Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Вальтер Герман Нернст (нем. Walther Hermann Nernst, 25 июня 1864[2][3][…], Вомбжезьно, провинция Пруссия[1] — 18 ноября 1941[2][3][…], Бад-Мускау, Саксония[4]) — немецкий физик и химик. Профессор и академик. Лауреат Нобелевской премии по химии (1920) «в признание его работ по термодинамике».
Содержание
Биография
Нернст был сыном Густава Нернста (1827—1888) и Оттилии (1833—1876), дочери Карла Августа Нергера и Августы Сперлинг. Его отец был судьёй в городе Грудзёндз. В 1892 году Нернст женился на Эмме Лохмайер (1871—1949), дочери Гёттингенского профессора медицины и хирурга Фердинанда Лохмайера (1826—1911) и Минны Амалии Августы Гейне-Гедерслебен. В этом браке появились на свет три дочери, Хильдегард (1894—1955), Эдит (1900—1980) и Ангела, и два сына, Рудольф (погиб в 1914) и Густав (погиб в 1917). Оба сына погибли в Первой мировой войне. В Гёттингене Нернст в 1899 году купил автомобиль, который был первым частным автомобилем в городе. Другими пристрастиями Нернста были охота и разведение карпов. В 1898 году Нернст продал патент на лампу Нернста Всеобщей электрической компании (нем. AEG). Он вложил крупную сумму из этих средств на развитие институтов Гёттингена. И AEG, и сам Нернст пропагандировали лампу во всём мире, так что она появилась на Всемирной выставке в Париже (1900) и в США на ярмарках в Буффало (1901) и Сент-Луисе (1904).
В 1905 году Нернст на своём автомобиле переехал из Гёттингена в Берлин, и в 1907 году купил первое своё поместье Ритц в Тройенбрицене. В 1918 году он приобрёл винокуренный завод и дворянское поместье в Темплине. После его продажи в 1919 году, он приобрёл в 1922 году усадьбу Обер-Цибелле в Мускау, куда он и уехал после выхода на пенсию в 1933 году. При нацистском режиме всем было ясно, что Нернст не являлся его сторонником. Он не делал из этого секрета и из-за этого он стал причиной скандала, когда отказался на заседаниях Берлинской академии наук петь «песню Хорста Весселя». Нернст потерял своё место в сенате Общества кайзера Вильгельма и был исключён из других академических институтов, принадлежащих национал-социалистам, насколько это было возможно. И, в конечном итоге, он отказался от поместья в Карлсбаде. Те учёные, которые остались в Германии, в частности Макс фон Лауэ, посещали его в Обер-Цибелле, также как и его дочь Эдит. Когда началась Вторая мировая война, стало невозможно иметь прямую почтовую связь между Нернстом и его дочерями Анжелой, которая была в Бразилии, и Хильде, которая жила в Лондоне, поэтому в качестве связующего звена выступал его друг Вильгельм Пальмайер, который жил на тот момент на нейтральной территории Швеции. В 1939 году Нернст перенёс инсульт и его здоровье резко ухудшилось. В 1941 году Нернст сжёг свои личные заметки, вероятно потому, что он боялся, что после его смерти они могли попасть в руки нацистов и скомпрометировать других людей. Нернст умер 18 ноября 1941 года в своём поместье. Его жена позже говорила, что сразу же после потери сознания он скончался. Одними из последних его слов было: «Я всегда был за правду». После кремации в Берлин-Вильмерсдорф урна оставалась до 1951 года в Обер-Цибелле, а после она была похоронена в семейной могиле на городском кладбище Гёттингена, в непосредственной близости от других известных учёных, таких как Макс Планк и Макс фон Лауэ.
