Знание — это смерть исследования.
Вальтер Герман Нернст был немецким химиком, известным своими работами в области термодинамики, физической химии, электрохимии и физики твёрдого тела. Его формулировка теоремы тепла Нернста проложила путь к третьему закону термодинамики, за что он получил Нобелевскую премию по химии в 1920 году. Он также известен разработкой уравнения Нернста в 1887 году.
Жизнь и карьера
Ранние годы
Нернст родился в Брисене в Западной Пруссии, ныне Вомбжезно, Польша, у Густава Нернста (1827–1888) и Оттилии Нергер (1833–1876). Его отец был окружным судьей. У Нернста было три старшие сестры и один младший брат. Его третья сестра умерла от холеры. Нернст учился в начальной школе в Грауденце. Он изучал физику и математику в университетах Цюриха, Берлина, Граца и Вюрцбурга, где получил докторскую степень в 1887 году. В 1889 году он завершил свою хабилитацию в Лейпцигском университете.
Личные качества
Говорили, что Нернст был механически одарён в том смысле, что он всегда думал о способах применения новых открытий в промышленности. Его увлечения включали охоту и рыбалку. Его друг Альберт Эйнштейн был забавлен его «детской тщеславием и самодовольством». «Его собственный кабинет и лаборатория всегда представляли вид крайнего хаоса, который его сотрудники уместно назвали «состоянием максимальной энтропии»».
Семейная история
Нернст женился на Эмме Лохмейер в 1892 году, с которой у него было два сына и три дочери. Оба сына Нернста погибли в Первой мировой войне. Со своими коллегами в Лейпцигском университете, Якобусом Хенрикусом ван-т-Гоффом и Сванте Аррениусом, он способствовал развитию основ нового теоретического и экспериментального направления исследований в химии и предложил поджечь неиспользуемые угольные месторождения, чтобы повысить глобальную температуру. Он был откровенным критиком Адольфа Гитлера и нацизма, и две из его трёх дочерей вышли замуж за еврейских мужчин. После прихода Гитлера к власти они эмигрировали, одна в Англию и другая в Бразилию.
Карьера
Нернст начал учёбу в университете в Цюрихе в 1883 году, затем после перерыва в Берлине вернулся в Цюрих. Он написал свою диссертацию в Граце, где профессором был Больцман, хотя он работал под руководством Эттингхаузена. Они открыли эффект Нернста: магнитное поле, приложенное перпендикулярно металлическому проводнику в температурном градиенте, вызывает электрическую разность потенциалов. Затем он переехал в Вюрцбург под руководством Кольрауша, где представил и защитил свою диссертацию. Оствальд пригласил его в первый департамент физической химии в Лейпциге. Нернст переехал туда ассистентом, работая над термодинамикой электрических токов в растворах. Получив звание преподавателя, он преподавал недолго в Гейдельберге, а затем переехал в Гёттинген. Три года спустя ему предложили профессуру в Мюнхене, но для того чтобы сохранить его в Пруссии, правительство создало для него должность в Гёттингене. Там он написал знаменитый учебник «Теоретическая химия», который был переведён на английский, французский и русский языки. Он также вывел уравнение Нернста для электрического потенциала, создаваемого неравномерной концентрацией ионов, разделённых мембраной, проницаемой для этого иона. Его уравнение широко используется в клеточной физиологии и нейробиологии.
Использовавшаяся тогда угольная электрическая нить накала была тусклой и дорогой, потому что требовала вакуума в колбе. Нернст изобрел твёрдотельный излучатель с нитью из оксидов редкоземельных элементов, известный как излучатель Нернста, который всё ещё важен в области инфракрасной спектроскопии. Непрерывный омический нагрев нити приводит к проводимости. Излучатель работает лучше всего на длинах волн от 2 до 14 микрометров. Он даёт яркий свет, но только после периода прогрева. Нернст продал патент за один миллион марок, мудро не выбрав отчисления, поскольку вскоре появилась вольфрамовая нить накала, заполненная инертным газом. Благодаря своему богатству, Нернст в 1898 году купил первый из восемнадцати автомобилей, которыми он владел в течение жизни, и поместье площадью более пятисот гектаров для охоты. Он увеличивал мощность своих ранних автомобилей, используя цилиндр с оксидом азота, который он мог впрыскивать в карбюратор. После восемнадцати плодотворных лет в Гёттингене, занимаясь исследованием осмотического давления и электрохимии и представляя теорию проводимости нервов, он переехал в Берлин и получил титул Геймрата.
В 1905 году он предложил свою «Новую теорему тепла», позже известную как Третий закон термодинамики. Он показал, что по мере приближения температуры к абсолютному нулю энтропия приближается к нулю — при этом свободная энергия остаётся выше нуля. Это работа, за которую он лучше всего запомнен, поскольку она позволила химикам определять свободные энергии и, следовательно, точки равновесия химических реакций на основе измерений теплоты. Теодор Ричардс утверждал, что Нернст украл его идею, но Нернст почти повсеместно признан автором открытия. Нернст подружился с кайзером Вильгельмом, которого он убедил основать Немецкое общество по развитию наук с начальным капиталом в одиннадцать миллионов марок. Лаборатория Нернста открыла, что при низких температурах удельные теплоёмкости резко падают и, вероятно, исчезнут при абсолютном нуле. Это падение было предсказано для жидкостей и твёрдых тел в статье Альберта Эйнштейна 1909 года по квантовой механике удельных теплоёмкостей при криогенных температурах. Нернст был настолько впечатлён, что отправился в Цюрих, чтобы посетить Эйнштейна, который был относительно неизвестен в Цюрихе в 1909 году, поэтому люди говорили: «Эйнштейн должно быть очень умный парень, если великий Нернст приходит из Берлина в Цюрих, чтобы поговорить с ним». Нернст и Планк лоббировали учреждение специальной профессуры в Берлине и Нернст пожертвовал на её создание. В 1913 году они отправились в Швейцарию, чтобы убедить Эйнштейна принять её; работа мечты: именная профессура в лучшем университете Германии без преподавательских обязанностей, оставляющая его свободным для исследований.
