?？薩昂內(nèi)斯：低溫物理學(xué)的奠基人.docx

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1、?？恕ぐ簝?nèi)斯：低溫物理學(xué)的奠基人?？恕た┝帧ぐ簝?nèi)斯（HeikeKamerlinghOnnes，1853～1926），荷蘭物理學(xué)家，雅號(hào)“絕對(duì)零度先生”，1911年發(fā)現(xiàn)了物體的超導(dǎo)性，低溫物理學(xué)的奠基人。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)。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

2、生產(chǎn)。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（VanderWaals）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189

3、8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)第1頁(yè)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(guān)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(mǎn)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

4、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?？┝帧ぐ簝?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，

5、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?？┝帧ぐ簝?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。第2頁(yè)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(mǎn)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

6、技人員，包括來(lái)自國(guó)外的訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者，集中到他的周?chē)?。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(chǎng)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

7、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。第3頁(yè)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

8、，仍然沒(méi)有觀(guān)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(guān)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(mǎn)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)，1918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