За несколько дней до объявления войны Германской империей в США New York Times опубликовала некролог Нернсту. В нём говорилось, что Нернст положителен в своей неповторимости, изобретательности и смелости мышления, воплощённой в эпохе, в которой немецкому учёному всё ещё дозволено думать и говорить свободно. Эйнштейн сформулировал по-другому:
Несмотря на то, что Нернст иногда давал волю детскому тщеславию и самодовольству, у него было великолепное и безошибочное понимание сути вещей, и каждый разговор с ним выявлял новые интересные аспекты. То, что в особенности отличало его от большинства своих соотечественников, это его удивительная свобода от предрассудков. Нернст судил обстоятельства и дела людей, как и их самих, по их воздействию и влиянию, а не в соответствии с социальными или нравственными идеалами своего времени. Те, кто был лично знаком с Нернстом, говорили, что никого похожего никогда не встречали.
Студенты Нернста, однако, воздерживались от хвалебных некрологов. Помимо своего участия в Газовой войне, в которой Нернст сыграл определённую роль, каждый, кто прошёл путь образования с ним, имеет свои травмы: Нернст получил в своё время прозвище Кронос, потому что он, как и греческий бог, готов был «поглотить» и своих сыновей, и учеников[5]. Вдова Нернста получила от Королевского общества в Лондоне, по пути через Швейцарию, письмо с соболезнованиями.
Научные коллеги Нернста из музея факультета химии Гёттингенского университета опубликовали насмешливо-критическое повествование[6], которое, вероятнее всего, вышло из-под пера Лотте Варбурга[7]. Тридцать лет назад Нернст написал сказку с названием «Между пространством и временем», в которой обманутый король стреляет в парочку влюблённых, физика и королеву, в космическом пространстве. Пуля летела со скоростью света, так как «по расчётам исследователя, пуля наполнилась неизменной любовью»[8].
Научные достижения
Образование
После окончания средней школы в Грудзёндзе Нернст стал изучать естественные науки[9] в Цюрихе (Швейцария), Берлине и Граце. В 1883 году в Швейцарии он обучался физике у Генриха Фридриха Вебера (1843—1912), математике — у Арнольда Мейера (1844—1896) и химии — у Виктора Мерца (1839—1904). В 1885 году он переехал в Берлин и продолжил обучение физике у Рихарда Бёрнштейна, математике у Георга Геттнера и химии у Генриха Ландольта. С 1886 года Нернст стал углублять свои знания в области физики с Людвигом Больцманом. Совместно с Альбертом фон Эттингсгаузеном и математиком Генрихом Штрайнцом, находясь в Граце, они открыли эффект, который вскоре был назван эффектом Эттингсгаузена-Нернста[10].
Для дальнейшего обучения и защиты докторской диссертации в конце 1886 года Фридрих Кольрауш предложил Нернсту поехать в Вюрцбург, поскольку Технический университет в Граце получил право на проведение защиты диссертаций только в 1902 году. Уже в мае 1887 года Нернст получил докторскую степень по теме «Об электродвижущих силах, которые порождаются магнетизмом, в пронизанных потоком тепла металлических дисках»[11]. В середине 1887 года Нернст вместе со Сванте Аррениусом вернулся в Грац. В это же время в Грац приехал Вильгельм Оствальд, чтобы навестить своего друга Аррениуса. В результате такого стечения обстоятельств Нернст принял предложение Оствальда защитить хабилитационную диссертацию в Лейпциге.
23 октября 1889 года Нернст защитил свою хабилитационную диссертацию по теме «Электродвижущая сила ионов» в Лейпциге, которая подтверждала идеи Аррениуса и разработанную Оствальдом уточняющую модель об ионах.
В 1890 году Нернст недолгое время преподавал в университете Гейдельберга, затем перешёл в университет Гёттингена, где с ассистентом Эдуардом Рикке был с 1891 года доцентом, а в 1895 году стал профессором. В 1905 году он стал профессором физической химии в Берлинском университете и пробыл там с 1924 года по 1932 год на кафедре физической химии. C 1905 года и до своей смерти Нернст являлся действительным членом Королевской Прусской академии наук, в 1920—1921 годах — ректор Берлинского университета и с 1922 года по 1924 год — президент Физико-технического государственного института.
