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BIOGRAPHIES DE GRANDS SCIENTIFIQUES
Willard Gibbs Josias. Biographie du scientifique
Annuaire / Biographies de grands scientifiques
Le mystère de Gibbs n'est pas de savoir s'il était un génie incompris ou méconnu. L'énigme de Gibbs est ailleurs : comment se fait-il que l'Amérique pragmatique, sous le règne de la praticité, ait produit un grand théoricien ? Avant lui, il n'y avait pas un seul théoricien en Amérique. Cependant, comme il n'y avait presque pas de théoriciens après. La grande majorité des scientifiques américains sont des expérimentateurs. Josiah Willard Gibbs est né le 11 février 1839 à New Haven, Connecticut, fils d'un professeur de l'université de Yale. Pendant six générations, sa famille était célèbre en Nouvelle-Angleterre pour son érudition. L'un de ses ancêtres était le président de l'Université de Harvard, un autre était le secrétaire de la colonie du Massachusetts et le premier président de l'Université de Princeton. Le père de Gibbs était considéré comme un théologien exceptionnel. Quand Gibbs avait dix ans, il a commencé à étudier dans une petite école privée à New Haven, située dans le même pâté de maisons que sa maison. Il a grandi comme un garçon calme et timide, suivant toujours les autres, n'étant jamais un leader, mais il ne s'est jamais tenu à l'écart. En 1854, le jeune homme entre à l'Université de Yale et en 1858, Gibbs obtient un baccalauréat. Dans ces années-là, une école scientifique était en cours de création à Sheffield. En 1847, une école doctorale est ouverte avec elle. Mais ce n'est qu'en 1861 que cette école acquit le droit de décerner le grade de docteur en physique. Gibbs était destiné à devenir le plus grand théoricien américain des sciences, mais sa formation s'inscrivait dans le sens pratique américain. En 1863, il fut le premier en Amérique à recevoir un doctorat en physique pour ses travaux sur le génie mécanique. La thèse s'intitulait "Sur la forme des dents de l'embrayage à engrenages". Il a immédiatement obtenu un poste d'enseignant au collège pendant trois ans. Le père de Gibbs est décédé en 1861, laissant aux enfants 23 500 $. Ainsi, Gibbs pouvait vivre avec un petit revenu. Tout en enseignant, Gibbs n'a pas arrêté de faire son truc préféré - la mécanique. Il a écrit plusieurs articles sur les turbines à vapeur et a inventé le frein de chemin de fer, qui fonctionne sous l'influence de l'inertie du train. À la fin de son mandat à Yale en 1866, Gibbs partit à l'étranger avec ses deux sœurs. Ce fut un tournant dans sa carrière. En Europe, il a reçu une éducation approfondie, qui est devenue une base solide pour le travail le plus important de sa vie. Il étudie d'abord à la Sorbonne et au Collège de France. Seize heures par semaine, Gibbs écoutait des conférences et étudiait avec des physiciens et des mathématiciens comme Duhamel et Louville. Ici, Gibbs a lu pour la première fois les œuvres de Laplace, Poisson, Lagrange et Cauchy. L'année suivante, il se rendit à Berlin, où il étudia avec Kundt et Weierstrass. Après avoir passé un an à Berlin, il a déménagé à Heidelberg, où des scientifiques éminents tels que Kirchhoff, Cantor, Bunsen et Helmholtz ont donné des conférences, dont il a appris encore plus sur la physique théorique. De retour en Amérique en 1869, il s'installe dans la maison de son père à New Haven avec sa sœur, qui s'était mariée lors d'un voyage à l'étranger. Le 13 juillet 1871, le Bulletin de l'Université de Yale annonça que "M. Josiah Willard Gibbs a été nommé professeur de mathématiques et de physique, sans salaire, au département de philosophie et des beaux-arts". Cette chaire était la première en Amérique. Ce n'est que parce que ceux qui l'entouraient connaissaient bien les capacités de Gibbs et croyaient en son grand avenir que l'Université de Yale a trouvé possible de le nommer à ce poste. Devenu professeur, il étudie la mécanique, l'optique ondulatoire, l'analyse vectorielle, la théorie de l'électricité et du magnétisme. En 1873, ses premiers travaux thermodynamiques "Méthodes graphiques dans la thermodynamique des liquides" et "Méthode de représentation géométrique des propriétés thermodynamiques