƒл¤ таких систем √≥ббс визначив нов≥ величини, зв'¤зан≥ з ентроп≥Їю, що дозволили йому передбачати заздалег≥дь, в≥дбудетьс¤ чи не в≥дбудетьс¤ х≥м≥чна реакц≥¤ чи ф≥зичне перетворенн¤, ≥, ¤кщо в≥дбудетьс¤, то доки реакц≥¤ буде продовжуватис¤. ¬≥н назвав ц≥ величини х≥м≥чними потенц≥алами. “ак само ¤к ентроп≥¤, х≥м≥чн≥ потенц≥али Ї ф≥зичною властив≥стю речовини. –езультатом цих досл≥джень з'¤вилос¤ знамените правило фази √≥ббса. ¬≥н виклав його усього на чотирьох стор≥нках, не прив≥вши ¤кого-небудь конкретного приклада. ѕрот¤гом наступних п'¤тдес¤тьох рок≥в учен≥ написали безл≥ч книг й монограф≥й, присв¤чених правилу фази √≥ббса, описуючи його стосовно до м≥нералог≥њ, петрограф≥њ, ф≥з≥олог≥њ, металург≥њ ≥ вс≥м ≥ншим област¤м науки. ѕравило встановлювало умови, ¤кий необх≥дно дотримуватись дл¤ того, щоб визначен≥ з'Їднанн¤ знаходилис¤ в стан≥ р≥вноваги в р≥зних фазах: у р≥дкому, твердому ≥ газопод≥бному станах. Ќезабаром воно було визнано найб≥льш важливим л≥н≥йним р≥вн¤нн¤м в ≥стор≥њ науки. ѕрот¤гом п'¤тдес¤тьох рок≥в п≥сл¤ в≥дкритт¤ √≥ббса х≥м≥¤ проникнула в ус≥ головн≥ галуз≥ св≥товоњ ≥ндустр≥њ. «авд¤ки результатам роб≥т √≥ббса виплавка стали зробилас¤ х≥м≥чним процесом, так само ¤к ≥ вип≥чка хл≥ба, виготовленн¤ цементу, видобуток сол≥, виробництво р≥дкого палива, паперу, вольфрамовоњ нитки дл¤ електричних лампочок, од¤гу ≥ сотн≥ тис¤ч ≥нших предмет≥в. ѕрац≥ √≥ббса були використан≥ також дл¤ по¤сненн¤ д≥њ вулкан≥в, ф≥з≥олог≥чних процес≥в, що в≥дбуваютьс¤ в кров≥, електрол≥тичноњ д≥њ акумул¤тор≥в ≥ дл¤ виробництва х≥м≥чних добрив. ѕрот¤гом п'¤тдес¤тьох рок≥в п≥сл¤ смерт≥ √≥ббса чотири рази Ќобел≥вська прем≥¤ присуджувалас¤ роботам, заснованим на його прац¤х. Ќезабаром п≥сл¤ зак≥нченн¤ свого класичного досл≥дженн¤ навесн≥ 1879 року √≥ббс був обраний членом Ќац≥ональноњ академ≥њ —Ўј, у 1880 роц≥ - членом јмериканськоњ академ≥њ наук ≥ мистецтв у Ѕостон≥. Ќаукова слава √≥ббса швидко зростала п≥сл¤ опубл≥куванн¤ його термодинам≥чних роб≥т. ¬≥н обираЇтьс¤ членом багатьох закордонних академ≥й ≥ наукових товариств, одержуЇ науков≥ нагороди. р≥м термодинам≥ки, √≥ббс зробив дуже ц≥нний внесок у векторну алгебру. ” природ≥ ≥снуЇ багато величин, ¤к≥ необх≥дно характеризувати не т≥льки к≥льк≥сно, але ≥ за напр¤мом. ¬екторна алгебра √≥ббса спростила роботу з простором. ”загальнений √≥ббсовский вектор став згодом могутн≥м знар¤дд¤м науки, що народилас¤, коли √≥ббс був вже в похилому в≥ц≥, ≥ так вона й залишилас¤ дл¤ нього нев≥домою - теор≥њ в≥дносност≥. ” своњх перших досл≥дженн¤х р≥вноваги √≥ббс виходив ≥з припущенн¤, що матер≥¤ Ї суц≥льною масою. ѕ≥зн≥ше в≥н усв≥домив, що матер≥¤ складаЇтьс¤ з др≥бних часток, що знаход¤тьс¤ в рус≥. ¬≥н перегл¤нув свою термодинам≥ку з урахуванн¤м цього в≥дкритт¤, розбираючи термодинам≥чн≥ ¤вища на статистичн≥й основ≥. Ќьютон≥вська