海克·卡末林·昂內(nèi)斯（荷蘭物理學家，發(fā)現(xiàn)了物體的超導性，低溫物理學的奠基人）

?？恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯（Heike Kamerlingh Onnes，1853年9月21日～1926年2月21日），荷蘭物理學家，1913年獲得諾貝爾物理學獎， 以表彰他對低溫物質(zhì)特性的研究。

1911年發(fā)現(xiàn)了物體的超導性，低溫物理學的奠基人。

人物生平

海克·卡末林·昂內(nèi)斯的父親擁有一制瓦廠，但他的母親藝術(shù)素養(yǎng)頗佳，深深影響了他。他的姐夫是當時萊頓有些名氣的畫家。

1853年9月21日生于格羅寧根。他年輕時也曾涉獵詩歌。

1870年他進入格羅寧根大學攻讀物理，次年轉(zhuǎn)入德國海德堡大學，在這里曾有向化學家羅伯特·威廉·本生及物理學家基爾霍夫請教學習的機會。

1873年回到了格羅寧根。1879年獲博士學位。

1882年任萊頓大學實驗物理學教授，并創(chuàng)建了聞名世界的低溫研究中心——萊頓實驗室。

1911年，昂尼斯利用液氦將金和鉑冷卻到4.3K以下，發(fā)現(xiàn)鉑的電阻為一常數(shù)。隨后他又將汞冷卻到4.2K以下，測量到其電阻幾乎降為零，這就是物體的超導性。

1913年，昂尼斯又發(fā)現(xiàn)錫和鉛也和汞一樣具有超導性。

1913年，由于對物質(zhì)在低溫狀態(tài)下性質(zhì)的研究以及液化氦氣，昂尼斯被授予諾貝爾物理學獎。 在昂尼斯的領導下，萊頓大學物理實驗室成為世界低溫物理學的研究中心。

1923年，昂尼斯退休，

1926年2月21日在萊頓逝世。

科學研究

19世紀末20世紀初，在低溫的實驗研究上展開過一場世界性的角逐。在這場轟動科壇的競賽中，領先的是西北歐的一個小國 — 荷蘭首都萊頓的低溫實驗室。

19世紀后半葉，在研究氣體的性質(zhì)隨壓強和溫度變化的關(guān)系上，荷蘭物理學家曾作出過重要貢獻。1873年，范德瓦耳斯（Vander Waals）在他的博士論文“氣態(tài)和液態(tài)的連續(xù)性”中，提出了包括氣態(tài)和液態(tài)的“物態(tài)方程”，即范德瓦耳斯方程。1880年，范德瓦耳斯又提出了“對應態(tài)定律”，進一步得到物態(tài)方程的普遍形式。在他的理論指導下，英國人杜瓦（J. Dewar）于1898年實現(xiàn)了氫的液化。他所在的荷蘭萊頓大學發(fā)展了低溫實驗技術(shù)，建立了低溫實驗室。這個實驗室的創(chuàng)始人就是著名低溫物理學家卡末林·昂內(nèi)斯。

自從1823年法拉第第一次觀察到液化氯以來，各種氣體的液化和更低溫度的實現(xiàn)一直是實驗物理學的重要課題。但實驗的規(guī)模始終不能滿足需要。

1877年，蓋勒德（L.P. Caillettet）和畢克特（P.P. Pictet）分別在法國和瑞士同時實現(xiàn)了氧的液化。1895年德國人林德（C.V.Linde）和英國人漢普遜（W.Hampson）利用焦耳－湯姆孫效應（即節(jié)流膨脹效應）開始大規(guī)模地生產(chǎn)液氧和液氮。著名的林德機成了低溫技術(shù)的基本設備。幾年后，英國皇家研究所的杜瓦實現(xiàn)了氫的液化和固化。他本來以為達到了低溫的極限，但接著發(fā)現(xiàn)氦還存留在殘余氣體中。但是經(jīng)過多年努力，用了許多辦法都未能實現(xiàn)氦的液化?？┝帧ぐ簝?nèi)斯決心攻克這個低溫堡壘，他狠抓了低溫設備的建設。