des substances utilisant des surfaces" sont apparus. Dans une vaste étude "Sur l'équilibre des systèmes hétérogènes", publiée en 1875-1878, Gibbs développe et applique largement son enseignement. Isaac Newton a à un moment donné élargi le concept d'équilibre pour inclure le mouvement. Sa découverte a produit l'une des plus grandes révolutions intellectuelles de l'histoire. Le travail de Gibbs n'est pas moins important. Il a élargi le concept d'équilibre pour inclure un changement dans l'état de la matière. La glace devient de l'eau, l'eau se transforme en vapeur, la vapeur se transforme en oxygène et en hydrogène. L'hydrogène se combine avec l'azote pour former de l'ammoniac. Tout processus dans la nature est un processus de changement ; les lois de tels changements ont été découvertes par Gibbs. Tout comme Newton a découvert les lois de la mécanique, Gibbs a créé les lois de la chimie physique, qui sont devenues le courant dominant de la science chimique. Gibbs devait trouver une unité de mesure pour l'état de la matière, qui montrerait si cette substance subirait une sorte de transformation ou resterait la même. La clé de la découverte de Gibbs était la vitesse de la particule, qui est proportionnelle à son énergie. La science qui étudie l'énergie thermique s'appelle la thermodynamique. Gibbs a écrit : "Les lois de la thermodynamique... expriment... le comportement de systèmes constitués d'un grand nombre de particules." L'eau chauffée à volume constant perd une certaine quantité de chaleur, qui va dans la structure interne de la molécule. L'ammoniac liquide au cours de la même transformation, se transformant en ammoniac gazeux, perd également une certaine quantité de chaleur. Cette propriété d'absorption interne de la chaleur s'appelle l'entropie. Le changement quantitatif d'entropie dans chaque réaction est d'une grande importance. La variation d'entropie qui se produit lorsque les liquides bouillent à volume constant est égale à la chaleur de vaporisation divisée par le point d'ébullition. Les changements d'entropie dans chaque réaction peuvent être trouvés par une simple opération arithmétique : le nombre de calories nécessaires pour que la réaction se déroule est divisé par la température en degrés à laquelle la réaction se produit. Gibbs a introduit le mot "entropie" comme terme de thermodynamique. Dans ces deux exemples, un seul composant (l'eau dans le premier cas et l'ammoniac dans l'autre) a changé de phase de liquide à gaz. Gibbs a étendu cette compréhension pour inclure plusieurs composants afin que des mélanges de liquides et des mélanges de solides puissent être pris en compte. Lorsqu'il a encore élargi les limites de sa théorie pour inclure des composants qui se combinent les uns avec les autres, il a finalement découvert une équation qui décrit les réactions chimiques et leur équilibre. Pour de tels systèmes, Gibbs a identifié de nouvelles quantités associées à l'entropie qui lui ont permis de prédire à l'avance si une réaction chimique ou une transformation physique se produirait ou non, et si oui, combien de temps la réaction se poursuivrait. Il a appelé ces quantités des potentiels chimiques. Comme l'entropie, les potentiels chimiques sont une propriété physique de la matière. Le résultat de ces études a été la fameuse règle de phase de Gibbs. Il l'a décrit en seulement quatre pages sans donner d'exemple précis. Au cours des cinquante années suivantes, les scientifiques ont écrit de nombreux livres et monographies sur la règle de la phase de Gibbs, la décrivant en relation avec la minéralogie, la pétrographie, la physiologie, la métallurgie et tous les autres domaines scientifiques. La règle établit les conditions qui doivent être respectées pour que certains composés soient dans un état d'équilibre dans différentes phases : à l'état liquide, solide et gazeux. Elle fut rapidement reconnue comme l'équation linéaire la plus importante de l'histoire des sciences. Cinquante ans après la découverte de Gibbs, la chimie avait pénétré toutes les grandes branches de l'industrie mondiale. Grâce aux résultats des travaux de Gibbs, la fabrication de l'acier est devenue un processus chimique, tout comme la cuisson