瓦爾特·能斯特的科學(xué)人生

祁天杰 尹曉冬

一 引言

圖1.瓦爾特·赫爾曼·能斯特，1889 年攝，現(xiàn)存于美國史密森尼圖書館（Smithsonian Libraries）

瓦爾特·赫爾曼·能斯特（Walther Hermann Nernst，1864—1941，圖1）是德國著名物理學(xué)家、物理化學(xué)家和化學(xué)史家。他發(fā)現(xiàn)了能斯特方程，創(chuàng)造了能斯特?zé)簦岢龊屯晟屏藷崃W(xué)第三定律，能斯特因熱化學(xué)方面的工作獲得了1920 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。能斯特一生共獲得過86 次諾貝爾獎(jiǎng)提名，其中物理學(xué)10 次、化學(xué)76 次。能斯特1887 年擔(dān)任物理化學(xué)創(chuàng)始人之一奧斯特瓦爾德（Friedrich Wilhelm Ostwald，1853—1932）教授的助手，在他的實(shí)驗(yàn)室從事溶液化學(xué)領(lǐng)域研究。1890年成為哥廷根大學(xué)物理化學(xué)副教授，并在1895 年成為物理化學(xué)教授及系主任，建立了哥廷根大學(xué)物理化學(xué)研究所。1904 年成為德國政府樞密顧問，次年成為柏林大學(xué)的物理化學(xué)教授，并建立了一個(gè)物理化學(xué)研究所。1922 年，能斯特?fù)?dān)任德國帝國技術(shù)物理研究所（PTR）所長。1932 年成為英國皇家學(xué)會外籍會員。

外界的名聲與榮譽(yù)并不是能斯特追求的目標(biāo)，他的理想是在物理和化學(xué)兩門學(xué)科的交叉領(lǐng)域不斷進(jìn)行探究，將德國的物理化學(xué)發(fā)展成為一門真正的學(xué)科。目前國內(nèi)已有的文獻(xiàn)多集中在對他的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)的研究，本文利用能斯特的英文傳記、他本人的科學(xué)論著等文獻(xiàn)，結(jié)合德國科學(xué)的發(fā)展，概述瓦爾特·能斯特的成長經(jīng)歷和科研經(jīng)歷，試描述德國科學(xué)發(fā)展與他成功因素之間的關(guān)聯(lián)。

二 成長經(jīng)歷與科學(xué)道路

能斯特于1864 年6 月25 日出生在布里森（Briesen，今屬波蘭），來自一個(gè)顯赫的普魯士家庭。能斯特曾祖父約翰·大衛(wèi)·能斯特（Johann David）是村子里的牧師。他的祖父菲利普（Philipp Nernst）是騎兵少尉，父親古斯塔夫（Gustavus）是一名律師，母親是農(nóng)場主的女兒，能斯特是他們的第三個(gè)孩子。后來因?yàn)楣潘顾虮惶岚螢榭h法官，他們一家搬到了格勞登斯（Graudenz），這是一座邊境城鎮(zhèn)，位于維斯杜拉（Vistula）的左岸。能斯特在這里度過了他的童年，他時(shí)常在叔叔的農(nóng)場里度過愉快的周末和假期（[1]，pp.9—10）。

能斯特從小就表現(xiàn)出對科學(xué)的興趣，這與他在中學(xué)受到的培養(yǎng)是分不開的。1874—1883 年能斯特在格勞登斯的皇家新教中學(xué)（the Royal Protestant Gymnasium）學(xué)習(xí)，以優(yōu)異的成績畢業(yè)?；始倚陆讨袑W(xué)有較高的教學(xué)水平和豐富的圖書資源，在人文學(xué)科領(lǐng)域和科學(xué)領(lǐng)域有著豐富的資源與優(yōu)秀的教師（[1]，pp.11—12）。最初能斯特十分喜愛文學(xué)，尤其熱衷于詩歌、拉丁文學(xué)和戲劇藝術(shù)，對科學(xué)類課程不太感興趣。但是在化學(xué)老師的引導(dǎo)下，能斯特開始關(guān)注自然科學(xué)。當(dāng)學(xué)校的實(shí)驗(yàn)已漸漸不再能滿足他的興趣時(shí)，能斯特就在家中建了一個(gè)小實(shí)驗(yàn)室，自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這所學(xué)校是影響能斯特人生道路的第一個(gè)科學(xué)之地，在這里，他獲得了科學(xué)相關(guān)的基礎(chǔ)知識，對自然科學(xué)產(chǎn)生了濃厚的興趣。

