海克·卡末林·昂內(nèi)斯（Heike Kamerlingh Onnes，1853年9月21日～1926年2月21日），荷蘭物理學(xué)家，1913年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)， 以表彰他對(duì)低溫物質(zhì)特性的研究。

1911年發(fā)現(xiàn)了物體的超導(dǎo)性，低溫物理學(xué)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(dāng)時(shí)萊頓有些名氣的畫(huà)家。

1853年9月21日生于格羅寧根。他年輕時(shí)也曾涉獵詩(shī)歌。

1870年他進(jìn)入格羅寧根大學(xué)攻讀物理，次年轉(zhuǎn)入德國(guó)海德堡大學(xué)，在這里曾有向化學(xué)家羅伯特·威廉·本生及物理學(xué)家基爾霍夫請(qǐng)教學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。

1873年回到了格羅寧根。1879年獲博士學(xué)位。

1882年任萊頓大學(xué)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)教授，并創(chuàng)建了聞名世界的低溫研究中心——萊頓實(shí)驗(yàn)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(cè)量到其電阻幾乎降為零，這就是物體的超導(dǎo)性。

1913年，昂尼斯又發(fā)現(xiàn)錫和鉛也和汞一樣具有超導(dǎo)性。

1913年，由于對(duì)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(xué)獎(jiǎng)。 在昂尼斯的領(lǐng)導(dǎo)下，萊頓大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室成為世界低溫物理學(xué)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(xué)研究

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，在低溫的實(shí)驗(yàn)研究上展開(kāi)過(guò)一場(chǎng)世界性的角逐。在這場(chǎng)轟動(dòng)科壇的競(jìng)賽中，領(lǐng)先的是西北歐的一個(gè)小國(guó) — 荷蘭首都萊頓的低溫實(shí)驗(yàn)室。

19世紀(jì)后半葉，在研究氣體的性質(zhì)隨壓強(qiáng)和溫度變化的關(guān)系上，荷蘭物理學(xué)家曾作出過(guò)重要貢獻(xiàn)。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(duì)應(yīng)態(tài)定律”，進(jìn)一步得到物態(tài)方程的普遍形式。在他的理論指導(dǎo)下，英國(guó)人杜瓦（J. Dewar）于1898年實(shí)現(xiàn)了氫的液化。他所在的荷蘭萊頓大學(xué)發(fā)展了低溫實(shí)驗(yàn)技術(shù)，建立了低溫實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)始人就是著名低溫物理學(xué)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(lái)，各種氣體的液化和更低溫度的實(shí)現(xiàn)一直是實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的重要課題。但實(shí)驗(yàn)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(guó)和瑞士同時(shí)實(shí)現(xiàn)了氧的液化。1895年德國(guó)人林德（C.V.Linde）和英國(guó)人漢普遜（W.Hampson）利用焦耳－湯姆孫效應(yīng)（即節(jié)流膨脹效應(yīng)）開(kāi)始大規(guī)模地生產(chǎn)液氧和液氮。著名的林德機(jī)成了低溫技術(shù)的基本設(shè)備。幾年后，英國(guó)皇家研究所的杜瓦實(shí)現(xiàn)了氫的液化和固化。他本來(lái)以為達(dá)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(guò)多年努力，用了許多辦法都未能實(shí)現(xiàn)氦的液化。卡末林·昂內(nèi)斯決心攻克這個(gè)低溫堡壘，他狠抓了低溫設(shè)備的建設(shè)。

當(dāng)時(shí)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(jí)聯(lián)的辦法，即首先把要液化的氣體壓縮，同時(shí)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(duì)外做功消耗內(nèi)能而降溫。這個(gè)原理在物理上都已解決，沒(méi)有什么新內(nèi)容，但在實(shí)踐上卻存在許多技術(shù)問(wèn)題。設(shè)計(jì)者必然要考慮到各種物理問(wèn)題和解決這些問(wèn)題時(shí)所需的技術(shù)裝備，很多儀器都需要自己制造，甚至在開(kāi)始時(shí)連電力都需要自己提供。卡末林·昂內(nèi)斯以極大的精力改善了實(shí)驗(yàn)室裝備，使之由初具規(guī)模發(fā)展到后來(lái)居上。但是他更重視人才培養(yǎng)。他創(chuàng)立了一所技工學(xué)校，讓學(xué)生晚上學(xué)習(xí)，白天在實(shí)驗(yàn)室工作。他培養(yǎng)的玻璃技師不但滿足了本國(guó)的需要，還受聘到許多國(guó)家的物理實(shí)驗(yàn)室工作，為發(fā)展低溫物理學(xué)和真空技術(shù)作出了貢獻(xiàn)。他為工業(yè)培養(yǎng)人才，對(duì)荷蘭的工業(yè)發(fā)展起到了一定的影響。卡末林·昂內(nèi)斯還廣招科技人員，包括來(lái)自國(guó)外的訪問(wèn)學(xué)者，集中到他的周圍。在他的組織和領(lǐng)導(dǎo)下，萊頓低溫實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)樓館。他以工業(yè)規(guī)模建立實(shí)驗(yàn)室，這在歷史上還是第一次。就是從這里開(kāi)始。物理學(xué)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(gè)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(zhǔn)備之后，集體攻關(guān)，終于使氦液化。它標(biāo)志著20世紀(jì)“大科學(xué)”首次登臺(tái)，初戰(zhàn)告捷。為了做好這個(gè)實(shí)驗(yàn)，卡末林－昂內(nèi)斯的準(zhǔn)備工作極其細(xì)致，他事先對(duì)氦的液化溫度作了理論估算，預(yù)計(jì)是在5K～6K。氦氣大量?jī)?chǔ)備，有充足的供應(yīng)。液氫是自制的。在實(shí)驗(yàn)前一天，制備了75L液態(tài)空氣備用。凌晨5時(shí)許，20L液態(tài)氫已準(zhǔn)備好，逐漸灌入氦液化器中。用液氫預(yù)冷要極其小心，如果有很微量的空氣混入系統(tǒng)就會(huì)前功盡棄。下午一時(shí)半，全部灌進(jìn)氦液化器后開(kāi)始令氦氣循環(huán)。液化器中心的恒溫器開(kāi)始進(jìn)入從未達(dá)到過(guò)的低溫，這個(gè)溫度只有靠氦氣溫度計(jì)指示。然而，很長(zhǎng)時(shí)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(jìn)液化器的工作，溫度計(jì)都似動(dòng)非動(dòng)，很難作出判斷。這時(shí)液氫已近告罄，仍然沒(méi)有觀察到液氦的跡象。晚7點(diǎn)半，眼看實(shí)驗(yàn)要以失敗告終，有一位聞?dòng)嵡皝?lái)觀看的教授向卡末林·昂內(nèi)斯建議說(shuō)，會(huì)不會(huì)是氦溫度計(jì)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(kāi)茅塞，立即照辦。結(jié)果使他喜出望外，原來(lái)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(dá)到了4.3K的低溫。他們又經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，第二年達(dá)到1.38K～1.04K。