du pain, la fabrication du ciment, l'extraction du sel, la production de combustibles liquides, de papier, de filament de tungstène pour les ampoules, les vêtements et des centaines de milliers d'autres articles. Les travaux de Gibbs ont également été utilisés pour expliquer l'action des volcans, les processus physiologiques se produisant dans le sang, l'action électrolytique des batteries et la production d'engrais chimiques. Au cours des cinquante années qui ont suivi la mort de Gibbs, quatre prix Nobel ont été décernés à des œuvres basées sur ses écrits. Peu de temps après avoir terminé ses études classiques au printemps 1879, Gibbs a été élu membre de l'Académie nationale des États-Unis, en 1880 membre de l'Académie américaine des arts et des sciences à Boston. La renommée scientifique de Gibbs grandit rapidement après la publication de ses travaux thermodynamiques. Il est élu membre de nombreuses académies et sociétés scientifiques étrangères, reçoit des prix scientifiques. En plus de la thermodynamique, Gibbs a apporté de précieuses contributions à l'algèbre vectorielle. Dans la nature, il existe de nombreuses quantités qui doivent être caractérisées non seulement quantitativement, mais aussi en direction. L'algèbre vectorielle de Gibbs a simplifié la gestion de l'espace. Le vecteur généralisé de Gibbs est devenu au fil du temps un puissant outil scientifique, qui est né alors que Gibbs était déjà à un âge avancé et qui lui est resté inconnu - la théorie de la relativité. Dans ses premières études sur l'équilibre, Gibbs partait de l'hypothèse que la matière est une masse continue. Plus tard, il s'est rendu compte que la matière est composée de minuscules particules en mouvement. Il a révisé sa thermodynamique pour refléter cette découverte, disséquant les phénomènes thermodynamiques sur une base statistique. La mécanique newtonienne est devenue la mécanique statistique. En 1902, l'ouvrage fondamental de Gibbs, Fundamentals of Statistical Mechanics, est publié. Sur la base d'hypothèses complètement indépendantes, Gibbs, utilisant la mécanique statistique, a découvert une nouvelle signification pour l'entropie et d'autres quantités connexes qui semblaient si puissantes à première approximation. Sur la base de la deuxième loi classique de la thermodynamique, les contemporains de Gibbs ont prédit la "fin du monde" lorsque l'entropie de l'Univers approcherait de son maximum, c'est-à-dire qu'elle dépasserait les limites après lesquelles il serait impossible de convertir l'énergie sous des formes utilisables. Cet état a été appelé "mort par la chaleur". Sa description terrifiante a été donnée par le célèbre écrivain de science-fiction HG Wells dans le roman "The Time Machine". La mécanique statistique de Gibbs a montré qu'un tel résultat n'est en aucun cas inévitable. Il s'est avéré que les scientifiques sous-estimaient considérablement les chances de "sauvetage". Newton ne savait rien de la structure des planètes et des étoiles. Ses équations du mouvement planétaire ne dépendaient pas de leur nature et étaient parfaitement correctes dans la mécanique newtonienne. Gibbs et ses contemporains ne savaient rien de la structure de la molécule. Gibbs lui-même l'a compris. Il écrit : "Celui qui fonde son travail sur une hypothèse relative à la structure de la matière, érige un édifice sur le sable." Comme Newton, Gibbs avait le don de la providence et sa mécanique statistique a survécu à toutes les découvertes ultérieures en physique atomique et nucléaire. Gibbs s'est approché des vérités fondamentales de la nature d'aussi près que seuls les plus grands scientifiques l'avaient fait avant lui. Le travail de Gibbs est difficile à lire et à comprendre. Il a fait plusieurs croquis préliminaires, puis a développé ses études dans son esprit jusqu'à ce qu'elles atteignent la perfection complète. Lorsqu'il a commencé à mettre ses théories sur papier, il a omis les étapes intermédiaires dans le cours de son raisonnement, car il lui semblait qu'elles n'avaient plus d'importance. Le travail de Gibbs n'a été largement compris et appliqué que dix à vingt ans plus tard. Dans les trois siècles d'histoire de la science moderne, on ne compte pas