Кіріспе

Неміс физигі және физикалық химигі (1864–1941)

Вальтер Герман Нернст (; 25 маусым 1864 – 18 қараша 1941) – неміс физигі және физикалық химигі, термодинамика, физикалық химия, электрохимия және қатты дене физикасы саласындағы еңбектерімен танымал. Оның Нернст жылу теоремасын жасауы термодинамиканың үшінші заңының дамуына ықпал етті, осы еңбегі үшін ол 1920 жылы химия бойынша Нобель сыйлығын алды. Ол сонымен қатар 1887 жылы Нернст теңдеуін жасағандығымен белгілі. Ол 1887 жылы Цюрих, Берлин, Грац және Вюрцбург университеттерінде физика мен математиканы оқып, докторлық диссертациясын қорғады. 1889 жылы Лейпциг университетінде абилитациясын аяқтады.

Алғашқы жылдар

Нернст Батыс Пруссиядағы Бризенде (қазіргі Польшадағы Вабрзезно қаласында) Густав Нернст (1827–1888) және Оттильи Нергер (1833–1876) отбасында дүниеге келді. Әкесі ауылдық судья болған. Нернсттің үш үлкен әпкесі мен бір кіші інісі болды. Оның үшінші әпкесі холерадан көз жұмды. Нернст Грауденц (қазіргі Грудзенц) қаласындағы бастауыш мектепке оқыды.

Зерттеулер

Нернст 1883 жылы Цюрих университетінде бакалавриатты бастады, содан кейін Берлиндегі қысқа үзілістен кейін Цюрихке қайта оралды. Ол өзінің диссертациясын Грац университетінде жазды, онда Людвиг Болцман профессор болып жұмыс істеді, бірақ оны Альберт фон Эттингаузен басқарды. Олар Эттингхаузен және Нернст эффекттерін ашты: температура градиенті бар металл өткізгішке перпендикуляр магнит өрісі қолданылғанда электр потенциалының айырмашылығы пайда болады, ал керісінше, электр потенциалының айырмашылығы жылу градиентін тудырады. Кейін Фридрих Кольрауш басшылығымен Вюрцбург университетіне көшті, онда диссертациясын тапсырып, қорғады.

