Американские ученые и изобретатели

Но, как и в Йельском университете, Гиббс и теперь работал, не обращая внимания на происходящий в Европе кризис. Вернувшись в Америку, он поселился в доме отца в Нью-Хэвене вместе с сестрой, которая во время заграничной поездки вышла замуж. 13 июля 1871 года в ведомостях Йельского университета было напечатано сообщение о том, что «мистер Джозия Уиллард Гиббс назначен профессором математики и физики, без жалованья, на факультет философии и изящных искусств».

Эта кафедра была первой в Америке. В тот же год такая же кафедра была создана в Европе, в Кембридже, для Кларка Максвелла, который был уже знаменит, в то время как Гиббс всего-навсего напечатал свою докторскую диссертацию да получил патент на железнодорожный тормоз. Только потому, что окружающие хорошо знали возможности Гиббса и верили в его большое будущее, Йельский университет счел возможным назначить его на этот пост.

Первая попытка теоретического исследования показала, что Гиббс как нельзя более соответствует эпохе, в которой он живет. Как инженер, он работал над наиболее актуальной проблемой дня — эффективностью паровых двигателей. В этом отношении он был человеком той же эры, что Рокфеллер, Вандербильт и Пульман. Но когда Гиббс занялся теоретической работой, он стал самим собою, и появился новый Гиббс, ученик Гельмгольца, Лювилля и Вейер-штрассе.

Круг его научных интересов расширился. Узкая проблема пара и воды выросла в проблему материи вообще. Великолепное механическое видение позволило Гиббсу первому среди американских ученых открыть некоторые из наиболее сокровенных научных истин.

Значение работы Гиббса

До Ньютона люди полагали, что равновесие — это такое состояние, когда все предметы находятся в полном покое. Вертикальная колонна греческого храма находится в равновесии, потому что все силы, действующие на нее — собственный вес, вес покоящегося на ней фриза и боковое воздействие горизонтальных балок, — настолько согласованы друг с другом, что колонна будет стоять вечно.

Исаак Ньютон расширил понятие о равновесии, включив в него движение. Планета в космическом пространстве в результате действующих на нее сил находится в вечном движении по постоянной, определенной орбите. Поэтому, утверждал Ньютон, движение планеты находится в равновесии с той силой, которая создала это движение.

Ньютон понял, что сила, действующая на тело, придает телу ускорение, зависящее от массы тела. Закон Ньютона не только объясняет движение планет в ночном небе, он объясняет также движение тел по поверхности земли. Он объясняет, почему цепляются друг за друга зубцы шестерни, почему вращаются колеса, поднимаются и опускаются клапаны.

Ньютон также предсказал, какие комбинации механизмов никогда не будут работать.

Открытие Ньютона произвело одну из величайших в истории интеллектуальных революций. Работа Уилларда Гиббса имеет не меньшее значение. Гиббс расширил понятие о равновесии, включив в него изменение состояния материи. Лед становится водой, вода превращается в пар, пар превращается в кислород и водород. Водород, соединяясь с азотом, превращается в аммиак. Любой процесс в природе есть процесс изменения; законы подобных изменений были открыты Гиббсом. Так же как Ньютон основал законы механики, Гиббс создал законы физической химии, которая стала основной химической наукой.

В течение пятидесяти лет после открытия Гиббса химия проникла во все главные отрасли мировой индустрии.

Благодаря результатам работ Гиббса выплавка стали сделалась химическим процессом, так же, как и выпечка хлеба, изготовление цемента, добыча соли, производство жидкого топлива, бумаги, вольфрамовой нити для электрических лампочек, одежды и сотни тысяч других предметов.

Труды Гиббса были использованы также для объяснения действия вулканов, физиологических процессов, происходящих в крови, электролитического действия аккумуляторов и для производства химических удобрений.

В течение пятидесяти лет после смерти Гиббса четыре раза Нобелевская премия присуждалась работам, основанным на его трудах.

Гиббс изучал изменения. Подобно Ньютону, который искал какую-нибудь единицу для измерения движения, соответствующую его теории динамического равновесия, Гиббс должен был найти единицу измерения состояния вещества, которая бы показывала, подвергнется ли это вещество какому-нибудь превращению или останется прежним.

Мир изменений Гиббса

Вещество представляет собой на самом деле бесчисленное множество мельчайших частиц, находящихся в движении. Каждая из этих частиц требует собственного ньютоновского уравнения. Тает ли лед, превращаясь в воду, или испаряется вода, характер движения каждой частички изменяется. Каждое такое изменение в свою очередь вызывает дополнительный ряд ньютоновских уравнений движения. В химической реакции масса водорода в газообразном состоянии смешивается с массой азота, и каждый атом азота вступает в сочетание с тремя атомами водорода. У нового созвездия появляется свой, новый характер движения. Ньютоновская механика не могла решить эти проблемы.