德國大學(xué)自由的學(xué)術(shù)氛圍利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣，學(xué)子在追求學(xué)業(yè)的過程中還能夠有效地利用不同大學(xué)的優(yōu)秀教育資源，選擇性學(xué)習(xí)對自己有益的課程。能斯特大學(xué)時(shí)期在多所學(xué)校學(xué)習(xí)。1883 年的4—7 月能斯特成為了蘇黎世大學(xué)的一名學(xué)生，師從化學(xué)家維克多·梅茲（Victor Merz，1839—1904）①維克多·梅茲，瑞士化學(xué)家，在許多領(lǐng)域進(jìn)行研究，包括芳香劑的化學(xué)性質(zhì)。和數(shù)學(xué)家阿諾德·邁耶（Arnold Meyer）。同年10 月能斯特進(jìn)入柏林大學(xué)，聆聽了亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz，1821—1894）的熱力學(xué)課程，這為能斯特后期研究熱力學(xué)奠定了理論基礎(chǔ)。物理化學(xué)家漢斯·蘭多爾特（Hans Landolt）②漢斯·蘭多爾特，瑞士化學(xué)家，對化學(xué)價(jià)定律有顯著貢獻(xiàn)。他發(fā)現(xiàn)了碘鐘反應(yīng)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了質(zhì)量和能量守恒定律。是他在柏林大學(xué)的主要學(xué)術(shù)老師。名師的教導(dǎo)使能斯特在柏林大學(xué)了解與學(xué)習(xí)到了當(dāng)時(shí)前沿的物理知識和概念，這是他開始科學(xué)研究之路的開端。除了物理，能斯特還在柏林大學(xué)選修了化學(xué)和天文學(xué)的課程（[1]，p.18）。

1885 年能斯特前往格拉茨大學(xué)學(xué)習(xí)，在格拉茨大學(xué)的學(xué)習(xí)時(shí)光是他從理論學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`研究的重要階段。當(dāng)時(shí)玻爾茲曼（Ludwig Edward Boltzmann，1844—1906）教授在格拉茨大學(xué)授課，他的教學(xué)能力和科研實(shí)力吸引了能斯特慕名前來。能斯特本來想在格拉茨大學(xué)聽玻爾茲曼講述理論物理的課程，但是這個(gè)學(xué)期玻爾茲曼開設(shè)的是針對初學(xué)者的物理課程，所以1885—1887 年期間，玻爾茲曼推薦能斯特跟著他的一名學(xué)生埃庭斯豪森（Albert Von Ettingshausen）做研究。能斯特曾在1930 年的筆記中寫道：

……當(dāng)我（在1885 年秋天）去格拉茨時(shí)，我是為了參加當(dāng)時(shí)埃庭斯豪森教授、海因里希（Heinrich）和弗朗茲·斯特賴茨（Franz Streintz）、克萊門契奇（Klemencic）等人在格拉茨大學(xué)舉辦的理論物理講座……我也希望聽到玻爾茲曼的理論物理的講座……（[1]，pp.22—23）

這兩位物理學(xué)家的主要研究方向是電學(xué)和磁學(xué)，受到兩位老師的影響，能斯特開始了對電學(xué)與磁學(xué)的研究。能斯特還加入了埃庭斯豪森的實(shí)驗(yàn)研究中，這為他后來研究電化學(xué)奠定了理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，這也是他從優(yōu)秀的學(xué)生轉(zhuǎn)變?yōu)槌錾芯咳藛T的過渡時(shí)期。能斯特的第一篇論文“熱電流通過放置在磁場中的金屬板而引起的電動(dòng)勢”（On the occurrence of electromotive forces in metal plates which are traversed by a current of heat while placed in the magnetic field）發(fā)表了埃庭斯豪森與他的研究成果，討論了在金屬上溫度梯度和磁場對電位差產(chǎn)生的綜合效應(yīng)，這一效應(yīng)被稱為埃庭斯豪森-能斯特效應(yīng)，并使他開始在物理學(xué)研究領(lǐng)域小有名氣。

1887 年能斯特前往維爾茨堡大學(xué)學(xué)習(xí)，在這里他跟隨物理學(xué)家科爾勞什（Friedrich Wilhelm Kohlrausch，1840—1910）教授學(xué)習(xí)?？茽杽谑步淌谑堑聡膶?shí)驗(yàn)物理學(xué)家，也是一位非常優(yōu)秀的學(xué)術(shù)老師。能斯特加入了科爾勞什教授的實(shí)驗(yàn)室，與一些來自不同國家的年輕科學(xué)家一起相互學(xué)習(xí)和了解，鍛煉了自己的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α０Ｍニ购郎?能斯特效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)還為能斯特的博士論文提供了材料，他以在格拉茨大學(xué)與埃庭斯豪森教授進(jìn)行實(shí)驗(yàn)獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，詳細(xì)地對其進(jìn)行分析和論述，1887 年5 月在科爾勞什教授的指導(dǎo)下完成了博士論文“熱電流通過金屬板由磁力變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢”（On the electromotoric forces generated by the magnetism within metal plates through which a heat current is flowing）[2]，并在維爾茨堡大學(xué)獲得了博士學(xué)位。四年來，在諸多名師的指導(dǎo)和影響下，能斯特從開始了解物理學(xué)，到深入研究物理學(xué)中的電學(xué)和磁學(xué)，并在領(lǐng)域內(nèi)做出了一定的成就，這與德國大學(xué)19 世紀(jì)以來強(qiáng)調(diào)教學(xué)與科學(xué)研究并重的教學(xué)模式和教育宗旨也是分不開的。幾年的高效學(xué)習(xí)不僅使他具備了過硬的專業(yè)技能，更為他之后的研究道路打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三 物理通往化學(xué)之路