Кәсіби мансап

Вильгельм Оствальд оны Лейпциг университетінің алғашқы физикалық химия кафедрасына шақырды. Нернст көмекші болып сол жерге көшіп, ерітінділердегі электр тогының термодинамикасын зерттеді. Лектор болып тағайындалғаннан кейін ол қысқа ғана уақыт Гейдельберг университетінде оқыды, сосын Геттинген университетіне ауысты. Үш жылдан соң оған Мюнхенде профессорлық қызмет ұсынылды, оны Пруссияда қалдыру үшін үкімет Геттингенде оған жеке кафедра ашты. Ол жерде ол ағылшын, француз және орыс тілдеріне аударылған «Теоретикалық химия» атты белгілі оқулығын жазды. Сондай-ақ, иондардың тең емес концентрацияларынан туындайтын электр потенциалын сипаттайтын Нернст теңдеуін шығарды, бұл теңдеу мембрана арқылы иондардың өтуіне қатысты. Оның теңдеуі жасуша физиологиясы мен нейробиологияда кеңінен қолданылады. Сол кезде қолданылып жүрген көміртекті электр шамдары жарығы аз және қымбат болатын, себебі шамның ішінде вакуум қажет еді. Нернст сирек кездесетін жер элементтерінің оксидтерінен жасалған қатты денелі сәуле шығарушы құрылмын ойлап тапты, ол Нернст шамдары деп аталды, және инфрақызыл спектроскопия саласында маңызды рөл атқарады. Шамның қыздырылуы тоқ өткізуге себеп болады. Шам 2-ден 14 микрометрге дейінгі толқын ұзындығында ең жақсы жұмыс істейді. Ол жарқын жарық береді, бірақ тек қыздырылғаннан кейін ғана. Нернст патенттің құқығын бір миллион маркаға сатты, авторлық төлемдерден бас тартты, себебі жақын арада инерт газға толы вольфрам шамдары пайда болды. 1898 жылы ол өзінің байлығымен өмір бойына ие болған он сегіз автомобильдің біріншісін және бес жүз гектардан астам жерді аулау үшін сатып алды. Ол автомобильдерінің қуатын арттыру үшін карбюраторға азот оксидін қосатын цилиндрді орнатты. Геттингенде өткен он сегіз жемісті жылдан кейін, осмостық қысым мен электрохимияны зерттеген және нерв жүйесінің жұмыс істеу механизмі туралы теория ұсынғаннан кейін, ол Берлинге көшіп, «Геймрат» атағын алды. 1905 жылы ол «Жаңа жылу заңы» деп аталатын термодинамиканың үшінші заңын ұсынды. Ол температура абсолюттік нөлге жақындағанда энтропия нөлге жақындаса, ал еркін энергия нөлден жоғары болатынын көрсетті. Бұл оның ең маңызды жұмысы болып саналады, себебі ол химиктерге химиялық реакциялардың еркін энергиясын (сонымен қатар тепе-теңдік нүктелерін) жылу өлшеулер арқылы анықтауға мүмкіндік берді. Теодор Ричардс Нернст оның идеясын ұрлап алғанын мәлімдеді, бірақ аталған жаңалықты ашқандық үшін Нернстке көбінесе құрмет көрсетіледі. Нернст Кайзер Вильгельммен жақын қарым-қатынас орнатып, оны ғылымды дамыту үшін Кайзер Вильгельм қоғамын құруға көндірді, қоғамға бастапқы капитал ретінде он бір миллион марка бөлді. Нернст зертханасы төмен температурада нақты жылудың күрт төмендеп, абсолюттік нөлде жоғалып кететінін анықтады. Бұл құлдырау сұйықтықтар мен қатты денелер үшін 1909 жылы Альберт Эйнштейннің криогендік температурадағы нақты жылудың кванттық механикасы туралы мақаласында болжаған болатын. Нернст бұл жаңалыққа қатты әсер еткендіктен, 1909 жылы Цюрихке дейін сапар шегіп, сол кезде Цюрихте аса танымал болмаған Эйнштейнмен кездесті, сондықтан адамдар: «Егер ұлы Нернст Берлиннен Цюрихке дейін онымен сөйлесу үшін келсе, Эйнштейннің ақылды екені анық» деді. Нернст пен Планк Берлинде арнайы профессорлық лауазым құруға ұсыныс жасады және Нернст оның қаржыландырылуына үлес қосты. 1913 жылы олар Эйнштейнге осы лауазымды қабылдауға көндіру үшін Швейцарияға сапар шекті, бұл Германияның ең беделді университетінде оқыту міндетінен босатылған және ғылыми зерттеулерге толыққандай мүмкіндік беретін арман болған. 1911 жылы Нернст пен Макс Планк Брюссельде бірінші Солвей конференциясын ұйымдастырды. Келесі жылы импрессионист суретші Макс Либерман оның портретін салды.

