Biografia di Danilo Domenici
Josiah Willard Gibbs nacque a New Haven, Connecticut, l’11 febbraio 1839.
Entrò all’Università di Yale all’età di 15 anni, e si laureò in matematica e astronomia a 19. A causa dell’astigmatismo e di problemi polmonari non fu coscritto nella guerra civile del 1861-65, e poté rimanere a Yale a dedicarsi agli studi. Nel 1863 fu il primo americano ad ottenere un dottorato di ricerca in ingegneria con una tesi dal titolo “Sulla forma dei denti delle ruote negli ingranaggi cilindrici”. Dopo il dottorato Yale gli offrì un posto come tutor per insegnare latino e filosofia naturale, cioè fisica.
Finito il tutoraggio passò un periodo di studi in Europa, visitando le università di Parigi, Berlino e Heidelberg, ed entrando in contatto con scienziati come Karl Weierstrass, Gustav Kirchhoff, Hermann von Helmholtz e Robert Bunsen dai quali apprese la chimica e la termodinamica. Tornato negli USA, nel 1871 fu nominato professore di fisica matematica a Yale, carica che ricoprì fino alla morte.
Nel 1873 pubblicò i suoi primi due lavori: “Metodi grafici nella termodinamica dei fluidi” e “Un metodo di rappresentazione geometrica delle proprietà termodinamiche delle sostanze per mezzo di superfici”, in cui introduce per la prima volta i diagrammi di fase. Gli articoli, pur importanti, passarono inosservati negli USA, mentre a Cambridge James Clerk Maxwell rispose in maniera entusiastica, inserendo i diagrammi di Gibbs nel suo trattato “Teoria del Calore” del 1875. La collaborazione a distanza tra Gibbs e Maxwell terminerà con la morte prematura di quest’ultimo nel 1879.
Tra il 1875 e il 1878 pubblicò, in due parti, una monumentale monografia da titolo “Sull’equilibrio di sostanze eterogenee” in cui trattò in dettaglio tutta la termodinamica dei sistemi chimici multi-fase e applicò la termodinamica per mettere in relazione tutta una serie di fenomeni chimico-fisici che prima apparivano isolati, dandone una solida interpretazione teorica. Il volume, di 300 pagine, contiene 700 equazioni matematiche ed è stato descritto come i “Principia” della termodinamica. Tuttavia, poiché fu pubblicato su una rivista di scarsa diffusione come “Transaction of the Connecticut Academy” e a causa del carattere schivo di Gibbs e del suo modo solitario di lavorare, il suo impatto sul mondo scientifico arrivò solo molti anni dopo.
Dal 1880 al 1884 si dedicò al calcolo vettoriale, introducendo il prodotto scalare e quello vettoriale tra vettori e l’operatore differenziale nabla. Questi studi furono pubblicati solo come note private ad uso dei suoi studenti e solo nel 1901 apparvero in un libro di testo (“Analisi vettoriale”, a cura di Edwin Wilson) diventando strumenti diffusissimi ancora oggi in elettrodinamica e in meccanica dei fluidi.
Dal 1882 al 1889 pubblicò 5 articoli di fisica ottica, in cui si schierò a favore della teoria elettromagnetica di Maxwell della luce contro la teoria meccanica di Lord Kelvin e altri.
Nel 1902 pubblicò un altro lavoro seminale: “Principi Elementari di Meccanica Statistica”, in cui coniò il termine meccanica statistica, introdusse concetti fondamentali come il potenziale chimico e l'ensemble statistico, e ricavò tutte le leggi della termodinamica a partire dalle proprietà statistiche dei sistemi di molte particelle.
Gibbs morì a New Haven il 28 aprile 1903. Albert Einstein lo definì “la più grande mente nella storia americana”.