能斯特在大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)的主要研究方向是物理學(xué)，與此同時(shí)他也開始接觸到一個(gè)新興的學(xué)科——物理化學(xué)。這與他在維爾茨堡大學(xué)結(jié)識的一位瑞典出色的物理化學(xué)家密不可分，這個(gè)人就是研究溶液電離并創(chuàng)立了電離學(xué)說的阿倫尼烏斯（Svante August Arrhenius，1859—1927）。通過阿倫烏尼斯的介紹，能斯特認(rèn)識了物理化學(xué)學(xué)科的創(chuàng)始人之一奧斯特瓦爾德教授。1887 年9 月，奧斯特瓦爾德前往萊比錫大學(xué)就任教授一職。在了解到奧斯特瓦爾德建立實(shí)驗(yàn)室面臨著繁重的任務(wù)后，阿倫尼烏斯把能斯特推薦給奧斯特瓦爾德，專門負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室中物理化學(xué)這部分工作（[3]，p.48）。能斯特抓住了這一機(jī)遇，并展露出在物理化學(xué)領(lǐng)域上的才華?？梢哉f是阿倫烏尼斯把能斯特“引進(jìn)了物理化學(xué)領(lǐng)域”，從這時(shí)起，能斯特由物理轉(zhuǎn)為化學(xué)研究，開啟了物理通往化學(xué)之路的大門。1887 年的這個(gè)秋天，能斯特迎來了他“科學(xué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)”。

奧斯特瓦爾德成立的物理化學(xué)研究所使萊比錫成為世界物理化學(xué)的研究中心。這個(gè)研究所吸引了大批出色的青年科學(xué)家，在這些學(xué)者的影響下，能斯特的研究興趣開始轉(zhuǎn)向物理化學(xué)領(lǐng)域。能斯特從濃度積關(guān)系開始研究，引入濃度積概念來解釋沉淀平衡。同時(shí)還研究了溶液擴(kuò)散問題，并發(fā)表了計(jì)算無限稀溶液中擴(kuò)散系數(shù)的公式。1888 年，能斯特將離子的擴(kuò)散速度與電解時(shí)離子的運(yùn)動(dòng)速度加以比較，證明了兩者是一致的。博登斯坦（M.Bodesntein，1871—1942）①M(fèi).博登斯坦，德國物理化學(xué)家，首位提出鏈反應(yīng)概念及反應(yīng)機(jī)理的人，是化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)創(chuàng)始人之一。與能斯特關(guān)于鏈反應(yīng)的概念，對化學(xué)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展也做出了重要貢獻(xiàn)。1889 年，能斯特通過研究電池的滲透理論，得到了著名的能斯特方程：E=ε+RTln(C1/C2)，將電池的電動(dòng)勢與電池各個(gè)方面的性質(zhì)聯(lián)系起來，反映了可逆電池電動(dòng)勢E 與溫度T 及參與電池反應(yīng)各物質(zhì)活度之間的關(guān)系。這個(gè)方程使年僅25 歲的能斯特在物理化學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角，該方程沿用至今。

1889 年夏天，在獲得任教資格（Habilitation）后，能斯特進(jìn)入海德堡大學(xué)，擔(dān)任資深化學(xué)教授朱利葉斯·布羅爾（Julius Broll）的助理。1890 年能斯特受到哥廷根大學(xué)物理學(xué)教授愛德華·里克（Edward Rick）的邀請去該校物理學(xué)院做講師，由此他開始了在哥廷根大學(xué)長達(dá)15 年的教學(xué)生涯。他對哥廷根大學(xué)感情深厚，這里不僅是能斯特取得科學(xué)成就的舞臺，也是他收獲幸福與家庭的美好地方。在到達(dá)哥廷根幾個(gè)月后，能斯特在一場舞會上遇到了小他7 歲的艾瑪·洛梅耶（Emma Lohmeyer）。1892 年9 月1 日，在與艾瑪·洛梅耶訂婚半年后，能斯特與艾瑪結(jié)婚，這場和諧而美好的婚姻持續(xù)了近50 年，他們育有兩個(gè)兒子和三個(gè)女兒（[4]，p.42）。

在哥廷根大學(xué)的15 年里，能斯特繼續(xù)他在萊比錫從事的電化學(xué)研究，并開始對物理化學(xué)的一般問題進(jìn)行研究。這15 年的研究基本可以劃分為兩個(gè)時(shí)期。