然而，卡末林·昂內(nèi)斯的目標(biāo)不僅在于獲得更低的溫度，實(shí)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(duì)象之一。當(dāng)時(shí)對(duì)金屬電阻在接近絕對(duì)零點(diǎn)時(shí)的變化，眾說(shuō)紛紜，猜測(cè)不一。根據(jù)經(jīng)典理論，純金屬的電阻應(yīng)隨溫度的降低而逐漸降低，在絕對(duì)零度時(shí)達(dá)到零。有人認(rèn)為，這一理論不一定適用于極低溫。當(dāng)溫度降低時(shí)，金屬電阻可能先達(dá)一極小值，再重新增加，因?yàn)樽杂呻娮右苍S會(huì)凝聚在原子上。按照這種看法，絕對(duì)零度下的金屬電阻有可能無(wú)限增加。兩種看法的預(yù)言截然相反，孰是孰非，唯有實(shí)驗(yàn)才能作出判斷。

卡末林.昂內(nèi)斯先是用鉑絲作測(cè)試樣品，測(cè)量電阻靠惠斯通電橋。測(cè)出的鉑電阻先是隨溫度下降，但是到液氦溫度（4.3K）以下時(shí)，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(xué)生克萊（Clay）在1908年發(fā)表論文討論了這一現(xiàn)象。他們認(rèn)為是雜質(zhì)對(duì)鉑電阻產(chǎn)生了影響，致使鉑電阻與溫度無(wú)關(guān)；如果金屬純粹到?jīng)]有雜質(zhì)，它的電阻應(yīng)該緩慢地向零趨近。

為了檢驗(yàn)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(dāng)時(shí)能夠達(dá)到最高純度的金屬，采用連續(xù)蒸餾法可以做到這一點(diǎn)。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(jìn)行這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。水銀樣品浸于氦恒溫槽中，恒定電流流經(jīng)樣品。測(cè)量樣品兩端的電位差。出乎他們的預(yù)料，當(dāng)溫度降至氦的沸點(diǎn)（4.2K）以下時(shí)，電位差突然降到了零。會(huì)不會(huì)是線路中出現(xiàn)了短路？在查找短路原因的過(guò)程中，霍爾斯特發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度回升到4K以上時(shí)，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(wú)濟(jì)于事。于是他立即向卡末林·昂內(nèi)斯報(bào)告。卡末林·昂內(nèi)斯起初也不相信，自己又多次重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，終于認(rèn)識(shí)到這正是電阻消失的真正效應(yīng)。

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(shí)他還沒(méi)有看出這一現(xiàn)象的普遍意義，僅僅當(dāng)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(bào)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(bào)告中說(shuō)：“在4.21K與4.19K之間，電阻減少得極快，在4.19K處完全消失。”

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(yīng)，轉(zhuǎn)變溫度估計(jì)為6K（后來(lái)證實(shí)為7.2K）。1913年，卡末林·昂內(nèi)斯宣稱，這些材料在低溫下“進(jìn)入了一種新的狀態(tài)，這種狀態(tài)具有特殊的電學(xué)性質(zhì)”。“超導(dǎo)”一詞就是卡末林·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(xué)院學(xué)報(bào)》和《萊頓大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室通訊》上。后一刊物是他自己創(chuàng)辦的，主要刊登低溫學(xué)的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)。

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

人物評(píng)價(jià)

19世紀(jì)末20世紀(jì)初，在低溫的實(shí)驗(yàn)研究上展開(kāi)過(guò)一場(chǎng)世界性的角逐。在這場(chǎng)轟動(dòng)科壇的競(jìng)賽中，領(lǐng)先的是荷蘭小城萊頓的低溫實(shí)驗(yàn)室。昂內(nèi)斯于1913年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他對(duì)低溫物質(zhì)特性的研究，特別是這些研究導(dǎo)致液氦的生產(chǎn)。

后世紀(jì)念

為紀(jì)念他，萊頓大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室1932年被命名為“卡末林·昂內(nèi)斯實(shí)驗(yàn)室”。