Электрохимия
В его работе, выполненной вместе с Вильгельмом Оствальдом, рассмотрены сосуды с разными концентрациями одинаковых ионов[12]. Ионы из более концентрированного раствора из-за диффузии переходят в раствор с более низкой концентрацией. При диффузии катионы или анионы могут опережать друг друга. Но из-за того что раствор всегда должен быть электрически нейтральным, противоположно заряженные ионы стремятся компенсировать разницу заряда. Вследствие этих процессов на границе раздела фаз образуется потенциал диффузии.
Основываясь на работах Сванте Аррениуса и Вант-Гоффа в 1889 году Нернст, в своей хабилитационной диссертации, описал процессы в гальванических элементах. Так же как давление пара над раствором или осмотическое давление между растворами различной концентрации, в гальванических элементах существует электрическое давление раствора, которое пропорционально концентрации электролита. Так, если в ячейке Даниэля в качестве одного электрода взять менее благородный металл, например, цинк, то положительные ионы цинка самопроизвольно перейдут в раствор, в результате чего этот электрод зарядится отрицательно. На благородном же электроде, например, на медном, давление раствора мало, и поэтому положительные ионы меди из раствора осядут на нём, а заряд электрода из-за этого станет положительным. Если два электрода соединить электрически, то вследствие такого распределения заряда потечёт электрический ток. Нернст описал этот электрохимический процесс с помощью дифференциального уравнения[13]. Решение данного уравнения известно как уравнение Нернста. Это уравнение справедливо не только для гальванических элементов, но и для любых окислительно-восстановительных реакций, а также связывает электрохимию и термодинамику.
В 1891 году Нернст сформулировал закон распределения Нернста[14]. Закон устанавливает зависимости распределения вещества между двумя несмешивающимися жидкостями. Это находит применение в хроматографии и экстракции.
В 1892 году Нернст исследовал разность потенциалов на границе раздела фаз, например, на границе серебра и хлорида серебра[15]. Нернст вместе с Паулем Вальденом установил зависимость между диссоциацией солей и кислот в различных растворителях от диэлектрической проницаемости этих растворителей[16].
В 1893 году он написал «Учебник по теоретической химии». А в 1895 году вместе с Артуром Морицем Шёнфлисом «Введение в математическую обработку естественных наук».
Нернст предложил отказаться от поисков стандарта электродного потенциала и вместо этого определять все потенциалы по отношению к потенциалу платинового электрода в 1н растворе кислоты[17]. Предложение было воспринято с одобрением: нормальные потенциалы с тех пор определяются относительно такого электрода.
В 1907 году Нернст занимался расчётами диффузионного слоя при электролизе[18]. Толщина данного слоя теперь носит название «Диффузионного слоя Нернста».
Другие области физической химии
Кроме электрохимии Нернст проводил исследования и в других областях физической химии, например, изучал кинетику процессов в гетерогенных газовых системах и жидких кристаллах[19]. Кроме того, Нернст обнаружил, что энергии света достаточно для разложения молекул хлора и водорода и образования молекул хлористого водорода[20]. Тем самым он внёс неоценимый вклад в квантовую механику Макса Планка.
Третий закон термодинамики
В 1905 году в своей лекции в Берлинском университете Нернст сформулировал третий закон термодинамики (тепловая теорема Нернста, теорема Нернста). Официально он представил свою теорию 23 декабря 1905 года в Королевском обществе наук в Гёттингене. В дальнейшей формулировке Макса Планка: энтропия при абсолютном нуле равна нулю. Следствием этого утверждения является недоступность абсолютного нуля температуры.
Другие исследования
В 1893 году в Гёттингене Нернст изобрёл новый метод измерения диэлектрической проницаемости. В 1897 году он изобрёл лампу, которая была названа лампа Нернста. Также он изучил практически значимые для автомобилей химические процессы в двигателях внутреннего сгорания и в результате исследований предложил впрыск закиси азота для увеличения производительности. Он участвовал в разработке первого электрического фортепиано, которое называется Бехштейн-Сименс-Нернст-Флюгель (Нео-Бехштейн).
