绝对零度先生：低温学之父卡末林·昂内斯的贡献

1853年9月21日，卡末林·昂内斯（1853～1926）出生于荷兰的格罗宁根。他的父亲是格罗宁根附近一所砖窑的主人。父母都是博学之士，对他要求很严格，使他认识到勤劳和忍耐的重要性。他从牙牙学语时就跟着大人学认字，稍大一点，开始涉猎诗词歌曲，但对天文学、物理学和化学表现出了特殊的兴趣。1870年，卡末林·昂内斯进入格罗宁根大学学习物理学和数学，第二年获科学学士学位。1871～1873年在海德堡大学攻读，成为德国著名的化学家本生（1811～1899）和物理学家基耳霍夫（1824～1887）的学生。回到格罗宁根大学后，1878年通过考试获科学硕士学位，后被任命为工业学院院长助理。1879年以论文“地球旋转的新证据”获格罗宁根大学博士学位。他的博士论文从理论上和实验上证明，著名的“傅科摆”实验只是能以简单的方式证明地球旋转运动的大量现象中的一个特例。1881～1882年，他曾在学校做代课教师，1882年成为莱顿大学的实验物理和气象学教授。1892年制造了一种阶梯式气体液化制冷装置，1901年创立仪器制造者培训促进会。1906年制成液态氢，1908年制成液态氦。1911年发现超导性，1913年由于其在低温物理学方面的工作而获得诺贝尔物理学奖。这是因卡末林·昂内斯对低温下物质特性的研究，特别是这些研究导致了液氦的生产。

早在1871年，卡末林·昂内斯就表现出了解决科学问题的才能。这一年，乌得勒支大学自然科学院组织了一次竞赛，卡末林·昂内斯获得了金质奖章；第二年又获得在格罗宁根大学举行的一次竞赛的银质奖章。他和著名的德国物理学家基耳霍夫一起工作期间还获得“研究会奖”，他是基耳霍夫两名助手中的一个。卡末林·昂内斯30岁时当选阿姆斯特丹皇家科学院院士，他是国际液化协会的创始人之一，还是第一个认识到超导性的人。卡末林·昂内斯一直没有退休，他在1926年3月21日逝世前一直在坚持工作。

卡末林·昂内斯被人们誉为“低温之父”，又被称为“绝对零度先生”，由此可见他对低温学贡献之大。人们曾经略带调侃地说：“地球上最冷的点在莱顿大学”。

卡末林·昂内斯

1873年，荷兰物理学家范德瓦耳斯（1837～1923）在他自己的博士论文“气态和液态的连续性”中，提出了包括气态和液态的“物态方程”，也被称为范德瓦耳斯方程。1880年，范德瓦耳斯又提出了“对应态定律”，进一步得到物态方程的普遍形式。在范德瓦耳斯的理论指导下，英国人杜瓦（1842～1923）于1898年第一次实现了氢的液化。范德瓦耳斯创建的物质分子理论在卡末林·昂内斯的研究中起到了重要作用。卡末林·昂内斯所在的荷兰莱顿大学发展了低温实验技术，建立了低温实验室。这个实验室的创始人和主任就是著名低温物理学家卡末林·昂内斯。(www.xing528.com)

自从1823年法拉第（1791～1867）第一次观察到液化氯以后，各种气体的液化和更低温度的实现一直是实验物理学的重要课题。

当时低温的获得主要是采用液体蒸发和气体节流膨胀的方法。要得到很低的温度，往往需要采用两种联合的办法。首先，把要液化的气体压缩，同时利用另一种液体的蒸发带走热量，然后再让气体作节流膨胀，气体由于对外做功而消耗气体的内能，进而降低了气温。这个原理在物理上都已解决，没有什么新内容，但在操作上却存在许多技术问题。卡末林·昂内斯决心攻克液体氦这个低温堡垒，他以极大的精力改善了实验室装备，并使之由初具规模发展到后来居上的水平。

1892年，卡末林·昂内斯制造了一种阶梯式气体液化装置，为他的实验室提供液态氮和液态氧。这一制冷装置利用了多级冷却原理，即前一级冷却的气体被用于下一级冷却中。这种方法一直被人们使用着。莱顿低温实验室于1894年建立了能大量生产液氢和其他气体（包括氦气）的工厂和一栋规模甚大的实验楼。他以工业规模建立实验室，这在历史上还是第一次。就是从这里开始，物理学由手工业方式走向现代的大规模水平。

1906年，卡末林·昂内斯已经能够将氢液化了，虽然他比别人晚了8年。1908年7月10日是一个重要的日子。卡末林·昂内斯利用他对范德瓦耳斯研究工作的深刻理解，估算出了液化氦所需要的温度，预计是在5～6开（也可写成K），换算成摄氏温标的数值，为-268～-267摄氏度。液氢是自制的，这次卡末林·昂内斯共获得了60毫升的液氦，达到了4.3开（约-269摄氏度）的低温，液化温度只比绝对零度高几度。