Бірінші дүниежүзілік соғыс

1914 жылы Нернстерлер жеке вагонмен өздерінің ауылдық үйіне шақырып алған әріптестері мен студенттерімен бірге болғанда, соғыс жарияланғанын естіді. Олардың үлкен ұлдары екеуі әскерге қатысты, ал әкесі ерікті жүргізушілер корпусына тіл бітірді. Ол, қарсыластарының варварлыққа тартатын айыптамаларына қарсы, «Тоқсан үштің манифестіне» қол қою арқылы неміс армиясын қолдады. 1914 жылдың 21 тамызында ол Берлиннен Франциядағы неміс әскерінің оң жақ бөлімінің қолбасшысына құжаттар жеткізді, және екі апта бойы олармен бірге жылжыды, Париждің шамдары түнде көріне бастағанша. Марна шайқасы кезінде жағдай өзгерді. Оқшауланған қазбалардағы соғыс басталғанда, ол үйіне қайтты. Ол оқ-дәріге жауапты полковник Макс Бауэрге, жауынгерлерді көз жасырын газ шығаратын снарядтармен қорғандарынан шығару туралы идеясын ұсынды. Оның идеясы сыналып жатқанда, бақылаушылардың бірі Фриц Хабер болды, ол көп снарядтар қажет болады және ауадан ауыр улы газ бұлтын тарату тиімдірек болар еді деп мәлімдеді. 1915 жылдың 22 сәуіріндегі алғашқы хлорлық газ шабуылына күшті жаяу әскердің шабуылы ілеспеді, сондықтан газдың соғыстың барысын өзгерту мүмкіндігі жойылды. Нернст екінші дәрежелі Темір крестпен марапатталды. Императорлық Германия армиясының ғылыми кеңесшісі ретінде ол жарылғыш заттарды зерттеуге жетекшілік етті, оның көп бөлігі оның лабораториясында жасалды, онда гуанидин перхлораты ойлап табылды. Содан кейін ол қазба минометтерін жасаумен айналысты. Ол Темір крестің бірінші дәрежесімен және кейіннен Pour le Mérite орденімен марапатталды. Жоғары қолбасшылық шексіз су асты кемелері соғысын бастауды қарастырғанда, ол Кайзерден АҚШ-тың қарсыласы ретіндегі орасан зор әлеуеті туралы ескертуге рұхсат сұрады. Олар тыңдамады, генерал Эрих Людендорф оны «компетентсіздік» деп айқайлады.

Ғылыми зерттеулерге қайта оралу

Нернст өзінің "Жаңа жылу теоремасының негіздері" атты кітабын жариялады. 1918 жылы фотохимияны зерттегеннен кейін атомдық тізбекті реакция теориясын ұсынды. Онда, мақсатты молекулаларды одан да көп еркін атомдарға ыдырата алатын еркін атомдар түзілетін реакция тізбекті реакцияға алып келеді делінген. Оның теориясы ядролық бөлінудің табиғи процесімен тығыз байланысты. 1920 жылы ол отбасымен бірге қысқа мерзімге шетелге қашып кетті, себебі ол одақтастардың соғыс қылмыскерлері тізіміндегі ғалымдардың бірі болған. Кейін сол жылы ол термохимия саласындағы еңбектері үшін химия бойынша Нобель сыйлығын алды. 1921–1922 жылдары Берлин университетінің ректоры болып сайланды. Ол жас ғалымдарға мемлекеттік және жеке қаражатты бағыттау үшін мекеме құрды және АҚШ-тағы елші болу ұсынысын қабылдамады. Екі қиын жыл бойы ол Physikalisch Technische Reichsanstalt (Ұлттық физикалық зертхана) президенті болды, онда ол "орташалық пен бюрократияның араласуына" төтеп бере алмады. 1924 жылы ол Берлиндегі Физикалық химия институтының директоры болды. 1927 жылы төмен температурадағы жылу сыйымдылығының төмендеуі газдарға да қатысты екені анықталды. Ол ғарыштық сәулелер мен космология теорияларын зерттеді. Баспасөз хабарламасында ол "мүлдем музыкаға бейім емес" деп сипатталғанымен, Нернст 1930 жылы Бехштейн және Сименс компанияларымен бірлесіп Neo Bechstein Flügel электропианосын жасады, онда дыбыс тақтасын вакуумдық құбырлы күшейткіштермен алмастырды. Пианино электр гитарасындағыдай, электромагниттік сенсорларды қолданып, электрондық түрде өзгертілген және күшейтілген дыбысты шығарды. Шындығында, ол пианист болған және кейде Эйнштейннің скрипкасына қосылып ойнаған.

