知识是研究的终结。
Walther Hermann Nernst是一位德国化学家,以其在热力学、物理化学、电化学和固体物理学方面的工作而闻名。他对Nernst热定理的表述有助于为热力学第三定律铺平道路,因此他获得了1920年诺贝尔化学奖。他还因在1887年开发Nernst方程而闻名。
生活与职业
早年
Nernst出生于西普鲁士的Briesen,现为波兰的Wąbrzeźno,父母是Gustav Nernst(1827-1888)和Ottilie Nerger(1833-1876)。他的父亲是一位乡村法官。Nernst有三个年长的姐妹和一个年幼的弟弟。他的第三个姐妹死于霍乱。Nernst在Graudenz上小学。他在Zürich、Berlin、Graz和Würzburg大学学习物理和数学,并在Würzburg大学获得博士学位(1887年)。1889年,他在Leipzig大学完成了教授资格考试。
个人属性
据说Nernst在机械方面很有天赋,他总是在思考如何将新发现应用于工业。他的爱好包括狩猎和钓鱼。他的朋友Albert Einstein对他的"幼稚的虚荣心和自满"感到忍俊不禁。"他自己的书房和实验室总是呈现出极度混乱的状态,他的同事们恰当地称之为'最大熵状态'"。
家族历史
Nernst于1892年与Emma Lohmeyer结婚,他们有两个儿子和三个女儿。Nernst的两个儿子都在第一次世界大战中阵亡。与他在Leipzig大学的同事Jacobus Henricus van't Hoff和Svante Arrhenius一起,他建立了化学新理论和实验研究领域的基础,并建议点燃未使用的煤炭来提高全球温度。他是Adolf Hitler和纳粹主义的直言不讳的批评者,他的三个女儿中有两个与犹太男性结婚。Hitler上台后,她们移居海外,一个去了英国,另一个去了巴西。
职业生涯
Nernst于1883年开始在Zurich大学学习,之后在Berlin中断一段时间后,他返回了Zurich。他在Graz完成论文,Boltzmann在那里是教授,但他在Ettinghausen的指导下工作。他们发现了Nernst效应:当垂直于温度梯度中的金属导体施加磁场时,会产生电位差。随后,他移居到Kohlrausch所在的Würzburg提交并辩护了他的论文。Ostwald将他招募到Leipzig的第一个物理化学系。Nernst作为助手搬到那里,从事溶液中电流热力学的工作。晋升为讲师后,他在Heidelberg短暂任教,然后移居Göttingen。三年后,他被慕尼黑提供教授职位,为了将他留在普鲁士,政府在Göttingen为他创建了一个教席。在那里,他撰写了一部著名的教科书《理论化学》,该书被翻译成英文、法文和俄文。他还推导了Nernst方程,用于计算由膜两侧离子浓度不相等而产生的电位,该膜对离子是可渗透的。他的方程在细胞生理学和神经生物学中被广泛使用。
当时使用的碳电灯丝灯很暗且昂贵,因为它需要灯泡内的真空。Nernst发明了一种稀土氧化物灯丝的固体辐射器,称为Nernst发光体,它在红外光谱学领域仍然很重要。灯丝的欧姆连续加热导致传导。该发光体在2至14微米的波长范围内工作效果最佳。它发出明亮的光,但需要一段预热时间。Nernst以一百万马克的价格出售了该专利,明智地选择不要求专利费,因为不久之后充有惰性气体的钨丝灯被引入。凭借这笔财富,Nernst在1898年购买了他一生中拥有的十八辆汽车中的第一辆,以及一个面积超过五百公顷的乡村庄园用于狩猎。他通过携带一个一氧化二氮气瓶来增加早期汽车的动力,可以将其注入化油器。在Göttingen度过十八年富有成效的时间,调查渗透压和电化学,并提出了神经如何导电的理论后,他搬到了Berlin,并获得了Geheimrat的头衔。
1905年,他提出了他的"新热定理",后来被称为热力学第三定律。他证明了当温度接近绝对零度时,熵接近零——而自由能保持在零以上。这是他最著名的工作,因为它使化学家能够从热测量中确定自由能,从而确定化学反应的平衡点。Theodore Richards声称Nernst窃取了他的想法,但Nernst几乎被普遍认为是该发现的发现者。Nernst与Kaiser Wilhelm变得友好,他说服他创立了Kaiser Wilhelm Gesellschaft促进科学发展,初始资本为一千一百万马克。Nernst的实验室发现在低温下比热大幅下降,可能在绝对零度时消失。这种下降是在Albert Einstein关于极低温下比热的量子力学的1909年论文中预测的。Nernst印象深刻,他一路前往Zurich拜访Einstein,后者在1909年在Zurich相对不为人知,所以人们说:"如果伟大的Nernst从Berlin一路来到Zurich与他交谈,Einstein一定是个聪明的家伙。"Nernst和Planck游说在Berlin建立一个特殊教授职位,Nernst为其捐赠了资金。1913年,他们前往Switzerland说服Einstein接受它;这是一份梦想工作:在德国顶尖大学担任有名字的教授,无需教学义务,使他可以自由进行研究。