第一個(gè)時(shí)期是1890—1894 年，在這幾年間能斯特的研究基本上涉及當(dāng)時(shí)物理化學(xué)的幾乎所有方面，例如，添加混合晶體的溶解度，滲透壓，以及沸點(diǎn)和熔點(diǎn)理論。其中1890—1891 年，能斯特對溶液理論做出的一個(gè)重要貢獻(xiàn)就是提出了能斯特分配定律②能斯特分配定律指在一定的溫度和壓力條件下，元素在共存相間的分配達(dá)到平衡時(shí)，其活度比是一常數(shù)。，這是關(guān)于一個(gè)溶質(zhì)在兩個(gè)互不相容的液相中的平衡分配問題。此外，他還編寫了關(guān)于化學(xué)動(dòng)力學(xué)的論文，以及進(jìn)行電化學(xué)中濃度鏈、介電常數(shù)的相關(guān)研究。能斯特關(guān)于介電常數(shù)的論文曾被諾貝爾獎(jiǎng)得主理查德·威利斯泰爾（Richard Willstatter）評價(jià)為“能斯特發(fā)表了一篇博學(xué)而重要的論文，他的時(shí)代正在崛起”（[1]，p.66）。

1895 年開始了能斯特在哥廷根的第二個(gè)研究時(shí)期。能斯特升任該校第一任物理化學(xué)教授并擔(dān)任系主任，主持物理化學(xué)教研工作，成為德國當(dāng)時(shí)除奧斯特瓦爾德以外的第二個(gè)物理化學(xué)教授。哥廷根大學(xué)專門為能斯特建立了一間獨(dú)立的物理化學(xué)研究所（The G?ttingen physicochemical institute）供他在物理化學(xué)方向施展才能。能斯特在研究所期間主要有三個(gè)方面的成就：能斯特?zé)舻膭?chuàng)造與發(fā)展、以能斯特名字命名的電神經(jīng)刺激閾值的規(guī)律、氣體化學(xué)反應(yīng)化學(xué)平衡的研究。1897 年，他發(fā)明了能斯特?zé)?，用ZrO2及其它鑭系氧化物作為電燈的燈絲替代碳絲，并獲得了專利。只是由于后來以鎢絲為燈絲的白熾燈的出現(xiàn)，他的專利才沒有被廣泛利用。

1905 年，能斯特接受普朗克的邀請回到柏林大學(xué)，繼任漢斯·蘭登特（Hans Landolt）擔(dān)任物理化學(xué)系主任，并成為柏林物理化學(xué)研究所的所長。1905 年11月24 日，能斯特被選為柏林皇家普魯士科學(xué)院（the Royal Prussian Academy of Science of Berlin）院士。早在1902 年時(shí)理查德（T.W.Richard）就在測定了若干丹尼爾（Daneil）型原電池的電動(dòng)勢時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度越低，電池反應(yīng)的自由能變化和它的等壓反應(yīng)熱越接近，這一發(fā)現(xiàn)促使能斯特開始研究熱化學(xué)，為他提出熱力學(xué)第三定律提供了重要線索。能斯特開始對物質(zhì)在絕對零度下的比熱進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)許多物質(zhì)在接近絕對零度時(shí)的比熱趨向于零，這表明物質(zhì)在絕對零度附近的等壓反應(yīng)熱不再受到溫度的影響。這不僅僅是對能斯特能力的肯定，更是成就他科學(xué)頂峰的重要舉措之一。1906 年，能斯特提出了著名的能斯特?zé)岫ɡ恚骸澳Y(jié)系統(tǒng)中的恒溫物理和化學(xué)變化的熵變隨熱力學(xué)溫度趨于零”。在柏林期間，能斯特把主要精力投入到用實(shí)驗(yàn)證明由他提出的熱定理上。這條定理在1912年能斯特的著作《熱力學(xué)與比熱》中被表述為熱力學(xué)第三定律，其通用說法為“不可能通過有限的循環(huán)過程，使物體冷到絕對零度”，即絕對零度不可能達(dá)到。這條定律的出現(xiàn)解決了困擾當(dāng)時(shí)化學(xué)界的一大難題，為計(jì)算化學(xué)反應(yīng)在不同溫度下的平衡常數(shù)提供了準(zhǔn)確有效的方法。1918 年，他出版了總結(jié)性的理論著作《新熱學(xué)定律的理論與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》。為表彰能斯特在熱化學(xué)方面的工作，他獲得了1920年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1925 年，能斯特?fù)?dān)任柏林大學(xué)原子物理研究院院長。