механ≥ка стала статистичною механ≥кою. ” 1902 роц≥ вийшов фундаментальну працю √≥ббса "ќснови статистичноњ механ≥ки". •рунтуючись на зовс≥м самост≥йних припущенн¤х, √≥ббс за допомогою статистичноњ механ≥ки в≥дкрив новий зм≥ст ентроп≥њ й ≥нших спор≥днених величин, що здавалис¤ такими могутн≥ми в першому наближенн≥. Ќа основ≥ класичного другого закону термодинам≥ки сучасники √≥ббса пророкували "к≥нець св≥ту", коли ентроп≥¤ ¬сесв≥ту наблизитьс¤ до максимуму, тобто вийде за меж≥, п≥сл¤ ¤ких буде неможливий перех≥д енерг≥њ у види, придатн≥ дл¤ використанн¤. ÷ей стан був названий "тепловою смертю ¬сесв≥ту". ѓњ жахаючий опис дав в≥домий письменник-фантаст √ерберт ”еллс у роман≥ "ћашина часу". —татистична механ≥ка √≥ббса показала, що такий результат зовс≥м не неминучий. ¬и¤вилос¤, що шанси на "пор¤тунок" учен≥ значно применшили. Ќьютон н≥чого не знав про буд≥влю планет ≥ з≥рок. …ого р≥вн¤нн¤ руху планет не знаходилис¤ в залежност≥ в≥д њхньоњ природи ≥ були зовс≥м в≥рн≥ в межах ньютон≥вськоњ механ≥ки. √≥ббс ≥ його сучасники н≥чого не знали про структуру молекули. —ам √≥ббс розум≥в це. ¬≥н писав: "“ой, хто засновуЇ свою роботу на г≥потез≥, що в≥дноситьс¤ до буд≥вл≥ матер≥њ, зводить будинок на п≥ску". ѕод≥бно Ќьютону, √≥ббс волод≥в даром передбаченн¤, ≥ його статистична механ≥ка пережила вс≥ наступн≥ в≥дкритт¤ в атомн≥й ≥ ¤дерн≥й ф≥зиц≥. √≥ббс п≥д≥йшов до основних ≥стин природи так близько, ¤к це робили до нього лише найвидатн≥ш≥ учен≥. –оботи √≥ббса важко читати ≥ розум≥ти. ¬≥н робив к≥лька попередн≥х начерк≥в, пот≥м розвивав своњ досл≥дженн¤ в розум≥, поки вони не дос¤гали повноњ досконалост≥. оли ж в≥н приймавс¤ викладати своњ теор≥њ на папер≥, в≥н опускав пром≥жн≥ етапи в ход≥ своњх м≥ркувань, тому що йому здавалос¤, що вони вже не мають значенн¤. ѕрац≥ √≥ббса знайшли широке розум≥нн¤ ≥ застосуванн¤ т≥льки через дес¤ть-двадц¤ть рок≥в. ” трьохсотр≥чн≥й ≥стор≥њ сучасноњ науки можна нарахувати не б≥льш дес¤тка ≥дей такоњ ж важливост≥ ≥ глибини, ¤к теор≥¤ р≥вноваги, що належить √≥ббсу. ≤ в кожн≥м випадку було потр≥бно, щонайменше, два дес¤тир≥чч¤, щоб ц≥ нов≥ ≥дењ були сприйн¤т≥ у всьому њхньому обс¤з≥. олеги √≥ббса по …Їльскому ун≥верситету, ≥мов≥рно, не розум≥ли значенн¤ його роботи, але вони, зрозум≥ло, знали, що в≥н ген≥й. ” житт≥ √≥ббс був стрункою людиною середнього росту, спок≥йною ≥ упевненою, з типовим обличч¤м ¤нк≥. јкуратна борода, ¤ку в≥н носив по тод≥шн≥й мод≥, додавала йому респектабельност≥. √олос у нього був тонкий, говорив в≥н чемною скоромовкою. ѕро нього, людину швидкого розуму, з≥ схильн≥стю до тонкоњ ≥рон≥њ, д≥ти згадували т≥льки ¤к про доброго ≥ м'¤кого д¤дька ”илле. ѕогл¤д його ¤скраво блищучих очей був проникливий ≥ гострий. ¬≥н ум≥в нести см≥шну н≥сен≥тницю, зат≥вати весел≥ ≥гри ≥ вит≥вки ≥ не дуже прагнув до нових знайомств. "ћен≥ необх≥дна