海克·昂内斯（1913年诺贝尔物理学奖得主）
海克·昂内斯（1913年诺贝尔物理学奖得主）
| 海克·昂内斯 Heike Kamerlingh Onnes | |
| 出生 | 1853年9月21日 荷兰格罗宁根 |
| 逝世 | 1926年2月21日（72岁） 荷兰莱顿 |
| 国籍 | 荷兰 |
| 身份 | 物理学家 |
| 获奖年份 | 1913年 |
| 奖项类别 | 诺贝尔物理学奖 |
| 获奖理由 | 对低温物质性质的研究，特别是液氦的制备 |
生平
海克·卡末林·昂内斯1853年9月21日出生于荷兰格罗宁根（Groningen）。他的父亲哈姆·卡末林·昂内斯是一名砖瓦厂主，母亲是格罗宁根当地望族之女。昂内斯从小就表现出对科学的兴趣，据说他在童年时期就用自己的零花钱购买化学试剂，在地下室搭建了一个小型实验室。
1870年，昂内斯进入格罗宁根大学学习。1871年他转学到海德堡大学，师从著名化学家罗伯特·本生（Robert Bunsen）和物理学家古斯塔夫·基尔霍夫（Gustav Kirchhoff）。在海德堡，他不仅扎实地掌握了物理和化学的基础实验方法，还与本生建立了深厚的师生友谊。1873年回到格罗宁根大学后，昂内斯在1879年获得博士学位。
1882年，年仅29岁的昂内斯被任命为莱顿大学实验物理学教授。莱顿大学物理实验室在前任教授手中已经老化衰败，但昂内斯以惊人的精力和组织能力将其重建为世界上最具盛名的低温物理研究中心。这个实验室后来被命名为"卡末林·昂内斯实验室"（Kamerlingh Onnes Laboratorium）。1926年2月21日，昂内斯在莱顿逝世，享年72岁。
学术生涯
昂内斯学术生涯的标志性成就是低温物理。他的工作深受范德瓦耳斯理论的影响——范德瓦耳斯的对应态原理揭示，当将不同气体的温度、压力和体积按其临界点进行标度后，它们的行为呈现统一模式。昂内斯将范德瓦耳斯原理应用于氢气和氦气的液化实验，认为只要将气体冷却到其临界温度以下并施加足够压强，就可以实现液化。
1894年，昂内斯建立了莱顿低温实验室。该实验室的核心设施是一套复杂而精密的级联式气体液化装置。他逐步攻克了各个气体：1894年成功液化氧气；1895年液化氮气和空气；1904年液化氢气。氢气液化需要冷却到约-253°C（20 K），这在当时已是极低温度。但最困难的挑战是氦气——其临界温度仅为5.3 K（-267.85°C），是所有气体中最低的。
1908年7月10日这天，在助手们的协助下，昂内斯终于成功液化了氦气。他在莱顿实验室中将100升高压氦气冷却到约-269°C（4.2 K），加压到约200个大气压后逐渐降低压强使其膨胀冷却，终于获得了5毫升液态氦。消息传出后，物理界为之震惊，因为这是在液化所有已知气体（氢、氧、氮、一氧化碳等）之后，人类征服的最后一个气体"堡垒"。
获奖成就
1913年，昂内斯被授予诺贝尔物理学奖，"以表彰他对低温物质性质的研究，特别是液氦的制备"。昂内斯是继范德瓦耳斯（1910年）之后又一位在低温领域获得诺贝尔奖的荷兰物理学家。评审委员会认为液氦的液化"不仅是低温技术的巅峰，更开辟了物质在绝对零度附近行为的全新研究方向。"
颁奖典礼上，昂内斯将莱顿实验室的进展形象地总结为"温度测程的下沉"（On the Lowest Temperatures Ever Reached）。他在获奖演讲中生动描述了液氦液化实验的每个细节，并引用了他准备的口号："通过测量认识"（Door meten tot weten）。
昂内斯获奖前的1911年，他在研究液氦中汞的电阻随温度变化时有了另一个划时代的发现——超导电性（superconductivity）。他发现汞在4.2 K左右电阻突然降为零，此后又发现铅（7.2 K）和锡（3.7 K）也存在类似转变。昂内斯最初称之为"超传导性"。尽管诺贝尔奖委员会未将超导列为1913年颁奖的直接理由——因为当时对超导的机理尚不明了——但这一发现无疑是昂内斯最重要的科学遗产。
历史贡献
昂内斯最大的贡献无疑是开启了低温物理学这一全新的研究领域。他一生致力将温度向绝对零度不断推进，使实验物理学可以探索此前无法想象的现象。液氦的制取（4.2 K）是人类在低温方向上的一座里程碑，半个世纪后才被稀释制冷机进一步推进（达到毫开级别）。
超导电性的发现是昂内斯科研生涯中意想不到的惊喜。他最初测量低温下金属电阻的意图是验证"在绝对零度时纯金属电阻是否趋于零"这一理论问题。他预言电阻随温度降低而逐渐减小至零，但突变的发现完全出乎意料。超导现象的理论解释直到1957年才由约翰·巴丁（John Bardeen）、利昂·库珀（Leon Cooper）和罗伯特·施里弗（Robert Schrieffer）提出BCS理论。而超导材料的实际应用——超导磁体、MRI、粒子加速器——则在20世纪晚期成为现代工业的关键技术。
昂内斯还创办了莱顿低温物理学派，培养了一大批低温物理学家，他的学生和助手后来将低温物理技术传播到了全世界。他所建立的科学组织模式——将工程、实验和理论三位一体紧密结合——成为20世纪大科学的早期典范。
轶事典故
昂内斯是一位非常讲究辞令和仪式感的科学家。他在莱顿实验室门前铭刻了范德瓦耳斯的座右铭"E vivo"（通过测量认识），并在实验室内部设置了一座"温度柱"——一根玻璃柱上刻着从室温到液氦温区的所有里程碑温度，象征着人类不断征服低温的过程。
据说液氦首次成功液化的那一刻，实验室里寂静了足足十秒钟。助手们面面相觑——因为液氦是完全透明的，大家无法通过观察确认是否真的液化。昂内斯立即命令助手用一根铜丝伸入杜瓦瓶试触，"感觉到了阻力"才证实了液体的存在。在场所有人的欢呼声据说传遍了整栋楼。
昂内斯对实验室的精确计量有一种近乎偏执的热情。他甚至要求工匠制作了超过200支单独校准的铂电阻温度计，每一支的刻度曲线都手工绘制。有人问他为什么如此执着于精确测量，他说："如果你不能精确测量它，你就不能真正理解它。范德瓦耳斯先生给了我们理论，而我负责给出数字。"
1923年，昂内斯教授辞职退休。他将莱顿实验室移交给了他的学生瓦尔特·能斯特的学生保罗·埃伦费斯特。退休后他仍然每日造访实验室，直到1925年底健康状况恶化。
参考文献
- Nobel Foundation: Heike Kamerlingh Onnes – Biographical
- H. Kamerlingh Onnes, "The Liquefaction of Helium", Nobel Lecture, 1913
- K. Mendelssohn, "The Quest for Absolute Zero", Taylor & Francis, 1966
- 《低温物理学》，阎守胜，科学出版社
- 《超导物理导论》，章立源，北京大学出版社
- 程开甲，《固体物理学》，人民教育出版社