1904—1933 年，能斯特在柏林工作，他對學(xué)科研究方向很敏感，能夠抓住時(shí)下研究熱點(diǎn)，并且樂于跟同事和學(xué)生進(jìn)行探討。能斯特在這期間不僅研究了化學(xué)熱力學(xué)、低溫固體物理和量子理論，還對其它學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行了研究，例如放射化學(xué)研究和光化學(xué)研究。雖然能斯特晚年并沒有做出杰出的貢獻(xiàn)來推進(jìn)德國物理學(xué)的發(fā)展，但是他并不是一個(gè)沉默的旁觀者。他每周都會去參加柏林物理座談會，在那里他會同近期匯報(bào)工作的年輕科學(xué)家們進(jìn)行辯論。1932 年英國皇家學(xué)會授予能斯特外籍會員。

1933 年以后，能斯特因不愿意與納粹往來而在德國的官方場合中被排擠，他于當(dāng)年申請退休，回到了齊貝里莊園別墅安度晚年。1941 年能斯特由于心臟病發(fā)作去世，終年77 歲。1951 歲，為了表達(dá)對這位在德國頗具聲望的物理學(xué)家、化學(xué)家的敬仰，能斯特的骨灰移葬于哥廷根大學(xué)的校園里。

四 能斯特與德國科學(xué)

19 世紀(jì)以前的德國與英國、法國等國家相比是一個(gè)科學(xué)落后的國家。然而到了19 世紀(jì)20 年代以后，德國的科學(xué)事業(yè)逐漸走在了世界前列。從1801—1900 年的100 年間，英國和法國取得的重要科學(xué)成果分別為198 項(xiàng)和219 項(xiàng),而德國卻有356 項(xiàng)[5]。德國科學(xué)發(fā)展離不開社會因素，也離不開科學(xué)內(nèi)部發(fā)展。社會物質(zhì)生產(chǎn)為科學(xué)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)和條件，社會的需求是科學(xué)發(fā)展的動(dòng)力，生產(chǎn)中的技術(shù)應(yīng)用是檢驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)正確性的標(biāo)準(zhǔn)之一。

作為當(dāng)時(shí)德國科學(xué)界先進(jìn)代表的能斯特，其個(gè)人的科學(xué)成就不僅促進(jìn)相關(guān)學(xué)科在德國的發(fā)展和傳播，更與德國社會工業(yè)化發(fā)展有著千絲萬縷的聯(lián)系。

能斯特對待學(xué)術(shù)不局限于單一學(xué)科的研究學(xué)習(xí)，他試圖在學(xué)科之間的邊緣交叉處取得相關(guān)的研究成果。大概有40 年的時(shí)間，能斯特在哥廷根和柏林的研究工作都是專注于擴(kuò)大和融合物理與化學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域的邊界，推廣并發(fā)展了兩個(gè)學(xué)科的交叉領(lǐng)域——物理化學(xué)，并使之成為一門真正的學(xué)科。不得不說，能斯特的觀念是前瞻且睿智的，在對物理化學(xué)整體的掌控力是出眾的，他的眾多研究成果也促進(jìn)了物理化學(xué)這個(gè)新興學(xué)科的蓬勃發(fā)展。同時(shí)，這也推動(dòng)了物理、物理化學(xué)等學(xué)科在德國科學(xué)界的發(fā)展，并在世界范圍內(nèi)得到廣泛的認(rèn)可。在經(jīng)過深入研究物理化學(xué)幾年之后，1893 年他出版了一本物理化學(xué)教科書《理論化學(xué)》（Theoretical Chemistry），這是該領(lǐng)域即奧斯特瓦爾德的《普通化學(xué)》之后的第二本教科書。這本書在出版30 多年后仍然被廣泛使用，再版15 次，被翻譯成多國語言，成為物理化學(xué)領(lǐng)域最具有影響力的著作之一。

能斯特在熱力學(xué)研究方面取得了巨大的成果，不僅如此，量子理論也從能斯特的研究中獲得啟發(fā)[6]。能斯特在驗(yàn)證他的熱定理實(shí)驗(yàn)中間接證明了愛因斯坦（Albert Einstein）關(guān)于固體比熱理論的正確性。這一理論被成功證實(shí)的重要意義在于它證實(shí)了愛因斯坦將量子理論應(yīng)用于比熱研究是正確的。通過這一研究結(jié)論，能斯特逐漸意識到量子理論是比熱解決問題的途徑。為了進(jìn)一步研究固體比熱問題，能斯特親自到蘇黎世訪問愛因斯坦。正是因?yàn)槟芩固卦诠腆w比熱問題上面發(fā)現(xiàn)了量子理論的成功，而比熱問題又是化學(xué)家、物理學(xué)家關(guān)心已久的問題，所以許多學(xué)者開始著手研究量子理論，為量子理論的迅速發(fā)展打開了大門。

