约西亚·威拉德·吉布斯（英文：Josiah Willard Gibbs，1839年2月11日-1903年4月28日） ， 美国 理论物理学家和化学家。
1858年，吉布斯从耶鲁大学毕业。 1863年，吉布斯在耶鲁大学获得工程学博士学位。 博士毕业后，吉布斯在耶鲁大学当了三年助教后便在欧洲留学三年。 随后，1869年，吉布斯回到耶鲁大学为工科学生教授 法语 ， 同年被耶鲁大学授予“数学物理学”教授。 1873年，34岁的吉布斯发表他的第一篇重要论文，并在论文中提出了三维 相图 ， 同年，吉布斯又发表两篇论文，并引入了吉布斯能。 1875年，吉布斯提出吉布斯公式。 次年，他提出多相平衡系统的普遍规律——相律， 1878年，吉布斯又提到吉布斯自由能、 化学势 等概念。 1879年，吉布斯入选为 美国国家科学院 院士，并于两年后荣获伦福德奖。 1882年至1889年，吉布斯研究了光电磁理论。 1897年吉布斯成为 伦敦皇家自然知识促进学会 会员， 1895年成为 美国 哲学会员，同年也被 普林斯顿大学 和 威廉姆斯大学 授予荣誉博士学位等。 1901年，吉布斯又获得英国皇家学会颁发的 科普利奖章 ，以表彰他对数学物理学的贡献。 后来，吉布斯又引入系综统计法这一物理统计概念。 1903年4月28日，吉布斯因急性肠梗阻在纽黑文去世，享年64岁。
吉布斯主要研究 统计力学 和 物理化学 ，其在物理、 化学 、数学三个领域中都有着许多贡献，在物理学中，他与 詹姆斯·麦克斯韦 （James Maxwell）和 路德维希·玻尔兹曼 （ 德语 ： Boltzmann）一起创立 统计力学 （他创造了这个术语）； 在化学中，他建立 吉布斯相律 、 图，以及提出吉布斯正则分布； 在数学中，吉布斯研究了 向量 微积分，定义两个向量的数量积和 向量积 ，并引入矢 张量 的概念。 他的代表性作品有《统计力学基本原理》等。 1910年，为纪念吉布斯，美国 化学 学会创设威拉德·吉布斯奖。 并且被 阿尔伯特·爱因斯坦 （ 德语 ：Albert Einstein）称赞为“美国历史上最伟大的思想家”。
人物生平
家族背景
约西亚·威拉德·吉布斯于1839年2月11日出生于 美国 康涅狄格州 的 纽黑文 ，他出身于英才辈出的美国北方家族，该家族自17世纪以来一直产生杰出的美国牧师和学者。他的父亲老乔赛亚·威拉德·吉布斯（Josiah Willard Gibbs Sr）是 耶鲁大学 古典文学教授，也是曾担任过 哈佛大学 校长的萨缪尔·威拉德（Samuel Willard）的后代；其母亲玛丽·安娜（Mary Anna）来自著名的学者世家，他母亲的祖父乔纳森·迪金森牧师（Rev. Jonathan Dickinson）是 新泽西学院 （后来的 普林斯顿大学 ）的第一任校长。吉布斯少年体弱多病，经常缺课，他的父母对他进行“在家教育”。父亲教他拉丁文，母亲教他数学，逐渐地，这一独特的教学方式不断开启他对数学的兴趣。 吉布斯的父亲作为 耶鲁大学 的语言学教授，是将阿米斯塔德号事件 中非洲人的故事传递给美国人民的主要人物，他积极为非洲人寻找翻译，让他们能够为反抗行为作证辩护。
1849年，10岁的吉布斯就读于 霍普金斯学校 。因自幼学习成绩出众，1854年，16岁的他就考进耶鲁大学，在校期间，吉布斯曾因数学及拉丁语成绩优异而获奖。后来，他留在耶鲁成为 谢菲尔德 科学学校的研究生。19 岁时，大学毕业后不久，吉布斯被选入康涅狄克艺术与科学学会，这是一个主要由耶鲁大学教职成员组成的学术机构。 数学家和天文学家休伯特·安森·牛顿（Hubert Anson 艾萨克·牛顿 ）是吉布斯耶鲁时期的导师，他对吉布斯的未来发展产生较大影响。 他的主要研究方向是 流星体 ，并且是吉布斯一生的挚友。 1861年，吉布斯在其父去世后继承了一笔遗产，这笔遗产足以应付其日常开支。