В 1911 году Нернст и Макс Планк организовали первую Сольвеевскую конференцию в Брюсселе. В следующем году импрессионист Макс Либерман нарисовал его портрет.
В 1914 году Нернсты развлекали сотрудников и студентов, которых они привезли на свой загородный дом в частном железнодорожном вагоне, когда они узнали, что объявлена война. Их два старших сына вступили в армию, а отец вступил в добровольческий водительский корпус. Он поддержал немецкую армию, подписав «Манифест девяносто трёх» в ответ на обвинения противников в варварстве. 21 августа 1914 года он доставил документы из Берлина командующему немецким правым крылом во Франции, продвигаясь с ними две недели, пока не смог увидеть отблеск парижских огней ночью. Поворот произошёл в битве при Марне. Когда началась окопная война, он вернулся домой. Он связался с полковником Максом Бауэром, офицером штаба, отвечающим за боеприпасы, с идеей выгнать защитников из окопов снарядами с газом, вызывающим слёзы. Когда его идея была испытана, одним из наблюдателей был Фриц Габер, который возразил, что потребуется слишком много снарядов, лучше было бы выпустить облако более тяжёлого, чем воздух, ядовитого газа; первая атака хлором 22 апреля 1915 года не поддерживалась сильной пехотной атакой, поэтому возможность того, что газ разрушит окопную войну, была безвозвратно утеряна. Нернст был награждён Железным крестом второго класса. Как научный советник штаба Императорской немецкой армии, он руководил исследованиями взрывчатых веществ, большая часть которых велась в его лаборатории, где они разработали гуанидина перхлорат. Затем он работал над разработкой траншейных миномётов. Ему были присуждены Железный крест первого класса и позже «Орден Пруса». Когда высокое командование рассматривало введение неограниченной подводной войны, он попросил у кайзера возможность предупредить об огромном потенциале Соединённых Штатов как противника. Они не стали его слушать, Людендорф выгнал его криками о «некомпетентной ерунде». Он опубликовал свою книгу «Основания новой теоремы тепла». Оба сына погибли на фронте.
В 1918 году, изучив фотохимию, он предложил теорию атомной цепной реакции. Она утверждала, что когда в реакции образуются свободные атомы, которые могут разлагать целевые молекулы на дополнительные свободные атомы, это приводит к цепной реакции. Его теория тесно связана с естественным процессом ядерного деления.
В 1920 году он и его семья на краткое время бежали из страны, поскольку он был одним из учёных в списке военных преступников союзников. Позже в том же году он получил Нобелевскую премию по химии в признание его работ по термохимии. Он был избран ректором Берлинского университета на 1921–1922 годы. Он создал агентство для направления государственных и частных средств молодым учёным и отклонил предложение стать послом в Соединённых Штатах. В течение двух неудачных лет он был президентом Физико-технического имперского учреждения Национальной физической лаборатории, где не мог справиться с «смесью посредственности и бюрократии». В 1924 году он стал директором Института физической химии в Берлине.
В 1927 году снижение удельной теплоёмкости при низких температурах распространилось на газы. Он изучал теории космических лучей и космологии.
Хотя в пресс-релизе его описали как «совершенно немузыкального», Нернст разработал электрическое пианино, «Neo-Bechstein-Flügel» в 1930 году в сотрудничестве с компаниями Bechstein и Siemens, заменив деку электронными лампами. Пианино использовало электромагнитные звукосниматели для создания электронно модифицированного и усиленного звука так же, как электрогитара. Фактически он был пианистом, иногда аккомпанируя скрипке Эйнштейна.
В 1933 году Нернст узнал, что его коллега, с которым он надеялся сотрудничать, был уволен из департамента, потому что он был евреем. Нернст немедленно отправился на такси к Габеру, чтобы попросить должность в его Институте, который не контролировался правительством, только чтобы узнать, что Габер переезжает в Англию. Вскоре Нернст оказался в беде, отказавшись заполнить правительственную форму о его расовом происхождении. Он вышел в отставку с поста профессора, но был уволен из совета Немецкого общества имени кайзера Вильгельма. Он жил спокойно в деревне; в 1937 году он отправился в Оксфорд, чтобы получить почётную степень, посетив также свою старшую дочь, её мужа и трёх своих внуков. У Нернста было тяжелое сердечное заболевание в 1939 году. Он умер в 1941 году и похоронен рядом с Максом Планком, Отто Ганом и Максом фон Лауэ в Гёттингене, Германия.
Публикации
- Walther Nernst, «Обоснование теоретической химии: девять работ 1889–1921» Нем., Begründung der Theoretischen Chemie : Neun Abhandlungen, 1889–1921. Frankfurt am Main : Verlag Harri Deutsch, c. 2003. ISBN 3-8171-3290-5
- Walther Nernst, «Теоретические и экспериментальные основы новой теоремы тепла» Нем., Die theoretischen und experimentellen Grundlagen des neuen Wärmesatzes. Halle . [изд., это список термодинамических работ физико-химического института Берлинского университета 1906–1916; Перевод Guy Barr LCCN 27-2575
- Walther Nernst, «Теоретическая химия с точки зрения закона Авогадро и термодинамики» Нем., Theoretische Chemie vom Standpunkte der Avogadroschen Regel und der Thermodynamik. Stuttgart, F. Enke, 1893 . LCCN po28-417
.jpg)