在科學(xué)開始發(fā)展之后，科學(xué)技術(shù)組織的交流變得非常重要?？蒲袡C(jī)構(gòu)和科學(xué)組織成為培養(yǎng)才智之士的重要園地之一。能斯特是一位有能力的科學(xué)組織者，曾擔(dān)任過不少科研機(jī)構(gòu)和科學(xué)組織的領(lǐng)導(dǎo)者。能斯特是德國威廉皇帝學(xué)會（Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur F?rderung der Wissenschaften,KWG）①威廉皇帝學(xué)會是一個(gè)建立于1911 年德意志帝國的科學(xué)研究機(jī)構(gòu)，是后來馬克斯·普朗克學(xué)會（Max Planck Institute，MPI）的前身。的創(chuàng)始人之一。能斯特與奧斯特瓦爾德、恩斯特·貝克曼（Ernst Beckmann）等人積極溝通交流，并與德國文化與教育部、財(cái)政部等政府部門交涉，為威廉皇帝學(xué)會的成立做出了貢獻(xiàn)（[1],pp.206—213）。學(xué)會以科學(xué)研究為唯一目標(biāo)，為科學(xué)家提供專心從事研究的場所，并接受來自企業(yè)界和工業(yè)界的捐獻(xiàn)。1905—1908 年間，能斯特?fù)?dān)任了德國電化學(xué)學(xué)會的主席，他還曾擔(dān)任了《電化學(xué)》雜志的編輯多年。1895年哥廷根大學(xué)建立了一所物理化學(xué)研究所供能斯特在物理化學(xué)領(lǐng)域充分施展才能，他組織了一批物理學(xué)家與化學(xué)家聯(lián)合研究兩個(gè)學(xué)科交叉的一些邊緣問題，為物理化學(xué)學(xué)科的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1905 年，能斯特?fù)?dān)任了柏林大學(xué)物理化學(xué)主任教授兼第二化學(xué)研究所所長，1924 年還兼任了實(shí)驗(yàn)物理研究所所長。柏林大學(xué)物理化學(xué)研究所在能斯特的領(lǐng)導(dǎo)之下一直致力于熱力學(xué)的研究，集中全力用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證熱定理的正確性。他們用不同的熱化學(xué)方法測定極低溫度時(shí)的熱容和熱容的溫度系數(shù)，他們的研究成果解決了困擾當(dāng)時(shí)化學(xué)界一個(gè)多世紀(jì)的難題。能斯特的工作與20 世紀(jì)熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的相關(guān)進(jìn)展都息息相關(guān)。

能斯特不僅在學(xué)術(shù)方面支持研究所開展相關(guān)研究項(xiàng)目，更在資金支持方面也做出了自己的貢獻(xiàn)。1897 年他發(fā)明了能斯特?zé)?，這項(xiàng)專利的出售為他帶來了一筆不小的收入。1898 年他將部分繼承的財(cái)產(chǎn)與出售專利獲得的財(cái)富中的一部分捐贈出來，在凱撒皇帝的批準(zhǔn)下將這筆資金用于哥廷根大學(xué)物理化學(xué)研究所擴(kuò)建實(shí)驗(yàn)室和增添新設(shè)備（[4]，p.47）。能斯特在就任柏林大學(xué)物理化學(xué)研究所所長后，努力說服了教育部、財(cái)政部提供資金用于擴(kuò)建研究所以容納更多的學(xué)子并開展更多實(shí)驗(yàn)研究。能斯特的舉措對科學(xué)研究的進(jìn)一步持續(xù)發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。

另外，著名的索爾維會議（Conseils Solvay）能夠成功召開離不開能斯特的鼎力相助。1910 年春天，比利時(shí)工業(yè)化學(xué)家索爾維（Ernst Solvay）在布魯塞爾與能斯特會見。在他眼中能斯特是一位具有多方面才能的人和一位能干的組織者，在哥廷根的學(xué)術(shù)界有著極高的聲望和政治影響。在與索爾維進(jìn)行了思想碰撞后，能斯特產(chǎn)生了召開一次關(guān)于物質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)論和輻射量子論問題的最高水平國際會議的想法。在索爾維的資助下，24 位當(dāng)時(shí)最有影響力的物理學(xué)家在1911 年秋天相聚在布魯塞爾，進(jìn)行了一場劃時(shí)代的物理、化學(xué)學(xué)界的巔峰交流會[7]。第一次索爾維會議回顧了量子理論以及自1900 年以來的實(shí)驗(yàn)證明。會議的報(bào)告和討論論文集的出版對于把這些觀念傳播給更廣泛的科研人員，特別是德國之外的科研人員起到了極大的推動(dòng)作用。在第一屆索爾維會議后，量子概念突破了德語國家的邊界，開始被法國、英國等國家了解并研究。索爾維會議如同一個(gè)歷史舞臺，見證了物理、化學(xué)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展?？梢哉f1911 年第一屆索爾維會議的勝利召開極大地促進(jìn)了各國之間的科學(xué)交流，身為策劃者之一的能斯特功不可沒。

