热力学第三定律——能斯特定理

热力学第三定律可表述为：

热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时将趋于定值，而对于完整晶体而言，这个定值为零。

它又被称为能斯特定理。

所以这一节，我们从瓦尔特·赫尔曼·能斯特（Walther Hermann Nernst）的故事讲起。

1864年6月25日，能斯特出生于西普鲁士的布里森（现属波兰）。他父亲是一名乡村法官。他曾分别在苏黎世大学, 柏林大学, 格拉茨大学和维尔茨堡大学学习物理和数学。于 1887获得其博士学位，1889年，在莱比锡大学完成其博士后研究。

瓦尔特·赫尔曼·能斯特

在当时社会上照明使用的是碳丝灯，昏暗而昂贵的，因为它需要将灯泡内抽成真空。经过一段时间的实验，能斯特发现使用钨当作灯丝，能够使灯泡更亮并且寿命更长，并由此获得了匈牙利的专利，而能斯特也足以称得起“知识就是财富”的典范，他以100万马克的价格出售了这项专利，这真是笔巨大的财富，要知道当时普通民众工资才50马克/月。1898年，能斯特用他的财富购买了他有生之年拥有的18辆汽车中的第一辆，他在车上装了一个汽缸，增加了早期汽车的动力。并购买了500多公顷的乡村地产，供他打猎。

优渥的生活条件可以让他安心做点研究啦。于是在1905年，他提出了他的“新热定理”，也就是热力学第三定律。他指出，当温度接近绝对零度时，熵接近零，而自由能保持在零度以上。这是他最值得记住的工作，因为它使化学家能够通过对热量的量测，确定化学反应中的自由能，进而确定反应平衡。能斯特也因此获得了1920年的诺贝尔化学奖。

化学反应

同时能斯特与威廉一世（普鲁士国王，德意志帝国皇帝）交好，其为能斯特争取到了1100万马克的科学进步基金以供其进行研究。能斯特实验室发现在低温下，物质的比热容下降明显，而且很可能在绝对零度时消失。而早在1906年爱因斯坦发表的一篇论文中，曾预测了这种低温状态下液体和固体比热容的下降。理论与试验完美的契合，能斯特对此印象深刻，他从柏林一直找到爱因斯坦位于苏黎世的住处。当时爱因斯坦在苏黎世名声还没那么大，因此人们说：“如果伟大的能斯特从柏林一路来到苏黎世与他交谈，那么说明爱因斯坦一定是个聪明的人。”

1918年，在学习光化学之后，他提出了原子链式反应理论。当形成自由原子的反应能够将目标分子分解成更多的自由原子时，就会产生链式反应。该理论与核裂变理论极为相似。

原子弹爆发的蘑菇云

1939年，能斯特患了严重的心脏病，于1941年去世。

能斯特曾发现一个有趣的事情，发现热力学第一定律的有三个人（迈尔、焦耳和亥姆霍兹），发现热力学第二定律的有两个人（克劳修斯和开尔文），而发现热力学第三定律的只有他一个人，所以他断定，不存在热力学第四定律。

据说，能斯特具有敏感的机械思维，他总是在思考如何将新的发现应用于工业中。他的爱好包括打猎和钓鱼。他的朋友阿尔伯特·爱因斯坦曾说“能斯特具有孩子般的虚荣与自大，我经常被他逗得捧腹大笑”。“他自己的研究和实验室总是呈现极端混乱的场面”，他的同事们恰当地称之为“最大熵状态”。

能斯特提出的热力学第三定律，虽不如热力学第一、第二定律应用广泛，但仍对很多学门有重要意义——特别是在物理化学领域，如化学反应过程中，化学平衡常数K值的计算就是以热力学第三定律为基础的。