改变阶段的艺术

150年前,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦公开讲座题为“分子”,出版自然同年。¹物理学家麦克斯韦分子非常的愿景:他称之为“特定物质的最小的部分”,认为他们是“无法增长或腐烂,一代或者销毁的。他们也虔诚的苏格兰长老会的版本:“基本成分的形象他一开始创建…天地”。

分子(已经)的研究开启了新的自然的观点,“麦克斯韦。部分原因是由于他自己的气体分子运动论,于1867年提出。但今年的主要原因确实是统计力学革命150周年,我们理解物质的阶段是一个麦克斯韦的论文读同年,深深影响了他,约翰内斯·Diderik范德瓦尔斯写的。

麦克斯韦动力学理论解释了长期以来的压力之间的关系,温度和体积的基础上的微观分子的速度是如何统计分布。在他的讲座,麦克斯韦尔承认,他的理论被路德维希大大发展和改进的玻耳兹曼,他在1872年的钟形分布表明,速度只是由麦克斯韦是承担的任何其他初始分布将不可避免地收敛于平衡。

有吸引力的想法

在这个理论中,分子被认为是小球,互动不直到他们接触并接受弹性碰撞。在一篇论文自然1874年,这种交互的麦克斯韦提出了一个更为复杂的观点:“我们有证据表明,气体分子相互吸引在某个小的距离,但当他们仍然是接近他们互相排斥。²振荡分子吸引和排斥的想法被罗杰Boscovich提议在18世纪,但确凿的证据麦克斯韦提到提供的范德瓦耳斯莱顿大学的博士论文提交给1873年,麦克斯韦立即检查自然。

形成密集的液态气体暗示必须有一些分子之间的吸引力

本文是刺激的实验化学家托马斯·安德鲁斯在贝尔法斯特在1860年代,表明液体和气体可以互换操作温度和压力不经过突然蒸发和冷凝的相变。范德瓦耳斯提出了第一个原因(如他所说)的气体和液体状态的连续性。形成密集的液态气体暗示必须有一些分子之间的吸引力。范德瓦耳斯把这样一支部队(现在以他的名字命名)到一个修改的状态方程有关的压力,体积和温度的液体。分子的短程排斥,与此同时,作为一个术语,占有限体积被分子本身。

诺贝尔的工作

这个新的状态方程暗示压强和体积之间的关系提供了两种可能的状态——一个密集,稀薄,但是这些不同密度随着温度的增加,越来越少,直到最终他们合并成一个单一的国家。这对应于二氧化碳的临界点被安德鲁斯。这样,范德瓦耳斯气体统一麦克斯韦玻耳兹曼的观点与理论承认的液体分子间吸引力,一个概念以前由皮埃尔西蒙拉普拉斯和托马斯·年轻,理解不了毛细现象。随后,范德瓦耳斯”理论是第一个“平均场理论”相变和临界现象的范围粒子的相互作用本质上是认为是无限的。从它流过许多想法中央到现代多体的物理,发现进入研究的磁性,超导、量子色动力学(夸克理论的核子)等等。的这个框架已经固有的范德瓦耳斯论文。当化学物理学家本Widom教授问1999年的一篇论文“我们知道范德瓦耳斯没有?”,他总结道:“不是。”³1910年,荷兰人被授予物理学(但它应该被化学呢?)诺贝尔奖。

范德瓦耳斯无法回答一个问题是如何确定他状态方程曲线上的点液体转换为气体的地方。麦克斯韦解决这个问题在1875年与他平等领域的规则定义的循环曲线的过渡点。⁴他支付证明方面的平衡过渡的解释自由能提供的两个国家在另一个具有里程碑意义的1873年的论文,由美国化学家约西亚威拉德·吉布斯。⁵吉布斯暗示的全部工作P,V,T液体和气体之间的关系是由弯曲的表面在三维空间中定义。1874年麦克斯韦对它很着迷,他有一个石膏模型制作和寄给吉布斯在耶鲁大学,它仍然在显示。