约翰内斯·范德瓦耳斯（1910年诺贝尔物理学奖得主）

约翰内斯·范德瓦耳斯（1910年诺贝尔物理学奖得主）

约翰内斯·范德瓦耳斯 Johannes van der Waals
出生	1837年11月23日 荷兰莱顿
逝世	1923年3月8日（85岁） 荷兰阿姆斯特丹
国籍	荷兰
身份	物理学家
获奖年份	1910年
奖项类别	诺贝尔物理学奖
获奖理由	对气体和液体状态方程的研究

生平

约翰内斯·迪德里克·范德瓦耳斯1837年11月23日出生于荷兰南荷兰省莱顿（Leiden）。他的父亲是当地一名木匠，家庭境况并不富裕。范德瓦耳斯早年并没有机会接受正统的科学教育，他先是担任小学教师以维持生计，同时利用业余时间自学数学和物理。

尽管起步晚于同代人，但范德瓦耳斯的学习能力极为出色。1862年至1865年间，他在莱顿大学旁听了许多课程，按照当时荷兰大学的制度，没有古典语言证书的他无法正式注册为学生。直到1873年，荷兰议会修改了大学入学政策，允许那些拥有特殊才能但没有古典语言证书的人获取博士学位，范德瓦耳斯才得以正式注册。1873年6月14日，36岁的范德瓦耳斯以一篇题为《关于气体和液体连续性的博士论文》获得博士学位，这篇论文后来成为物理学史上的经典之作。

获得博士学位后，范德瓦耳斯于1877年被任命为阿姆斯特丹大学物理学教授。他在阿姆斯特丹一直工作到1908年退休。1923年3月8日，范德瓦耳斯逝世于阿姆斯特丹，享年85岁。

学术生涯

范德瓦耳斯学术生涯的起点正是他那篇里程碑式的博士论文。此前的物理学界对气体和液体的理解被一个根本性问题所困扰：为什么存在"临界温度"（critical temperature），超过这个温度无论如何加压气体都无法液化？法国物理学家安德烈-玛丽·安培和英国物理学家詹姆斯·焦耳等人曾做出理论尝试，但均未成功。

范德瓦耳斯的独创之处在于他引入了两个关键修正。首先，他认为真实气体分子并非数学上无体积的质点，而是具有有限体积的球体，因此实际可压缩体积是容器体积减去分子自身所占体积。其次，他引入分子间吸引力（即"范德瓦耳斯力"）的概念，认为分子之间的相互吸引会减小分子撞击器壁的动量，从而降低实际测量到的气压。基于这两个修正，他推导出了著名的范德瓦耳斯方程（van der Waals equation）：(P + a/V²)(V - b) = RT。

这一方程统一描述了气态和液态，解释了临界点的存在和物质的连续性。范德瓦耳斯方程不仅是理论物理的里程碑，也推动了一系列实验进展。1877年，也就是范德瓦耳斯论文发表四年后，路易·卡耶泰（Louis Cailletet）和拉乌尔·皮克泰（Raoul Pictet）分别独立成功液化了氧气。1898年，詹姆斯·杜瓦（James Dewar）成功液化了氢气。这些成就都直接或间接受到范德瓦耳斯理论的指导。

获奖成就

1910年，范德瓦耳斯获得诺贝尔物理学奖，"以表彰他对气体和液体状态方程的研究"。他是继洛伦兹和塞曼（1902年获奖）之后第三位获得诺贝尔物理学奖的荷兰科学家。诺贝尔奖颁奖词中高度赞誉范德瓦耳斯方程为"物理学史上最著名且最具影响力的方程之一"。

范德瓦耳斯获奖时已年逾七旬。他在斯德哥尔摩的获奖演讲中回顾了自己四十年前撰写博士论文的心路历程，强调了分子间作用力这一概念从"大胆假设"到"公认事实"的演变过程。评审委员会认为，范德瓦耳斯的研究不仅奠定了气体和液体行为的统一理论基础，还为低温物理和气体液化提供了清晰的方向——这正是后来昂内斯（1913年获奖）成功液化氦气的理论基石。

历史贡献

范德瓦耳斯的理论贡献远远超出了他最初的研究范围。他引入的"分子间作用力"概念后来演化为物理化学中一个基础课题——范德瓦耳斯力（van der Waals force）。20世纪中叶，弗里茨·伦敦（Fritz London）用量子力学对色散力给出理论解释后，范德瓦耳斯力被细分为取向力、诱导力和色散力三种类型，成为理解分子间相互作用的核心框架。

范德瓦耳斯方程本身也为化学工程提供了重要的工具。尽管后来出现了更精确的状态方程（如雷德利希-邝氏方程、彭-罗宾逊方程等），但范德瓦耳斯方程最简洁明快地揭示了气体-液体连续性的本质。在物理化学教学中，范德瓦耳斯方程至今仍是学生理解非理想气体行为的标准入门模型。

范德瓦耳斯还影响了一系列后继理论：他的学生海克·昂内斯进一步将他的理论推广到极低温度；亨德里克·洛伦兹将其应用于电磁理论中的分子模型；他的"对应态原理"（principle of corresponding states）被广泛应用于热力学和统计物理中。范德瓦耳斯被视为"荷兰物理学黄金时代"的核心人物之一，与洛伦兹、塞曼、昂内斯、埃伦费斯特共同书写了19世纪末至20世纪初荷兰物理学的辉煌篇章。

轶事典故

范德瓦耳斯年轻时家境极为贫寒，全靠自学成才。成名后他并未忘记出身，经常资助来自贫困家庭但学业优异的学生。他常对学生说："你们的起点未必比我差，因为起点越低，每一步向上都更值得骄傲。"

范德瓦耳斯性格极其谦逊。当有人祝贺他获取诺贝尔奖时，他平静地说："我只是站在巨人的肩膀上——克莱佩隆、克劳修斯和开尔文勋爵的工作才是真正的基石。我只是把他们留下的缝隙填补了而已。"这种谦逊已是荷兰科学家群体的标志性品格。

他在阿姆斯特丹大学的教学以"缓慢但清晰"著称。学生们抱怨他的讲课速度太慢，但他解释说："我需要确保每个在座的学生——无论他是什么地方来的、有什么底子——都能理解。科学不应该是少数人的特权。"在他的课堂上，最后一排的学生也能一字不差地记下他的每一句话。

参考文献

1. Nobel Foundation: Johannes van der Waals – Biographical
2. J. D. van der Waals, "On the Continuity of the Gaseous and Liquid States", Nobel Lecture, 1910
3. M. J. Klein, "The Dutch Physical Society and the Rise of Dutch Physics"
4. 《热力学与统计物理学》，王竹溪，北京大学出版社
5. 《20世纪物理学史》第1卷，科学出版社
6. 吴大猷，《理论物理》第4册