Хейке Камерлинг-Оннес

Биография

Голландский физик Хейке Камерлинг-Оннес родился в Гронингене на севере Нидерландов. Его отец Харм Камерлинг-Оннес был преуспевающим владельцем кирпичного завода, мать, урожденная Анна Гердина Коерс, была дочерью архитектора.

По окончании средней школы К.-О. в 1870 г. поступил в Гронингенский университет, где изучал математику и физику. Степень кандидата (примерно эквивалентную степени бакалавра) он получил в 1871 г. Три семестра К.-О. провел в Гейдельбергском университете (Германия), где его занятиями руководили химик Роберт Бунзен и физик Густав Кирхгоф. В 1873 г. К.-О. возвратился в Гронинген. Через шесть лет он блестяще защитил докторскую диссертацию, в которой предложил новое доказательство вращения Земли.

С 1878 по 1882 г. К.-О. читал лекции в Политехническом училище (позднее преобразованном в Технический университет) Дельфта. Внимание К.-О. привлекала теория газов Йоханнеса Ван-дер-Ваальса, устанавливающая соотношение между давлением, температурой и объемом. Она позволяла учесть различия в поведении реальных и идеальных газов. В то время Ван-дер-Ваальс преподавал в Амстердаме, и К, – О. вступил с ним в переписку по поводу молекулярной теории.

В 1882 г., в возрасте двадцати девяти лет, К.-О. получил назначение на должность профессора экспериментальной физики Лейденского университета и стал во главе физической лаборатории этого университета. В своей вступительной лекции К.-О. провозгласил принцип, которым неукоснительно руководствовался на протяжении сорока двух лет своего пребывания в Лейденском университете: «Через измерение к знанию». По мнению К.-О., физические лаборатории должны производить количественные измерения и ставить качественные эксперименты; теоретические описания должны подкрепляться точными измерениями, производимыми с астрономической точностью.

Согласно теории соответственных состояний Ван-дер-Ваальса, все газы ведут себя одинаково, если единицы давления и температуры выбраны с учетом слабых сил притяжения между молекулами. К.-О. считал, что исследование поведения газов при низких температурах может дать важную информацию для проверки теории соответственных состояний. Для достижения низких температур необходимо сжижать газы. К.-О. выбрал темой для работы своей лаборатории узкую область криогеники – исследование низкотемпературных эффектов. Он построил крупный завод по сжижению газов для получения больших количеств низкотемпературных жидкостей – кислорода, азота и воздуха. Эти жидкости были необходимы для проведения экспериментов по изучению свойств материалов и достижения еще более низких температур. Чтобы подготовить квалифицированных ассистентов, К.-О. в 1909 г. открыл училище для механиков и стеклодувов. Вскоре выпускников лейденского училища можно было встретить в физических лабораториях всего мира. Лаборатория К.-О. стала образцом для научно-исследовательских институтов XX века.

Хотя шотландский ученый Джеймс Дьюар получил жидкий водород в 1898 г., только К.-О. удалось наладить получение жидкого водорода в значительных количествах. Его заводская установка производила 4 литра жидкого водорода в час. Для создания установки потребовалось все искусство подготовленных К.-О. техников: механиков – для создания насосов, стеклодувов – для изготовления прозрачных сосудов, сквозь стенки которых можно было бы наблюдать за поведением веществ при низких температурах.

Через два года К.-О. впервые удалось получить жидкий гелий при температуре всего лишь на 4° выше абсолютного нуля. Некоторые ученые сомневались, что это вообще достижимо. «Я был вне себя от радости, когда смог продемонстрировать жидкий гелий моему другу Ван-дер-Ваальсу, чья теория была моей путеводной нитью, позволившей довести сжижение до конца», – вспоминал впоследствии К.-О. С помощью жидкого гелия К.-О. удалось достичь еще более низких температур: 1,38 К в 1909 г. и 1,04 К в 1910-м. Однако основной его заботой оставалось исследование свойств веществ при столь низких температурах. Он изучал спектры поглощения элементов, фосфоресценцию различных соединений, вязкость сжиженных газов и магнитные свойства веществ. Поскольку температура является мерой случайного движения молекул вещества, а это затемняет суть некоторых явлений, понижение температуры может, по выражению К.-О., помочь «приподнять завесу, которую простирают над внутренним миром атомов и электронов тепловые движения при обычных температурах».

Свое наиболее поразительное открытие К.-О. сделал в 1911 г. Он обнаружил, что при низких температурах электрическое сопротивление некоторых металлов полностью исчезает. Это явление К.-О. назвал сверхпроводимостью. К.-О. предположил, что объяснение сверхпроводимости будет дано квантовой теорией. В 1957 г. Джон Бардин, Леон Купер и Дж. Роберт Шриффер предложили теоретическое объяснение явления сверхпроводимости.

К.-О. был удостоен Нобелевской премии по физике 1913 г. «за исследования свойств вещества при низких температурах, которые привели к производству жидкого гелия». Представляя лауреата, Теодор Нордстрем из Шведской королевской академии наук сказал, что «достижение столь низких температур имеет огромное значение для физических исследований и работы К.-О. внесут свой вклад в новые теории электрона».

К.-О., снискавший всеобщую любовь и заслуживший почетное прозвище Господин Абсолютный Нуль, многое сделал для развития международного сотрудничества в области науки. Он охотно приглашал иностранных ученых поработать в своей лаборатории. Основанный им журнал «Сообщения из физической лаборатории Лейденского университета» ("Communications From the Physical Laboratory of the University of Leiden") стал самым авторитетным изданием по физике низких температур. К.-О. принимал деятельное участие в разработке методов использования низких температур: хранении пищевых продуктов; создании вагонов-рефрижераторов и производстве льда.

В 1887 г. К.-О. вступил в брак с Элизабет Билефельд. У супругов родился один сын. Интересы К.-О. не замыкались в стенах его лаборатории. Он был преданным семьянином, и его коллеги отзывались о нем как о человеке большого обаяния и скромности. Во время первой мировой войны он принимал участие в организации помощи голодающим детям различных стран. Грандиозность его свершений и интенсивность научной деятельности находились в явном несоответствии с хрупким здоровьем, которым он отличался на протяжении всей своей жизни. После непродолжительной болезни К.-О. скончался в Лейдене 21 февраля 1926 г.

В числе его многочисленных наград были золотая медаль Маттеуччи Национальной академии наук Италии, медаль Румфорда Лондонского королевского общества и медаль Франклина Франклиновского института. Он был почетным доктором Берлинского университета. Когда ему не исполнилось и тридцати, он был избран членом Королевской академии наук в Амстердаме. К.-О. состоял членом академий наук Копенгагена, Геттингена, Галле, Упсала, Турина и Вены.