威廉·吉奥克（1949年诺贝尔化学奖得主）

威廉·吉奥克

出生	1895年5月12日，加拿大安大略省尼亚加拉瀑布城
逝世	1982年3月28日（86岁），美国加利福尼亚州伯克利
国籍	美国（生于加拿大）
身份	化学家
获奖年份	1949年
奖项类别	诺贝尔化学奖
获奖理由	对物质在极低温度下行为的研究，特别是绝热退磁方法

威廉·弗朗西斯·吉奥克（William Francis Giauque，1895—1982），美国物理化学家，低温化学和热力学的先驱。他因"对物质在极低温度下行为的研究，特别是绝热退磁方法"获得1949年诺贝尔化学奖。

生平

1895年5月12日，吉奥克出生于加拿大安大略省尼亚加拉瀑布城。父亲威廉·弗朗西斯·吉奥克（同名）、母亲伊莎贝拉·邓肯·麦克尼尔都是加拿大人。1908年，全家移居美国密歇根州，后迁至加利福尼亚州。

1914年，吉奥克从高中毕业后在加州尼亚克（Niagara）的联合碳化物公司洛杉矶工厂工作了一年。1916年他进入加州大学伯克利分校学习化学工程，但入学不久后因美国参加第一次世界大战而应征入伍。他在美国陆军化学战部队服役，没有直接参与战斗。

战后回到伯克利，1920年获得化学工程学士学位，1922年获得化学硕士学位，同年与默特尔·米克（Myrtle Meek）结婚。1922年他在华盛顿特区短暂工作后返回伯克利，师从吉尔伯特·N·刘易斯（Gilbert N. Lewis，著名化学家、路易斯结构式提出者）攻读博士学位。1924年获得博士学位，博士论文题目是《熵和无机化合物的一些热化学特性》。

此后吉奥克在伯克利化学系工作了整整60年。他从讲师做起，1929年晋升为助理教授，1930年副教授，1934年正教授，直到1962年正式退休。退休后他仍然每天到实验室工作，直到80多岁。

1982年3月28日，吉奥克在伯克利家中因病逝世，享年86岁。

学术生涯

吉奥克的学术生涯几乎完全专注于一个领域——极低温度下物质性质的研究。他的核心贡献是发明并应用"绝热退磁"（adiabatic demagnetization）方法来获得超低温。

绝热退磁法的原理与应用

此方法基于以下物理原理：某些顺磁性盐类在强磁场中磁化时，其磁矩沿磁场方向排列，释放热量（相当于压缩）。如果在保持磁场的状态下将热量移除（等温磁化），然后突然撤去磁场（绝热退磁），磁矩重新随机排列，吸收能量，导致温度的急剧下降。

1926年，荷兰物理学家彼得·德拜（Peter Debye）和美国物理化学家吉奥克分别独立提出了绝热退磁冷却的概念。吉奥克和他的学生们花了数年时间建造实验装置，最终在1933年成功验证了这一方法，将温度降到接近绝对零度——达到当时的极致低温0.25 K（开尔文，约-273°C）。

这一突破使科学家能够研究物质在绝对零度附近的行为，包括超导性、超流性等量子现象。吉奥克实验室获得的0.25 K温度在数年内都是世界纪录。

热力学研究

在低温领域之外，吉奥克对热力学做出了重要贡献。他精确测定了氧、氮、氯等气体的熵值，并通过低温热容量的精确测量验证了热力学第三定律。他确定了氯元素有两种同位素（氯-35和氯-37）及其丰度——这是化学家对同位素存在的早期确证之一。

同位素发现

1929年，吉奥克和赫里克·约翰斯顿（Herrick Johnston）通过分析大气氧的吸收光谱，发现了氧的两种重同位素——氧-17和氧-18。这一发现十分重要，因为此前人们假设氧原子量是整数，而氧同位素的发现说明了天然元素由同位素混合而成，重新定义了原子量基准。

获奖成就

1949年诺贝尔化学奖授予吉奥克，以表彰他"对物质在极低温度下行为的研究，特别是绝热退磁方法"。评委会特别指出他的方法使实验温度降至接近绝对零度，为研究物质的量子性质打开了大门。

吉奥克的其他重要荣誉包括：当选美国国家科学院院士（1936年）；获得美国化学学会奖章（1937年）；获得富兰克林奖章（1946年）；获得美国化学学会的肯德基奖章（1952年）等。加州大学伯克利分校的化学学院以他的名字命名了"吉奥克大楼"。

历史贡献

吉奥克的工作开辟了"极低温化学"这一全新领域。绝热退磁法至今仍是获得毫开尔文（mK）和微开尔文（μK）量级温度的核心技术。在材料科学中，它使研究者能够观察超导性、超流性、磁有序等量子现象。

在标准状态热力学中，吉奥克和他在伯克利团队精确测定了多种重要物质的标准熵值，这些数据对化学热力学和化学工程具有基础性意义。他测得的氧的熵值后来被用作国际温标标定的参考之一。

他对氧同位素的发现在地质学、古气候学中意义重大——氧-18/氧-16比值被广泛用于研究古温度变化。他精确测定的原子量修正了化学教科书中许多元素的原子量数据。

轶事典故 =

实验室的"低温之王"

吉奥克以其对实验精度的极致追求而闻名。他建造的低温实验装置极其复杂和精密，在1930年代没有任何现成的超低温设备可以购买。他带领研究生们亲手制作了几乎所有实验设备——包括特制的磁体、真空系统、气体液化器和杜瓦瓶。

从寒带到寒极

吉奥克出生于尼亚加拉瀑布城——一个以冬季寒冷著称的地方。也许这使他对于"冷"有一种天然的亲近。他的学生们半开玩笑地说，吉奥克选择低温研究是因为他"不怕冷"。吉奥克本人则说："我想知道物质的极限在哪里。"

幸运的化学工程

吉奥克最初在伯克利学习化学工程，这对他后来建造精密的低温实验装置具有决定性作用。他在工程实践方面的能力远超当时的纯化学同行，这使他在设计和制造低温设备方面占据了独特的优势。

参考文献

1. Johnston, H. L. (1982). William Francis Giauque. Biographical Memoirs of the National Academy of Sciences, 53, 251-285. 2. Giauque, W. F., & Debye, P. (1926). A New Method for the Attainment of Very Low Temperatures. Journal of the American Chemical Society, 48, 1873-1894. 3. Nobel Foundation. (1949). The Nobel Prize in Chemistry 1949. 4. Giauque, W. F., & Johnston, H. L. (1929). The Isotopes of Oxygen. Nature, 123, 318-319. 5. Hildebrand, J. H. (1982). William Francis Giauque, 1895-1982. Physics Today, 35(9), 81-82.