була рада, ≥ ¤ знав, що в≥н може допомогти мен≥ не т≥льки тому, що в≥н великий учений, але ≥ тому, що ¤ почував у ньому добру ≥ чуйну людину" - так говорили про √≥ббса його плем≥нники, плем≥нниц≥, друз≥ ≥ студенти. √≥ббс був одним з тих людей, чию скромн≥сть можна назвати пристрастю. ѕрот¤гом свого житт¤ в≥н одержав дев'¤тнадц¤ть нагород ≥ почесних диплом≥в, у тому числ≥ головну м≥жнародну прем≥ю за науков≥ дос¤гненн¤. јле нав≥ть найближч≥ його друз≥ не знали про його усп≥хи повною м≥рою доти, поки не прочитали некролога в газетах. •рунтуючись на прац¤х √≥ббса, ƒжеймс ћаксвелл замовив об'Їмну г≥псову модель кривих √≥ббса ≥ над≥слав йому в подарунок. ¬ажко було придумати кращий знак замилуванн¤ одного великого вченого ≥ншим. —туденти, що добре знали походженн¤ модел≥, запитали в нього один раз: - ’то над≥слав вам цю модель? ¬≥н в≥дпов≥в коротко: - ќдин при¤тель. - ј хто цей при¤тель? - ќдин англ≥Їць. ƒовго залишалос¤ загадкою, ¤ким образом у ћаксвелла в самому розкв≥т≥ його слави знайшлос¤ досить часу ≥ проникливост≥, щоб розкопати статт≥ √≥ббса, що були надрукован≥ в н≥кому не в≥домому журнал≥ оннектикутськоњ академ≥њ наук. јле ≥ ц¤ таЇмниц¤ була, зрештою, розгадана. ћаксвелл дов≥давс¤ про статтю √≥ббса дуже простим способом - в≥н одержав њњ поштою. √≥ббс, ¤кого пост≥йно обвинувачували в т≥м, що в≥н не ц≥кавитьс¤ в≥дкликанн¤ми ≥нших учених про свою роботу, розсилав коп≥њ своњх статей найб≥льш в≥домим ученим. √≥ббс склав список з п'¤тисот семи ≥мен учених, що жили в двадц¤тьох крањнах. ѕрот¤гом свого житт¤ в≥н написав двадц¤ть монограф≥й ≥ кожну з них особисто послав тим ученим з≥ свого списку, дл¤ ¤ких вони могли становити ≥нтерес. –обота дл¤ √≥ббса служила виправданн¤м усього його житт¤, ≥ в≥н був щасливий, тому що знав, наск≥льки велика його прац¤. ќстанн≥ роки його житт¤ були затьмарен≥ не т≥льки втратою сестри ≥ близьких друз≥в, але також ≥ по¤вою нових революц≥йних ≥дей в област≥ ф≥зики, рентген≥вських промен≥в, електрон≥в. ¬≥н ще не знав, ¤к ц≥ неспод≥ван≥ в≥дкритт¤ можуть бути сум≥сн≥ з його пон¤тт¤м про ¬сесв≥т. ќдин раз нове в≥дкритт¤ наст≥льки розгубило його, що в≥н сказав своњм студентам, розгублено качаючи головою: "ћабуть, прийшов час мен≥ ≥ти". ¬≥н почував себе втомленим, самотн≥м, ≥ те, що ран≥ш виправдувало його житт¤, здавалос¤, п≥шло назавжди. јле √≥ббс тривоживс¤ дарма. ¬≥н умер 28 кв≥тн¤ 1903 року, але квантова механ≥ка не спростувала його праць. ћакс ѕланк, читаючи лекц≥њ по теоретичн≥й ф≥зиц≥ ≥ по¤снюючи свою теор≥ю в олумб≥йському ун≥верситет≥ в 1909 роц≥, зокрема, сказав: "як глибоко охоплюЇ ц¤ пропозиц≥¤ (принцип зростанн¤ ентроп≥њ) ус≥ ф≥зичн≥ ≥ х≥м≥чн≥ в≥дносини, на це краще ≥ повн≥ше ≥нших було зазначено ƒжоз≥Їњ ”≥ллардом √≥ббсом, одним з найб≥льш знаменитих теоретик≥в ус≥х час≥в не т≥льки јмерики, але й усього св≥ту". 
|