吉布斯早年一直受多种健康问题困扰，他的母亲因 结核病 丧命，同时他还患有散光，因此吉布斯不得不自行验光制作矫正镜片。吉布斯的健康状况不佳可能就是他没有在 南北战争 期间自愿参军的原因之一。后来，他也并没有受到征召，因此也一直留在 耶鲁大学 。 1863年，吉布斯以《几何学研究设计火车齿轮》（Geometric research and 设计 of train gears）的论文在耶鲁学院获得工程学博士学位，并且是 美国 国内的第一个工程博士学位。
早年
1863年，吉布斯博士毕业后在耶鲁大学当了三年助教。 三年后，吉布斯相继前往 巴黎大学 、 柏林洪堡大学 学留学，旁听了由著名数学家 约瑟夫·刘维尔 （Joseph Liouville）和 米歇尔·沙勒 （Michel Chasles）在索邦学院以及 法兰西公学院 做的讲座，并于1866年申请一项有关火车制动的专利。同年，吉布斯在康涅狄格学会宣读一篇题为《长度单位的确切大小》（The Proper 星等 of the Units of Length）的论文。他在文中提出机械领域中 计量单位 系统的一个合理化方案。 他在担任导师的任期结束后，与姐妹一起前往欧洲旅行。1866年至1867年的冬天，他们在巴黎度过。吉布斯在索邦大学和法国学院听取约瑟夫·里乌维尔（Joseph Liouville）和米歇尔·夏尔（Michel Chasles.）等著名数学科学家的讲座。吉布斯进行了艰苦的学习，患上严重的感冒，一位医生担心他患上 肺结核 ，建议他在里维埃拉休息，他和他的姐妹在那里度过几个月直至完全康复。
搬到 柏林 后，吉布斯参加数学家卡尔·韦尔斯特拉斯（Karl Weierstrass）和莱奥波德·克罗内克（Leopold Kronecker）以及化学家海因里希·古斯塔夫·马格努斯（Heinrich Gustav Magnu）的讲座。 1867 年 8 月，吉布斯的妹妹朱莉娅（Julia）在柏林与亚历克森·范·内姆（Edison van Nim）结婚，后者是吉布斯在 耶鲁大学 的同学，新婚夫妇回到纽黑文，将吉布斯和他的妹妹安娜（Anna）留在德国。后来，吉布斯在 海德堡大学 还见习了物理学家 古斯塔夫·基尔霍夫 （Gustav Kirchhoff）和 赫尔曼·冯·亥姆霍兹 （Hermann von Helmholtz）的科学工作。
1869年，吉布斯返回耶鲁大学为工科学生教授 法语 。 同年，吉布斯被耶鲁大学授予“数学物理学”教授名衔，这也是全美第一个这一学科的教授。同时，他还致力于设计一种新型的 蒸汽机 调速器，这也是他在 机械工程 领域最后的一项重要研究。 但吉布斯当时尚未发表任何学术著作，只被指派研究生的教学工作，因此吉布斯此时没有任何薪酬，但仍能靠父母的遗产安稳度日。
中年
1873年，34岁的吉布斯发表他的第一篇重要论文，采用图解法来研究 流体 的 热力学 ， 另外，吉布斯还发表了论文《用曲面方法来几何表现出物质的热力学性质》。在这篇论文里，他详细论述他的新方程的原理。这方程可以预测或估算，当几样物体或系统接触在一起之时，各种自然过程发生的趋势。通过研究几样均一性物质接触时的相互作用，例如，由一部分固体、一部分液体与一部分气体构成的物体，又通过展示相关体积-熵-内能三维图，吉布斯可以判断三种平衡状态，即稳定平衡、中性平衡或不稳定平衡，以及是否会发生后续变化。