plus d'une douzaine d'idées de même importance et profondeur que la théorie de l'équilibre due à Gibbs. Et dans chaque cas, il a fallu au moins deux décennies pour que ces nouvelles idées soient acceptées dans leur intégralité. Les collègues de Gibbs à Yale ne comprenaient probablement pas la signification de son travail, mais ils savaient certainement qu'il était un génie. Gibbs était un homme mince de taille moyenne, calme et confiant, avec un visage typiquement yankee. Une barbe soignée, qu'il portait à la mode de l'époque, lui conférait la respectabilité. Sa voix était mince, il parlait d'un ton poli. De lui, un homme d'esprit vif, avec un penchant pour l'ironie subtile, les enfants ne se souvenaient que d'un oncle Will gentil et doux. Ses yeux brillants étaient perçants et perçants. Il savait porter des bêtises ridicules, lancer des jeux amusants et des farces et ne recherchait pas vraiment de nouvelles connaissances. "J'avais besoin de conseils, et je savais qu'il pouvait m'aider non seulement parce que c'était un grand scientifique, mais aussi parce que je sentais en lui une personne gentille et sensible", ses neveux, nièces, amis et étudiants. Gibbs faisait partie de ces personnes dont la modestie peut être qualifiée de passion. Au cours de sa vie, il a reçu dix-neuf prix et diplômes honorifiques, dont le principal prix international pour ses réalisations scientifiques. Mais même ses amis les plus proches n'étaient pas pleinement au courant de ses succès jusqu'à ce qu'ils lisent la nécrologie dans les journaux. Basé sur le travail de Gibbs, James Maxwell a commandé un modèle en plâtre tridimensionnel des courbes de Gibbs et le lui a envoyé en cadeau. Il était difficile de penser à un meilleur signe de l'admiration d'un grand scientifique pour un autre. Des étudiants qui connaissaient bien l'origine du modèle lui demandèrent un jour : - Qui vous a envoyé ce modèle ? Il répondit brièvement : - Un ami. - Et qui est cet ami ? - Un Anglais. Il a longtemps été un mystère comment Maxwell, au sommet de sa renommée, a eu le temps et la perspicacité de dénicher les articles de Gibbs qui ont paru dans l'obscur journal de l'Académie des sciences du Connecticut. Mais ce mystère a finalement été résolu. Maxwell a découvert l'article de Gibbs d'une manière très simple - il l'a reçu par courrier. Gibbs, constamment accusé de ne pas s'intéresser aux commentaires des autres scientifiques sur ses travaux, a envoyé des réimpressions de ses articles aux scientifiques les plus célèbres. Gibbs a compilé une liste de cinq cent sept noms de scientifiques qui vivaient dans vingt pays. Au cours de sa vie, il écrivit vingt monographies et envoya personnellement chacune d'elles aux scientifiques de sa liste pour qui elles pourraient être intéressantes. Le travail pour Gibbs était la justification de toute sa vie, et il était heureux parce qu'il savait à quel point son travail était formidable. Les dernières années de sa vie ont été assombries non seulement par la perte de sa sœur et d'amis proches, mais aussi par l'émergence de nouvelles idées révolutionnaires dans le domaine de la physique, des rayons X et des électrons. Il ne savait pas encore comment ces découvertes inattendues pouvaient être compatibles avec sa conception de l'univers. Un jour, une nouvelle découverte l'a tellement bouleversé qu'il a dit à ses élèves, en secouant la tête d'ahuri : « Il est peut-être temps que je parte. Il se sentait fatigué, seul, et ce qui justifiait sa vie semblait avoir disparu pour toujours. Mais Gibbs s'inquiétait en vain. Il mourut le 28 avril 1903, mais la mécanique quantique n'a pas démenti ses travaux. Max Planck, donnant des conférences sur la physique théorique et expliquant sa théorie à l'Université de Columbia en 1909, en particulier, a déclaré : « À quel point cette proposition (le principe de l'augmentation de l'entropie) couvre toutes les relations physiques et chimiques, elle était meilleure et plus complète que les autres. souligné par Josiah Willard Gibbs, l'un des théoriciens les plus célèbres de tous les temps, non seulement en Amérique mais dans le monde entier." Auteur : Samin D.K.
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