1911年,Nernst和Max Planck在Brussels组织了第一次Solvay会议。第二年,印象派画家Max Liebermann为他画了肖像。
1914年,Nernst夫妇在他们的乡村庄园里招待他们用私人铁路车厢带来的同事和学生,此时他们得知战争已宣布。他们的两个年长儿子参加了军队,而父亲加入了志愿驾驶队。他通过签署《九十三人宣言》来支持德国军队反对对手的野蛮指控。1914年8月21日,他将文件从Berlin驾车送到了在France的德国右翼指挥官,与他们一起前进了两周,直到他能看到Paris灯光的光芒。在Marne战役中局势反转。当堑壕中的僵局开始时,他返回了家。他与负责弹药的参谋官Colonel Max Bauer联系,提出了用释放催泪瓦斯的炮弹将防御者赶出堑壕的想法。当他的想法被尝试时,其中一个观察者是Fritz Haber,他辩称需要太多炮弹,释放一团比空气重的有毒气体会更好;1915年4月22日的第一次氯气云攻击没有得到强大的步兵推进的支持,所以气体打破僵局的机会已经无法挽回地消失了。Nernst被授予铁十字勋章二级。作为Imperial German Army的参谋科学顾问,他指导了爆炸物的研究,其中大部分是在他的实验室中进行的,他们开发了高氯酸胍。随后他从事了壕沟迫击炮的开发。他获得了铁十字勋章一级和后来的Pour le Mérite勋章。当高层司令部正在考虑发动不受限制的潜艇战争时,他请求Kaiser给他一个机会来警告美国作为对手的巨大潜力。他们不听,Ludendorff为了"无能的废话"而向他大喊。他出版了他的书《新热定理的基础》。两个儿子都在前线阵亡。
1918年,在研究光化学后,他提出了原子链反应理论。它指出,当形成可以将目标分子分解成更多自由原子的反应中的自由原子时,就会导致链反应。他的理论与核裂变的自然过程密切相关。

1920年,他和他的家人短暂地逃往国外,因为他是盟军战犯名单上的科学家之一。同年晚些时候,他因对热化学的贡献而获得诺贝尔化学奖。他被选为1921-1922年Berlin大学校长。他成立了一个机构来为年轻科学家提供政府和私人资金,并拒绝成为美国大使。他在Physikalisch-Technische Reichsanstalt国家物理实验室担任主席两年,这段时间很不愉快,他无法应对"平庸和官僚主义的混合"。1924年,他成为Berlin物理化学研究所的主任。
1927年,低温时比热的降低扩展到气体。他研究了宇宙射线和宇宙学的理论。
尽管一份新闻稿将他描述为"完全没有音乐天赋",Nernst在1930年与Bechstein和Siemens公司合作开发了一台电子钢琴"Neo-Bechstein-Flügel",用真空管放大器替代了音板。该钢琴使用电磁拾音器以与电吉他相同的方式产生电子修改和放大的声音。事实上,他是一名钢琴家,有时伴奏Einstein的小提琴。
1933年,Nernst得知一位他希望与之合作的同事因为是犹太人而被系主任开除。Nernst立即乘坐出租车去见Haber,要求在他的研究所获得职位,该研究所不受政府控制,却只得知Haber正在移居England。很快,Nernst因拒绝填写一份政府关于种族来源的表格而陷入困境。他从教授职位上退休,但被赶出了Kaiser Wilhelm研究所的董事会。他在乡村生活得很平静;1937年他前往Oxford获得荣誉学位,同时拜访了他的长女、她的丈夫和他的三个孙子。Nernst在1939年患上了严重的心脏病。他在1941年去世,埋葬在Göttingen的Germany,靠近Max Planck、Otto Hahn和Max von Laue。
出版物
- Walther Nernst,《理论化学的推理:九篇论文1889-1921》德文,Begründung der Theoretischen Chemie : Neun Abhandlungen, 1889–1921。Frankfurt am Main : Verlag Harri Deutsch, c. 2003. ISBN 3-8171-3290-5
- Walther Nernst,《新热定理的理论和实验基础》德文,Die theoretischen und experimentellen Grundlagen des neuen Wärmesatzes。Halle。[编者注,这是来自Berlin大学物理化学研究所1906-1916年的热力学论文清单;可获得的Guy Barr译本 LCCN 27-2575
- Walther Nernst,《从Avogadro定律和热力学的观点看理论化学》德文,Theoretische Chemie vom Standpunkte der Avogadroschen Regel und der Thermodynamik。Stuttgart, F. Enke, 1893。LCCN po28-417

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