1875年，吉布斯提出吉布斯公式。 后来，1876年，吉布斯在康涅狄格科学院学报上发表了奠定化学热力学基础的经典之作《论非均相物体的平衡》的第一部分，并导出多相平衡系统的普遍规律——相律。 伦敦 化学 学会的一次演讲中解释了吉布斯图形方法的有用性， 吉布斯将热力学原理和数结合起来，应用到多相体系中，建立关于多相平衡的基本规律，并且引入 化学势 。 两年后，吉布斯完成《论非均相物体的平衡》的第二部分，这部长达三百余页的论文被认为是化学史上最重要的论文之一，在这篇论文中他提出吉布斯自由能、化学势等概念，阐明 化学平衡 、相平衡、表面吸附等现象的本质。这篇论文最初在美国没有引起回应，但随着时间的推移，这篇论文开始受到欧洲大陆同行们的重视。1892年由 威廉·奥斯特瓦尔德 译成 德语 ，1899年由勒·沙特列翻译为 法语 ，为 物理化学 奠定坚实的基础。
1879年，吉布斯导出了吉布斯-阿贝尔 运动方程 ， 后来于1900年由保罗·埃米尔·阿贝尔重新发现。 次年，新成立于 巴尔的摩 的约翰·霍普金斯大学为吉布斯提供年薪为3000美元的教授职位。作为回应， 耶鲁大学 则为他开出令他较为满意的2000美元的年薪。因此，直到这时，吉布斯才开始领到耶鲁大学的薪资。
晚年
1880年至1884年，吉布斯致力于将 赫尔曼·格拉斯曼 的外代数发展为符合物理学家需要的向量微积分。为实现这一目标，吉布斯分别定义两个 向量 的数量积和 向量积 ，并引入并矢张量的概念。 吉布斯一直尝试去让物理学家们认识到 向量分析 相对于 四元数 分析的优越性。 期间，吉布斯有关向量分析的讲义《向量分析要素》（Elements of Vector Analysis）起初并没有 公开发行 ，只是为学生进行小批量的印刷，这本讲义称为是现代向量分析的开端。
1882年至1889年，吉布斯写了五篇有关物理光学的论文，在这些论文中，吉布斯运用 詹姆斯·麦克斯韦 的 电磁学 理论研究 双折射 、色散及其它重要 光学现象 ，并批驳开尔文勋爵等人提出的光的 机械波 理论 。延续着他在 热力学 的研究的习惯，吉布斯使用的方法简单而直接。在物质的 微观 结构方面，他只做了一个相当普通且合理的假设，即物质具有一种比光波波长小，但比基本组成粒子大的细粒结构。 吉布斯所获得的结果为麦克斯韦电磁理论提供决定性证据。
1891年，52岁的吉布斯审读其学生 欧文·费雪 （Irving Fisher）的 数理经济学 的 博士论文 。 次年，吉布斯又引入系综统计法这一物理统计概念，并认为系统的宏观性质，所需要的是系统的宏观态与 微观 态，而不是单粒子态。
20世纪90年代初，吉布斯创造了“ 统计力学 ”这一术语， 吉布斯通过多 粒子系统 的统计性质对于热力学的唯象定律进行理论推导。这项工作在他去世的前一年发表于对后世具有很大影响力的 教科书 《统计力学基本原理》（Elementary Principles in Statistical Mechanics）中。
1903年4月28日，吉布斯因急性肠梗阻在 纽黑文 去世，享年64岁， 两天后，他的葬礼在他的家中举行。他的遗体被安葬在邻近的格罗夫街公墓， 耶鲁大学 同年五月在斯隆实验室举行吉布斯的 追悼会 ， 英国 物理学家 约瑟夫·汤姆逊 （Joseph John Thomson）出席追悼会并做了一个简短演讲。
主要成就
吉布斯主要研究 热力学 、 统计物理学 、 物理化学 和数学。最先提出 化学势 的概念，并在热力学中首次引入热力势和吉布斯自由能，为物理化学和热力学的发展奠定理论基础。在物质不同的状态之间建立不均匀物系的平衡定律，即著名的 吉布斯相律 。此外，他还建立了十分重要的熵图，其三维熵图可以描述物质所具有的任何热力学性质。吉布斯还创立经典平衡态 统计力学 的理论体系。他还提出吉布斯正则分布这一重要理论。在数学领域和光学领域中，吉布斯还取得 矢量 分析、 四元数 以及光学理论方面的研究成果。
物理化学