В 1921 году в лекции «Вселенная в свете современных исследований», прочитанной им в Берлинской академии, используя по аналогии работы Э.Барнарда и Д.Джинса, поставил вопрос о том, возможно ли определённое квазистационарное состояние Галактики, при котором в процессе разрушения одних звёзд высвобождается столько же вещества, сколько его тратится на формирование других, образующихся в это же время[21].
Деятельность в области военных исследований
Нернст оставил мало записей и переписок частного характера, поскольку незадолго до смерти он уничтожил все документы и переписки, которые находились в его распоряжении[5][22]. Поэтому не остаётся практически ничего другого, кроме как распоряжаться данными из «третьих рук» для понимания его личных мыслей и решений.
Военный энтузиазм
В мае 1914 года Нернст был на лекционном турне в Южной Америке. Едва он вернулся оттуда, как в начале августа 1914 года началась Первая мировая война. Нернст принял активное участие в военных действиях, как и большинство остального населения, в том числе большинство немецких профессоров. В то время ему было уже около пятидесяти лет, однако даже в Берлине он был одним из немногих, у кого имелся личный автомобиль. Поэтому он сразу же вступил в Императорский добровольческий автомобильный корпус[23] в качестве водителя. Как вольноопределяющийся он пытался самостоятельно практиковать надлежащее поведение[24]:
Так он маршировал перед своим домом взад и вперёд и учился под контролем (его жены) правильному приветствию. В момент прощания с институтом он всё ещё испытывал волнение. Все сотрудники вышли на Бунзен-штрассе, чтобы уже проститься с Нернстом, как тот внезапно вышел из машины и окрикнул заведующего складом. Выяснилось, что он хотел взять большее количество резиновых пробок, чтобы он мог закупоривать отверстия, если враг обстреляет его бензобак.
Таким образом, Нернст, как «бензиновый лейтенант», принимал участие в продвижении немецких войск на Париж вплоть до сентября 1914 года — битвы на Марне. Этот период жизни, биограф описывает так:
Во время Первой мировой войны Нернст отдаёт в распоряжение свою рабочую силу армии[25].
Комиссия Нернста и Дуйсберга
Об участии Нернста в военных исследованиях существуют противоречивые сведения.
Так, майор Макс Бауэр специалист по артиллерии, руководитель Отдела II тяжёлой артиллерии, миномётчик и заведующий боеприпасами верховного командования, уже в сентябре 1914, опасаясь «нехватки взрывчатых веществ » при более длительной войне, исследовал возможность их компенсирования за счёт использования прекурсоров как химического оружия. Далее Бауэр во второй половине сентября 1914 года предложил начальнику генерального штаба Эриху фон Фалькенхайну исследовать химическое оружие в окопной войне. При этом он думал об оружии, которое «включает твёрдые, жидкие и газообразные компоненты, которые наносят вред врагам или вовсе делают их небоеспособными». Это должно было стать началом введения химического оружия в Германии. Фалькенхайн тут же одобрил это предложение. В связи с этим он пригласил Нернста, чтобы узнать его мнение по этому вопросу. Нернст сразу «с удовольствием» согласился сотрудничать, а также заключил контракт с Карлом Дуйсбергом, химиком, совладельцем и гендиректором фабрики «Фридрих Бауер и Ко» в Леверкузене. Дуйсберг приступил к делу не сразу из-за технических проблем, но затем так же сотрудничал с Нернстом[26][27].
Из сведений другого источника следует, что после неудачи на Марне, Нернст сам предложил свои услуги немецкой армии в Берлине. При этом он проявлял большой интерес к делу[28].
Помимо этого есть убеждение, что вскоре после назначения на пост прусского военного министра генерал Эрих фон Фалькенхайн призвал Нернста и эксперта артиллерии майора Теодора Михелиса для «повышения эффективности снарядов». Нернст также привлёк к этому делу своего давнего знакомого химика и промышленника Карла Дуйсберга[29].
