热力学第三定理是如何让爱因斯坦一举成名的？ _爱因斯坦

热力学第三定律与量子力学
【热力学第三定理是如何让爱因斯坦一举成名的？】01 热力学第三定律一、前言
1911 年 10 月下旬，31 岁的阿尔伯特·爱因斯坦参加了一个名为“索尔维大会”的精英会议，讨论量子力学。?有多精英？好吧，当时在场的 23 位科学家中有四位已经获得了一两次诺贝尔奖，另外五位最终将获得诺贝尔奖。?在这次会议的三年前爱因斯坦还是一名专利文员。他得不到大学里面的教授工作。?当时的科学界正在慢慢关注他的相对论，但对他激进的光量子理论反应却非常冷淡。
▲ 图1.1.1 索尔维大会上的科学家
那么爱因斯坦在会议上的表现如何？? 为什么早在 1911 年就有关于量子力学的会议呢？答案与一位名叫瓦尔特·能斯特的化学家有关，他创造了热力学第三定律。?什么是热力学第三定律？能斯特为什么要创造它？热力学定律是如何让爱因斯坦进入精英会议的？?让我们听Kathy 老师讲讲其中的有趣故事吧。
二、能斯特
能斯特长得很有趣，个头矮小，体型富态，十分招人喜欢，但他顽固的脾气也尽人皆知。? 例如，人们给能斯特起了外号叫做克罗诺斯，这是一个吃了自己孩子的希腊天神，能斯特狠起来也能吃了他的研究生。?罗伯特·密立根 ( ) 是能斯特的研究生，他在能斯特的讣告中写道，能斯特的外号主要在实验室人群中流行。密立根也承认 “在学术界，能斯特总喜欢“与某人”发生争吵。”? 能斯特也因其匆忙草率性格以及实验室中的外号而闻名，他的同事将他的“极度混乱的方面” 称为“最大熵状态” 。
▲ 图1.2.1 瓦尔特·能斯特
顺便说一句，熵是衡量系统无序或混乱的指标。? 物理学家有描述混乱的方程式。? 尽管能斯特的行为凌乱不堪，但他非常擅长实验，更有全局观和前瞻性。例如，在1897年，30 岁出头的能斯特发明了一种新型电灯，并明智地坚持为电灯收取巨额费用而不是版税。
假设当时能斯特来到美国，碰到爱迪生，?问爱迪生购买他的灯泡要付多少钱？? 这个问题问的爱迪生哑口无言。能斯特满脸笑容说道： “我需要一百万马克，” ?爱迪生尴尬的说：“你是一个奸商。”
有钱有名的能斯特可以自由地研究任何他想研究的东西。在 1900 年代初期，他决定专注于利用空气中的氮气制造氮肥。自 1898年以来，这是大多数化学家的共同感兴趣的技术。?留着漂亮胡子的魅力四射的英国科学家威廉·克鲁克斯 ( ) 准确预测到：目前的耕作方法正在耗尽土壤中的氮，并且随着人口增长，土地就无法产出足够的粮食，形成的饥荒会导致百万人死亡。?克鲁克斯随后引用这句话激励了那一代化学家，“通过实验室中的技术进步，饥饿最终变成丰衣足食。”
▲ 图1.2.2 能斯特研究氮肥技术三、热力学第三定律
能斯特开始研究不同压力和温度下的许多不同化学反应。能斯特知道，在绝对零度下，他所研究的物质特性应该趋于相同，?因为他有一个等式，这些特性之间的差等于温度乘以熵。这里的熵描述无序或混乱的程度。
▲ 图1.3.1 能斯特关于温度乘以熵的物理量
然而，在 1905 年 12 月，据说是在某次课程中，能斯特说了这句话，?“根据这些特征量变化趋势，随着温度降低，它们在数值上趋于相同，此时温度还没有达到0点，这说明什么呢？这说明在温度降低到绝对零熵也变为零。? 几个月后，这个定理被称为热力学第三定律。
如果熵为零，这到底意味着什么？ ?好吧，正如能斯特的传记作者在 1973年形象的描述的那样，“ 第三定律将绝对零度”从完全静止的状态“转变为完美有序的状态” 。?能斯特将其称为热定理，尽管它更像是一个热假设，因为它完全基于实验数据，而不是任何理论。