19世纪70年代，吉布斯在他发表的论文中提出利用熵 ，体积 ， 压强 和温度 等状态量来 表征 一个系统的 内能 的方法。他还提出 化学势 的概念，将其定义为在恒熵恒容条件下，系统内能的增量与该种物质分子数 的增量的比值。借助这些方法及概念，吉布斯首次通过描述系统内能增量的 导数 的方式，将 热力学 领域加以开拓，将它从只是有关 热能 与 机械能 之间关系的理论扩展为研究处于平衡状况时的物质性质的一门学问。
光学
吉布斯利用 麦克斯韦方程组 对于 双折射 、色散以及 偏振 现象做出理论解释，这是 经典电磁学 领域的一项重大工作。 在这项工作中，吉布斯展示了麦克斯韦方程组在不需要对于物质 微观 结构及 电磁波 传播介质，即所谓的“ 以太 ”，进行任何复杂假设时，仍能对于这些现象进行充分的解释。同时，吉布斯强调，利用麦克斯韦方程，可以轻易证明 纵波 形式的光并不存在。光的许多性质是基于光的 横波 形式。而如果利用 威廉·汤姆森 提议的 机械波 传播于无穷可压缩以太的理论去分析光的话，则需要更多特定条件才能成立，而 詹姆斯·麦克斯韦 电磁学 不需要引入新的假设。 并总结到：“利用 电学 理论对于光进行解释，并不需要引入新的假设，只需要利用电学相关定律即可。而且如果不把光的传播视为 电场 的传播的话，就很难说清介质的电性质和光性质为何会存在巧合。”
数学
向量分析
吉布斯把数量积称作“ 点积 ”，并写作 ，他还将 表示矢量积，这个用法流行至今，只需把 向量 改为现代记号： 或 即可。
吉布斯抽样
吉布斯提出的吉布斯抽样算法给出构建 随机矩阵 的方法，为：
电磁学
经典电磁学 发展的巅峰是 麦克斯韦方程组 的提出，后来，1884年，赫维赛德（Heaviside）和吉布斯以 矢量 微积分的形式重新表述麦克斯韦方程的数学形式，这也是目前一直在用的，其表达式为： ，其中 为任意时间， 为 磁场 强度 向量 ， 为 经典力学 的 动量 ， 为坐标， 为 角频率 。 并且吉布斯还利用 麦克斯韦方程组 对于 双折射 、色散以及 偏振 现象做出理论解释，这是 经典电磁学 领域的一项重大工作。
主要论著
著作
论文
人物关系
主要荣誉
个人生活
终身未婚
吉布斯终身未婚，一生都与他的姐姐茱莉亚及当 耶鲁大学 图书馆员的姐夫在他所生所长的地方生活。除了暑假时会定期去 纽约州 的阿第伦达克和 新罕布什尔州 的白山度假以及旅居 欧洲 的几年外，他的一生几乎都是在 纽黑文 度过的。 他在大一末加入耶鲁学院教会并一以贯之地参与日常的活动。 他在 耶鲁大学 以“无瑕君子”而闻名。
政治观点
在总统选举中，吉布斯通常会支持 美国共和党 的候选人，但和其他超然派人士一样，他对于政治集团带来的日益严重的腐败问题十分关切。这令他在1884年美国总统选举中转而支持较为保守的 美国民主党 候选人， 格罗弗·克利夫兰 。 他其他的宗教及政治观点就不再为人所知。
爱好
吉布斯 在投资方面非常谨慎，并小心翼翼地经营着自己的财产，当他在1903年去世时，他的遗产被估值十万美元。 吉布斯还是一名敏锐而熟练的马术师他常常被看到在闲暇时间驾着马车在 纽黑文 市区逛街。
主要评价
德国 物理学家 阿尔伯特·爱因斯坦 评价：吉布斯是美国历史上最伟大的思想家 。
德国翻译家 威廉·奥斯特瓦尔德 评价：吉布斯从内容到形式都赋予了 物理化学 整整100年的发展进程。
荷兰 物理学家 范德·瓦耳斯 评价：吉布斯将永远处于 美国 以至整个世界有史以来最为伟大的理论物理学家之列。
德国物理学家 马克斯·普朗克 评价：吉布斯是 美国 乃至全世界最伟大的理论物理学家之一。
吉布斯的学生亨利·巴姆斯特德评价：他举止不事张扬，性情和蔼，与人为善，从不急躁恼怒，毫无个人野心以及权力欲望。他一直在朝着成为一名无私的 基督 教徒绅士的理想而努力。在了解他的人们的心目中，他美丽而又尊贵的人格从不逊色于他科学上的伟大成就。