Так или иначе, вскоре были решены юридические, организационные и технические вопросы и 19 октября 1914 года Нернст, как представитель науки, подписал секретное соглашение с названием «Дианизидин-соглашение», которое также было подписано представителем военного министерства (майором в Большом штабе Теодором Михелисом) и представителем химической промышленности (Карлом Дуйсбергом). На следующий день Фалькенхайн мог уже сказать Прусскому министерству о том, что «потенциал артиллерии будет расти». Нернст тогда состоял в батальоне Полевой артиллерии I, позже просто I. В армии сформировалась группа артиллеристов, готовых проводить тестирование нового оружия. Позже и с другими учёными, офицерами и промышленниками были проведены консультации, и с середины 1915 года группа неофициально была названа «Наблюдательная и экзаменационная комиссия подрывных и стрелковых снарядов»[30].
Фриц Габер поначалу также состоял в комиссии, однако вскоре получил собственные поручения и средства[31]. Главным образом через него, а также через институты общества кайзера Вильгельма (KWG) в годы Первой мировой войны практически все знаменитые физики, химики и биологи были вовлечены в военные исследования[32]. Нернст и Габер конкурировали друг с другом за государственное признание и, следовательно, за финансирование[33]. И даже несмотря на то, что Нернст, в связи со своей специальностью, был в основном занят разработками снарядов и орудий, они часто пересекались с Габером, в основном из-за химических и организационных вопросов. Работа Нернста в этой сфере продолжалась несколько лет, он занимался не только улучшением снарядов и орудий, но также и другими химическими аспектами, например, разработкой отравляющих и даже смертельно действующих веществ.
Фонд военно-технических наук кайзера Вильгельма
Основанный кайзером Вильгельмом в 1916 году фонд военно-технических наук вернулся к совместной деятельности с химической промышленностью, благодаря одному из основателей общества кайзера Вильгельма Фридриха Шмидт-Отта и главы общества кайзера Вильгельма по физической химии и электрохимии Фрица Габера. Основная задача фонда была являться центральной инстанцией в военных исследованиях, данная задача никогда не выполнялась, однако шесть специальных комиссий в строго секретной обстановке способствовали военным исследованиям. Нернст был руководителем специальной комиссии III (физика), которая в том числе занималась баллистическими вопросами новых химических снарядов и поведением освобождённых боевых отравляющих веществ при различных температурах. Фриц Габер был руководителем специальной комиссии II (химические боевые отравляющие вещества). В 1920 году Нернст входил в комиссию, которая создала новый устав учреждения и имела менее компрометирующее название «Фонд технических наук кайзера Вильгельма»[34].
Нелетальные отравляющие вещества
Уже в октябре 1914 года на основе испытаний комиссии были разработаны «Ni-пули» на полигоне в Ван вблизи Кёльна, которые при детонации испускали порошкообразную смесь гидрохлорида дианизидина и хлор-сульфонат дианизидина (Ni-содержащий), что раздражало глаза и дыхательную систему. «Ni-пули» получили кодовое название «Чихательный порошок». Благодаря Карлу Дуйсбергу через несколько дней было произведено большое количество таких снарядов и уже 27 октября 1914 года они стали применяться впервые под надзором Нернста с западной стороны в битве при Нев-Шапель. Однако использование таких снарядов не наносило какого-либо существенного ущерба противнику. Настолько же безрезультатно было и использование гранат в январе 1915 года, которые содержали жидкое вещество, раздражающее глаза — ксилилбромид, и, так как они основывались на исследованиях химика Ханса Таппена, назывались «T-гранаты». Однако впоследствии использовались снаряды с другими раздражителями[27]. Обстрел гранатами с раздражающим веществом по инициативе Нернста скоро дополнился, а потом и вовсе был заменён, на обстрел большим количеством раздражителя из заполненных канистр. Для этих целей он разработал соответствующие пневматические миномёты и убедился в их действенности при фронтовых использованиях 30 июля и 1 августа 1915 года на пойманных противниках[5].
Вскоре после этого Нернст за «проведённые военные научные исследования» был награждён Железным крестом. В Берлинской иллюстративной газете сообщалось:[35].
|
|