當時低溫的獲得主要是采用液體蒸發(fā)和氣體節(jié)流膨脹。要得到很低的溫度，往往需要采用級聯(lián)的辦法，即首先把要液化的氣體壓縮，同時利用另一種液體的蒸發(fā)帶走熱量，然后再讓氣體作節(jié)流膨脹，氣體對外做功消耗內(nèi)能而降溫。這個原理在物理上都已解決，沒有什么新內(nèi)容，但在實踐上卻存在許多技術(shù)問題。設計者必然要考慮到各種物理問題和解決這些問題時所需的技術(shù)裝備，很多儀器都需要自己制造，甚至在開始時連電力都需要自己提供?？┝帧ぐ簝?nèi)斯以極大的精力改善了實驗室裝備，使之由初具規(guī)模發(fā)展到后來居上。但是他更重視人才培養(yǎng)。他創(chuàng)立了一所技工學校，讓學生晚上學習，白天在實驗室工作。他培養(yǎng)的玻璃技師不但滿足了本國的需要，還受聘到許多國家的物理實驗室工作，為發(fā)展低溫物理學和真空技術(shù)作出了貢獻。他為工業(yè)培養(yǎng)人才，對荷蘭的工業(yè)發(fā)展起到了一定的影響?？┝帧ぐ簝?nèi)斯還廣招科技人員，包括來自國外的訪問學者，集中到他的周圍。在他的組織和領導下，萊頓低溫實驗室于1894年建立了能大量生產(chǎn)液氫和其它氣體（包括氦氣）的工廠和一棟規(guī)模甚大的實驗樓館。他以工業(yè)規(guī)模建立實驗室，這在歷史上還是第一次。就是從這里開始。物理學由手工業(yè)方式走向現(xiàn)代的大規(guī)模水平。

1908年7月10日是一個具有歷史意義的日子。這一天，卡末林.昂內(nèi)斯和他的同事在精心準備之后，集體攻關(guān)，終于使氦液化。它標志著20世紀“大科學”首次登臺，初戰(zhàn)告捷。為了做好這個實驗，卡末林－昂內(nèi)斯的準備工作極其細致，他事先對氦的液化溫度作了理論估算，預計是在5K～6K。氦氣大量儲備，有充足的供應。液氫是自制的。在實驗前一天，制備了75L液態(tài)空氣備用。凌晨5時許，20L液態(tài)氫已準備好，逐漸灌入氦液化器中。用液氫預冷要極其小心，如果有很微量的空氣混入系統(tǒng)就會前功盡棄。下午一時半，全部灌進氦液化器后開始令氦氣循環(huán)。液化器中心的恒溫器開始進入從未達到過的低溫，這個溫度只有靠氦氣溫度計指示。然而，很長時間看不到指示器有任何變化。人們調(diào)節(jié)壓力、改變膨脹活塞，用各種可能采取的措施促進液化器的工作，溫度計都似動非動，很難作出判斷。這時液氫已近告罄，仍然沒有觀察到液氦的跡象。晚7點半，眼看實驗要以失敗告終，有一位聞訊前來觀看的教授向卡末林·昂內(nèi)斯建議說，會不會是氦溫度計本身的氦氣也液化了，是不是可以從下面照亮容器，看看究竟如何？昂內(nèi)斯頓開茅塞，立即照辦。結(jié)果使他喜出望外，原來中心恒溫器中幾乎充滿了液體，光的反射使人們看到了液面。 這次卡末林·昂內(nèi)斯共獲得了60cm的液氦，達到了4.3K的低溫。他們又經(jīng)過多次實驗，第二年達到1.38K～1.04K。

然而，卡末林·昂內(nèi)斯的目標不僅在于獲得更低的溫度，實現(xiàn)氣體的液化和固化，他更注意探討在極低溫條件下物質(zhì)的各種特性。金屬的電阻是他的研究對象之一。當時對金屬電阻在接近絕對零點時的變化，眾說紛紜，猜測不一。根據(jù)經(jīng)典理論，純金屬的電阻應隨溫度的降低而逐漸降低，在絕對零度時達到零。有人認為，這一理論不一定適用于極低溫。當溫度降低時，金屬電阻可能先達一極小值，再重新增加，因為自由電子也許會凝聚在原子上。按照這種看法，絕對零度下的金屬電阻有可能無限增加。兩種看法的預言截然相反，孰是孰非，唯有實驗才能作出判斷。