Антисемитизмнің көтерілуі

1933 жылы Нернст бірге жұмыс істеуге ниеттенген әріптесі еврей болғандықтан жұмыстан босатылғанын естіді. Нернст дереу Хабердің институтында қызметке өтініш беру үшін оны іздеп барды, аталған институт үкімет бақылауында болмаған еді, бірақ Хабер Англияға көшіп кетіп бара жатқанын білді. Көп ұзамай Нернст өзінің нәсілдік тегін анықтау үшін үкіметтік нысанды толтырудан бас тартқаны үшін қиын жағдайға түсті. Ол профессорлық қызметтен зейнетке шықты, бірақ Кайзер Вильгельм институтының кеңесінен де шығарылды. Ол елде тыныш өмір сүрді; 1937 жылы Оксфорд университетіне құрметті доктор дәрежесін алу үшін сапар шекті, сондай-ақ үлкен қызы, күйеуі және үш немересімен кездесті. 1939 жылы Нернст ауыр жүрек талмасына ұшырады. 1941 жылы Шығыс Пруссияның (қазіргі Польшадағы Нивица) Гау қаласында қайтыс болды және үш рет жерленді. Алғаш рет ол қайтыс болған жерге жақын жерге жерленді. Бірақ оның денесі Берлинге көшіріліп, екінші рет жерленді. Соңында оны тағы көшіріп, Германияның Геттинген қаласында Макс Планк, Отто Хан және Макс фон Лауе қабірінің жанына жерледі.

Жеке өмір және отбасы

Нернст 1892 жылы Эмма Ломейерге үйленді, олардың екі ұлы мен үш қызы болды. Нернсттің екі ұлы да Бірінші дүниежүзілік соғыста қаза тапты. Лейпциг университетіндегі әріптестері Якобс Хенрикус ван’т Хофф және Сванте Аррениуспен бірге химияда жаңа теориялық және тәжірибелік зерттеулердің негізін қалады, сондай-ақ жаһандық температураны көтеру үшін пайдаланылмаған көмір қабаттарын өртеуді ұсынды. Ол Адольф Гитлерді және нацизмді ашық сынады, ал оның үш қызының екеуі еврейлерге үйленді. Гитлер билікке келгеннен кейін олар эмиграцияға кетті, біреуі Англияға, екіншісі Бразилияға.

Тұлға

Нернсттің жаңа жаңалықтарды өнеркәсіпке қолдану жолдарын іздеуге бейімділігі болған делінеді. Оның хоббилері аң аулау және балық аулау еді. "Оның жеке кабинеті мен зертханасы әрқашан оның әріптестері 'максималды энтропия күйі' деп атаған ең жоғары дәрежедегі тәртіпсіздікке толы болар еді".

Құрметтер

1923 жылы ботаник Игнац Урбан Мексикадан шыққан, Рубиасея тұқымдасына жататын және оның құрметіне аталған Nernstia гүлді өсімдіктер туысын жариялады.

Жарияланымдар

Вальтер Нернст, "Теориялық химияны негіздеу: тоғыз мақала (1889–1921)" (Гер., Begründung der Theoretischen Chemie : Neun Abhandlungen, 1889–1921). Франкфурт-на-Майне : Verlag Harri Deutsch, ш. 2003. Вальтер Нернст, "Жаңа жылу теоремасының теориялық және тәжірибелік негіздері" (Гер., Die theoretischen und experimentellen Grundlagen des neuen Wärmesatzes). Галле [Гер.] W. Knapp, 1918 [ауд. 1926]. [ред., бұл Берлин университетінің физика-химия институтының термодинамикалық мақалаларының тізімі (1906–1916); Гай Барр аудармасы бар. Вальтер Нернст, "Авогадро заңы және термодинамика тұрғысынан теориялық химия" (Гер., Theoretische Chemie vom Standpunkte der Avogadroschen Regel und der Thermodynamik). Штутгарт, F. Enke, 1893 [5-ші басылым, 1923].

Пайдаланған дереккөздер

Стоун, А. Дуглас (2013) Эйнштейн және квант. Принстон университеті баспасы.