滑翔在抽象世界里的蓝天里

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1、滑翔在抽象世界裡的藍天裡－吉布斯與「吉布斯自由能」前言　　在科學史上，他被稱為「物理化學之父」，他的名字成為近代物理學與化學上的重要參數—「吉布斯自由能」（Gibb'sFreeEnergy）。許多課本都會提到他所命名的「化學潛能」（chemicalpotential）與「統計機械學」（statisticalmechanics）。但是在他的時代裡，很少人讀得懂他所發表的理論，孤獨是他另一個名字。不過，他的研究為物理與化學兩大學術領域，建立了一道互通的橋樑。理想家的血統　　一八三九年二月十一日，吉布斯（

2、WillardGibbs）生於美國康乃狄克州的紐哈芬（NewHaven），這裡是「耶魯大學」所在地。吉布斯的父親約書亞‧吉布斯（JosiahGibbs）是個牧師，並在耶魯大學教授聖經文學，吉布斯是家中惟一的男孩子，他有三個姊姊、一個妹妹。　　約書亞‧吉布斯除了在大學任教之外，也研究非洲土著語，他認為這些語言是文化史的老化石。為此，他在年輕時，就常在黑奴之中學習語言。他為非洲語編文字，尋找他們語言的文法，逐漸地，他不僅成為非洲土著語的專家，而且成為黑奴的朋友，他曾寫道：「語言是人類心靈的投射。」　　當

3、時販賣黑奴是獲取暴利的途徑，有許多黑奴被賣到美國。一八三六年，一艘西班牙籍運送黑奴的船隻在航程中，船上的黑奴不僅掌控船隻，並殺了船長與幾個船員，這艘船在海上漂流了五十幾天，船上的人都已瀕危之際，才被一艘美國漁船發現，並將這艘「阿米他德」（Amietad－16－）號拖回紐約港。這件事立刻成為國際上的大事件，黑奴竟然殺人逃亡，美國政府不想得罪西班牙與國內蓄奴團體，就將這些上岸的黑奴關起來。死亡的陰影　　這時進到這群黑奴當中，為他們上訴法院的就是約書亞‧吉布斯。當時眾人稱這樁法律案件絕無勝算，他卻四處奔波

4、，並將上訴案件引到紐哈芬法庭，敗訴之後，又上訴到最高法院，並請曾任美國第六任總統的亞當斯（JohnQuincyAdams,1767-1848）擔任辯護律師。一八四０年3月，在亞當斯一場精彩的法庭辯論後，最高法院宣判這些黑奴無罪，並讓他們獲得自由人的身份。　　為黑奴平反期間，約書亞‧吉布斯很少去關照剛出生的男嬰。法案勝利，他回到家中，才發現嬰孩染上猩紅熱，命在旦夕。一年後，嬰孩的性命是保住了，但是從此這個孩子終生多病。外號「怪人」　　一八四九年，吉布斯進入中學就讀。在學期間，與他感情最好的二姊病故，苦

5、難使人沈默。他在學校幾乎不與人來往，獨來獨往，他的同學給他取個外號「怪人」（bugbear），這個怪人的數學成績一直是全班最好的。　　吉布斯最好的朋友是他的家人，課餘時間，他幾乎都與家人一起活動，他的母親瑪莉‧凡克利弗（MaryAnnavanCleve）出身普林斯頓大學教授的家庭，擅長數學與自然科學。吉布斯一家經常一起看書、討論。無法回答的考題－16－　　一八五四年，吉布斯進入耶魯大學，母親在這一年病逝，這對吉布斯又是一個沈重的打擊，吉布斯無法瞭解，父親那麼盡心的幫助受壓者，但是死亡的腳步卻似乎一直

6、光臨這一家，父親的回應是：「死亡的好處是不再死亡。」但是年輕的吉布斯怎麼會懂呢？母親去世一個月後，吉布斯參加大一學生數學競賽，題目有十題，他祗寫六題就寫不下去了，他在未寫的四題上寫道：「題目太簡單了。」難過的心使他放棄競賽，不過他在大三、大四兩年都獲得全校數學競賽首獎，同時獲得學校的拉丁文文學獎。一八五八年，他自大學畢業，繼續唸研究所。齒輪的論文　　一八六0年，美國的鐵路運輸工業興起，他的指導教授希望他以火車的運動構造為論文題目。一八六一年，父親病逝。吉布斯難過的幾乎想休學，那年南北戰爭爆發，吉布斯

7、申請加入聯邦志願軍，參軍時染上肺炎，休息一陣後又回校就讀。一八六三年，他以論文「火車傳動齒輪的構成」（OntheFormoftheTeethofWheelsinSpurGearing）取得博士學位。　　同年，美國國科會成立，他向國科會申請一筆研究獎助金，留校擔任自籌經費的講師，教授自然哲學與天文學。一八六四年，他的妹妹病逝。吉布斯寫道：「我的眼睛逐漸看不清許多東西了。」他決定遠離這傷心地，遂於一八六五年前往歐洲。整合性的思考　　美國內戰結束後，工業更急速起飛，大學教育的目的，逐漸被要求必需配合工業發

8、展，講求實用。政府也認為培養實用的學生是高等教育最廉價的投資，又最能迅速的看到投資成果。吉布斯卻寫道：「科學研究的目的在精確地表達知識，準確地敘述事實。」又寫道：「喜愛用一種抽象的理論，去準確描述一個系統內發生的變化。」－16－　　這個系統是什麼呢？一八六六年，吉布斯寫道：「物質狀態的改變，如水變成冰，或變成蒸汽，既不受物質質量影響，也不受萬有引力影響，也非物質慣性所使然，因此一定有一個未知的因子在影響物質狀態的改變，甚至連物質的化學變化也受其影響。」物質狀態的改變，