吉布斯的学生埃德温·比德韦尔·威尔逊评价：吉布斯并不会花心思宣传自己，也不会刻意地去传播科学，他是那种在科研变为一种时髦前来自书香门第的学者。吉布斯并不是一个背离社会习俗的人，并不会刻意地去引人注意，他是个慈祥庄重的绅士。
人物影响
科学界的影响
相律的实验影响
吉布斯为 物理化学 和 统计力学 奠定基础。吉布斯在世时，他提出的相律即被 荷兰 化学家亨德里克·罗泽博姆利（Hendrik Willem Bakhuis Roozeboom）用实验方法验证。罗泽博姆同时还展示这条规律在多种实际情况中的普遍适用性。
热力学理论的影响
吉布斯的 热力学 理论在化工领域得到广泛应用，包括 电化学 和 哈柏法 合成氨，这标志着理论物理学成果在 工业革命 中的实际转化。 吉布斯的专著《关于多相物质平衡》1892年被 威廉·奥斯特瓦尔德 译为当时在化学的科学文献中占据主导地位的 德语 ，1899年又被亨利·路易·勒夏特列译为 法语 。这多少能反映出而他的科学工作受到 欧洲 同行的赏识。
数学领域的影响
吉布斯发展的 向量分析 是他对数学做出的另一项巨大贡献。1901年出版的基于吉布斯讲义的《矢量分析》促进了矢量方法及其表示方法在理论物理学和数学界的推广，并令其最终取代了在当时科学文献中占主导地位的 四元数 。 吉布斯在其早期论文中论述的 热力学 的图像方法反映了后来被数学家称作是凸分析的思想。 数学家巴里·西蒙称这一思想蛰伏了近75年。 基于吉布斯关于热力学以及统计力学的工作的数学概念还有 博弈论 中的吉布斯 引理 ， 信息论 中的 吉布斯不等式 以及计算 统计学 中的吉布斯 取样 法，吉布斯的《统计力学基本原理》奠定了统计力学的基础，其提出的“ 系综 ”概念对理论物理学和 纯粹数学 产生了持久影响，吉布斯在 向量分析 和 数理经济学 方面的工作同样意义重大，不仅推动了物理学和数学界对向量方法的采纳，还间接影响了现代经济学的发展，特别是通过其学生和门徒对诸如 保罗·萨缪尔森 等经济学家的指导。
对爱因斯坦的影响
爱因斯坦承认，在了解了吉布斯的方法后，认识到自己在 统计力学 方面的早期工作不如吉布斯的成熟，显示了吉布斯理论的前瞻性和影响力。
跨学科的影响
吉布斯的工作对 控制论 的创始人 诺伯特·维纳 产生重要影响，维纳认为吉布斯的 概率论 表述是20世纪物理学的一大变革，并视之为其控制论理论的灵感来源。
后世纪念
青铜纪念像
1906年， 德国 物理化学家 瓦尔特·能斯特 为做 本杰明•西利曼 纪念讲座而拜访耶鲁时，他惊讶地发现当时竟然没有设立任何吉布斯的纪念碑。因此，他为资助校方树立一座纪念碑而将500美元的讲座费捐出。由雕刻家李·劳瑞完成的一尊浅浮雕纪念像最终在1912年揭幕，安放在斯隆实验室。
奖项及讲座命名
1910年，美国化学学会创设威拉德·吉布斯奖，以表彰对于纯化学或 应用化学 做出杰出工作的人 。1923年， 美国数学学会 捐资设立乔赛亚·威拉德·吉布斯讲座，“以向公众展示一些数学思想及它们的应用”。
陨石坑命名
1964年，而为纪念吉布斯，月球东侧边缘附近的一个陨石坑被命名为吉布斯陨石坑。
邮票命名
2005年， 美国邮政 署发行一套纪念美国科学家的邮票，其中包含吉布斯 纪念邮票 。
《财富》杂志封面
1946年，《财富》杂志的一期以 麦克斯韦 所做的基于吉布斯工作的水的等温面作为封面，并配以封面故事“ 基础科学 ”。鲁凯泽称这个面为“水的雕塑”， 而杂志称它“是一位伟大的美国科学家的抽象创作，以当代艺术中的 象征主义 形式表现出来”。 这幅由阿瑟·利多夫创作的封面里还包含 吉布斯相律 的数学表达式，一个雷达屏幕， 示波器 中显示的 波形 ，牛顿的苹果以及一个三维 相图 。