卡末林.昂內(nèi)斯先是用鉑絲作測試樣品，測量電阻靠惠斯通電橋。測出的鉑電阻先是隨溫度下降，但是到液氦溫度（4.3K）以下時，電阻的變化卻出現(xiàn)了平緩。于是卡末林·昂內(nèi)斯和他的學生克萊（Clay）在1908年發(fā)表論文討論了這一現(xiàn)象。他們認為是雜質(zhì)對鉑電阻產(chǎn)生了影響，致使鉑電阻與溫度無關(guān)；如果金屬純粹到?jīng)]有雜質(zhì)，它的電阻應該緩慢地向零趨近。

為了檢驗自己的判斷是否正確，卡末林·昂內(nèi)斯寄希望于比鉑和金更純的水銀。水銀是當時能夠達到最高純度的金屬，采用連續(xù)蒸餾法可以做到這一點。1911年4月的一天，卡末林·昂內(nèi)斯讓他的助手霍爾斯特（G.Holst）進行這項實驗。水銀樣品浸于氦恒溫槽中，恒定電流流經(jīng)樣品。測量樣品兩端的電位差。出乎他們的預料，當溫度降至氦的沸點（4.2K）以下時，電位差突然降到了零。會不會是線路中出現(xiàn)了短路？在查找短路原因的過程中，霍爾斯特發(fā)現(xiàn)當溫度回升到4K以上時，短路立即消失。再度降溫，仍出現(xiàn)短路現(xiàn)象。即使重接線路也無濟于事。于是他立即向卡末林·昂內(nèi)斯報告?？┝帧ぐ簝?nèi)斯起初也不相信，自己又多次重復這個實驗，終于認識到這正是電阻消失的真正效應。

卡末林·昂內(nèi)斯在1911年4月28日宣布了這一發(fā)現(xiàn)。此時他還沒有看出這一現(xiàn)象的普遍意義，僅僅當成是有關(guān)水銀的特殊現(xiàn)象。11月25日他作了“水銀電阻消失速度的突變”的報告，明確地給出了水銀電阻（與常溫下電阻相比較）隨溫度變化的曲線。他在報告中說：“在4.21K與4.19K之間，電阻減少得極快，在4.19K處完全消失?！?/p>

1912年—1913年間，卡末林·昂內(nèi)斯又發(fā)現(xiàn)了錫（Sn）在3.8K電阻突降為零的現(xiàn)象，隨后發(fā)現(xiàn)鉛也有類似效應，轉(zhuǎn)變溫度估計為6K（后來證實為7.2K）。1913年，卡末林·昂內(nèi)斯宣稱，這些材料在低溫下“進入了一種新的狀態(tài)，這種狀態(tài)具有特殊的電學性質(zhì)”?！俺瑢А币辉~就是卡末林·昂內(nèi)斯命名的。

卡末林·昂內(nèi)斯的研究成果發(fā)表在《阿姆斯特丹皇家科學院學報》和《萊頓大學物理實驗室通訊》上。后一刊物是他自己創(chuàng)辦的，主要刊登低溫學的學術(shù)文獻。

由于對低溫物理所作出的突出貢獻，卡末林·昂內(nèi)斯獲得1913年的諾貝爾物理學獎。

人物評價

19世紀末20世紀初，在低溫的實驗研究上展開過一場世界性的角逐。在這場轟動科壇的競賽中，領先的是荷蘭小城萊頓的低溫實驗室。昂內(nèi)斯于1913年獲得諾貝爾物理學獎，以表彰他對低溫物質(zhì)特性的研究，特別是這些研究導致液氦的生產(chǎn)。

后世紀念

為紀念他，萊頓大學物理實驗室1932年被命名為“卡末林·昂內(nèi)斯實驗室”。