德國科學(xué)與生產(chǎn)密切結(jié)合的模式在20 世紀(jì)初期已形成，科學(xué)技術(shù)成為生產(chǎn)發(fā)展的有力支撐，而生產(chǎn)的發(fā)展又給科學(xué)技術(shù)的研究增添了源源不斷的動(dòng)力。二者相互支持，相互促進(jìn)，都得到了穩(wěn)定的發(fā)展。工業(yè)需求引發(fā)科學(xué)研究，促使誕生新的理論新的學(xué)科，從而使得科學(xué)積極發(fā)展。德國科學(xué)的發(fā)展離不開工業(yè)化學(xué)革命的研究浪潮，能斯特對科學(xué)發(fā)現(xiàn)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用方面有著不可抑制的熱情，他更喜歡從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律而不是研究抽象的理論知識。正是在這些熱情的推動(dòng)下，他的工作在科學(xué)研究和工業(yè)應(yīng)用的交叉領(lǐng)域起到了積極的促進(jìn)作用。他的學(xué)生西蒙（F.Simon）曾描述道：“在日常生活中沒有一個(gè)問題是他不感興趣的，對于這些問題，他幾乎都能夠做出突出貢獻(xiàn)?！彼浅Ｖ匾曃锢砘瘜W(xué)在實(shí)際中的應(yīng)用。他發(fā)明的熱力學(xué)第三定律在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用，有效地指導(dǎo)了生產(chǎn)，解決了許多疑難問題。能斯特早期是汽車的狂熱愛好者，他一生中擁有過18 輛汽車。他對汽車的態(tài)度就是“科學(xué)家歡迎技術(shù)的進(jìn)步，汽車的不斷發(fā)展就是技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志”。他還為汽車運(yùn)行機(jī)制所涉及的基本原理著迷，所以他曾對內(nèi)燃機(jī)與高溫下的化學(xué)反應(yīng)做過相關(guān)的研究實(shí)驗(yàn)（[4]，p.48）。能斯特是第一個(gè)在高壓條件下研究合成氨反應(yīng)的人，并曾建議哈伯（Fritz Haber）在高壓下做合成氨的研究。雖然哈伯最初并沒有接受能斯特的建議，但是哈伯在之后的實(shí)驗(yàn)研究中還是采取了能斯特的意見在高壓下完成了合成氨的工業(yè)化過程。能斯特還在合成硝酸方面做出了貢獻(xiàn)。他提出高溫對氧和氮合成硝酸的反應(yīng)是有利的，這個(gè)提議極大地推動(dòng)了合成硝酸工業(yè)的發(fā)展。此舉不僅完善了科學(xué)理論知識，更促進(jìn)了科學(xué)發(fā)現(xiàn)與工業(yè)化的進(jìn)一步融合，完成了科學(xué)與工業(yè)的雙重積極發(fā)展。這些事件表明了能斯特對待科學(xué)研究始終堅(jiān)持不懈的精神，也展示出德國科學(xué)與工業(yè)間互相促進(jìn)發(fā)展的現(xiàn)象。

能斯特花費(fèi)了大量心血在科學(xué)研究和人才培養(yǎng)上面。他不僅是偉大的物理化學(xué)家，更是卓越的教育家，他為科學(xué)界輸送了許多優(yōu)秀的人才。著名的美國物理化學(xué)家歐文·朗繆爾（Irving Langmuir）就是他的學(xué)生。19 世紀(jì)末開始的美國學(xué)者的“留德熱潮”中，不少學(xué)者選擇在能斯特的研究所學(xué)習(xí)進(jìn)修。如美國物理學(xué)家密立根（Robert Andrews Millikan）在1895 年到德國求學(xué)時(shí)期曾在能斯特位于哥廷根大學(xué)的物理化學(xué)研究所學(xué)習(xí)研究，能斯特敏銳的科學(xué)洞察力和對待科學(xué)研究堅(jiān)持不懈的態(tài)度對密立根影響很深，使他受益頗多[8]。能斯特夫婦在萊比錫大學(xué)設(shè)立了貧苦學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金，為學(xué)生專注于學(xué)業(yè)研究提供幫助。

五 結(jié)語

能斯特一生漫步于物理與化學(xué)之間，他以先知者和探索者的身份在科學(xué)探索的道路上不斷前行。能斯特既具有依托于大量實(shí)驗(yàn)結(jié)論的豐富知識，又具有杰出的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技巧，成為繼“物理化學(xué)三杰”①物理化學(xué)在19 世紀(jì)末誕生，其主要?jiǎng)?chuàng)立者是奧斯特瓦爾德、范特霍夫（J.H.vant Hoff，1852—1911）和阿倫尼烏斯三人，因此他們?nèi)送ǔ１环Q為物理化學(xué)三杰。之后著名的物理化學(xué)家。能斯特不僅是現(xiàn)代物理化學(xué)蓬勃發(fā)展的見證者，更在熱力學(xué)、電化學(xué)、固態(tài)化學(xué)和光化學(xué)等方面有著重大貢獻(xiàn)。從投身于科學(xué)事業(yè)到1941 年去世，他從事科學(xué)研究50 余年，不斷有科研成果問世，一生有14 部著作，有關(guān)電化學(xué)、熱力學(xué)、光化學(xué)等方面的論文共157 篇，其代表作《理論化學(xué)》更是專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的權(quán)威著作。19 世紀(jì)末20 世紀(jì)初，作為一名科學(xué)家，能斯特在德國學(xué)術(shù)界地位已經(jīng)達(dá)到了一定的高度，他不僅僅是在學(xué)術(shù)科研上取得了不菲的成就，還在新興學(xué)科推廣和德國科學(xué)發(fā)展上也做出了相關(guān)努力。這些也在他所獲得的許多獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)上有所體現(xiàn)，如1920 年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)、本生學(xué)會榮譽(yù)會員、富蘭克林獎(jiǎng)?wù)碌鹊取?/p>

作為個(gè)體科學(xué)家，能斯特的科學(xué)成就是值得肯定的，而在能斯特實(shí)現(xiàn)理想、取得科學(xué)成就的過程中，有諸多因素起到了作用。

能斯特自幼聰明好學(xué)，思維敏捷，善于關(guān)注生活和科研中的現(xiàn)象或問題，敢于創(chuàng)新。相比較聲譽(yù)，能斯特更關(guān)注學(xué)術(shù)本身。這種精神促使他在物理學(xué)的會議上果斷而坦率地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，并對別人的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑，進(jìn)行爭論。愛因斯坦就曾在文章“瓦爾特·恩斯特的工作與個(gè)性”（The work and personality of Walther Nernst）中提道：“能斯特不是一個(gè)孤立的學(xué)者，他全面的知識使他積極地參與到實(shí)際生活中的各個(gè)方面，每次和他對話都感到精神活力充沛?！盵9]

能斯特治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，他所設(shè)計(jì)的大多數(shù)實(shí)驗(yàn)是以解決理論上的疑難問題為目標(biāo)。更值得一提的是他能夠在前人的基礎(chǔ)上，通過大膽地猜想，并利用自己嚴(yán)密的理論邏輯和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出新的理論。能斯特是一個(gè)熱衷于通過實(shí)驗(yàn)研究去發(fā)現(xiàn)新規(guī)律的學(xué)者。他認(rèn)為可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)才是研究繼續(xù)的重點(diǎn)，而實(shí)驗(yàn)儀器的樣子是否美觀輕便、是否原裝他并不在乎。為了測量出實(shí)驗(yàn)中更精確的數(shù)據(jù)，能斯特還進(jìn)行過關(guān)于開發(fā)儀器和技術(shù)的研究。他經(jīng)常自己動(dòng)手制作實(shí)驗(yàn)儀器，如變壓器、壓力及溫度控制器、微量天平等。在能斯特的實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)儀器幾乎都是這樣建造的：體積小、組裝方便、節(jié)省材料、節(jié)約使用能源。

能斯特能夠取得如此成就離不開他自身優(yōu)秀的品質(zhì)，同樣也離不開身邊同樣優(yōu)秀的伙伴。在科學(xué)生涯的一開始，能斯特就與名師為伍，諸多良師益友可以結(jié)伴前行，共同進(jìn)步。不管是在學(xué)生時(shí)期還是任教時(shí)期，他的身邊都有著許多學(xué)術(shù)大家，例如韋伯（Wilhelm Eduard Weber）、亥姆霍茲、奧斯特瓦爾德、阿倫尼烏斯等等，同這些大師一起工作，能斯特在不斷學(xué)習(xí)，不斷進(jìn)步。能斯特更是一位尊師重道、注重傳承的科學(xué)家，他從不吝嗇于夸獎(jiǎng)對自己有幫助的老師們，他還將自己的成功歸結(jié)于老師的功勞，同時(shí)也將這種優(yōu)秀的品質(zhì)傳遞給他的每個(gè)學(xué)生，并培養(yǎng)了許多優(yōu)秀的學(xué)生。

回顧能斯特多彩的一生，科學(xué)工作者只是他眾多身份中的一個(gè)，他以更加多面的身份豐富著自己的人生。不管哪一種身份，他自始至終將自己與增進(jìn)理論知識進(jìn)步和推動(dòng)德國科學(xué)發(fā)展的偉大事業(yè)緊密聯(lián)系在一起。能斯特不遺余力地發(fā)揮自己的才能，不斷地探究和拓展交叉學(xué)科領(lǐng)域的知識，推動(dòng)著物理化學(xué)的發(fā)展。從科學(xué)成果被認(rèn)可，科學(xué)著作被出版并廣泛流傳，到建立專門的物理化學(xué)研究所、培養(yǎng)優(yōu)秀的科學(xué)工作者，能斯特富有創(chuàng)造性的科學(xué)思想和嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)研究方法逐漸滲入到德國乃至他國科學(xué)界，推動(dòng)了科學(xué)的發(fā)展，并潛移默化地影響了一代又一代的年輕學(xué)者。