Heike Kamerlingh Onnes

Heike Kamerlingh Onnes

Heike Kamerlingh Onnes (Groningen, 21 September 1853^[1] – Leiden, 21 Februarie 1926^[2]) was 'n Nederlandse fisikus, wenner van die Nobelprys vir Fisika en professor aan die Universiteit van Leiden.^[3] “Deur meeting na kennis” (Nederlands: "Door meten tot weten") was die slagspreuk van sy laboratorium. Hy het hierdie leuse in sy intreerede in 1882 bekendgestel. Hy het daarmee die belangrikheid aangedui wat hy aan eksperimentele werk geheg het om kennis te bekom. Sy navorsingsgebied was dié van gekondenseerde materie-fisika, waarin hy die verskynsel van supergeleiding in 1911 ontdek het.

Lewensloop

Kamerlingh Onnes (aanvanklik Onnes, later het hy sy tweede naam Kamerlingh by sy van gevoeg) is op 21 September 1853 in Groningen gebore as die seun van die dakteëlvervaardiger Harm Kamerlingh Onnes en Anna Gerdina Coers. Hy het in 'n welgestelde gesin grootgeword en het sonder enige probleme hoërskool bygewoon. Hy het ook die staatseksamen in Grieks en Latyn suksesvol afgelê, wat hy moes slaag om tot universiteit toegelaat te word.

Opleiding

Vanaf 1870 studeer Onnes wiskunde en fisika aan die Universiteit van Groningen, waar hy sy propedeutiese diploma in chemie verwerf het. In sy eerste studiejaar het Onnes 'n goue medalje gewen vir sy antwoord op 'n kompetisie wat deur die Universiteit Utrecht gereël is. In die volgende jaar het hy weens swak laboratoriumtoestande op advies van professor F.C. Donders studeer chemie aan Heidelberg se Ruprecht-Karls-universiteit, studeer chemie onder Robert Bunsen. Bunsen was 'n ware eksperimentalis, en hoewel Onnes volgens Bunsen 'n goeie student was, het hy toevlug gevind by die professor in fisika aan dieselfde universiteit Gustav Robert Kirchhoff. Onnes was veral aangetrokke tot die kombinasie van teorie en praktyk.

In 1873 het hy na sy geboortestad teruggekeer om sy studies voort te sit. Vanaf 1875 was hy voorsitter van die GSC Vindicat atque Polit, wat hy van naderende bankrotskap gered het. Nadat hy in 1876 gegradueer het, word hy in 1878 die assistent van Johannes Bosscha Jr., direkteur van die Politegniese Skool in Delft, die huidige Tegniese Universiteit daar. Op 10 Julie 1879 behaal hy sy doktorsgraad in Groningen met die proefskrif "Nuwe bewyse vir die rotasie van die aarde deur professor Rudolf Adriaan Mees".^[4]

Nadat hy ’n kompetisie gewen het wat deur Kirchhoff gereël is, kon Onnes vir ’n jaar ’n assistentskap aanvaar. Hy is in opdrag van Kirchhoff gekry om 'n funksionele Foucault-pendulum met 'n pendulumlengte van twee meter te ontwerp. Dit was tegnies baie moeilik, want hierdie pendulum roteer eintlik relatief tot die oppervlak as gevolg van die rotasie van die Aarde, en op 'n stadium vind 'n draai in die tou plaas. Onnes sou sy navorsing hieroor voortsit, waarvoor hy ook in die teorie gedelf het, ná vanjaar se assistentskap in Groningen. Die storie lui dat hy saans in die kelder moes werk om die vele vibrasies van verbygaande verkeer te vermy.

Hoogleraar

Heike Kamerlingh Onnes as Leidse professor, geskilder deur sy broer Menso.

In 1882 het Onnes professor in eksperimentele fisika aan die Universiteit Leiden geword. Hierdie pos het na die vertrek van professor Pieter Rijke beskikbaar geword, en vir hierdie vakante pos moes Kamerlingh Onnes meeding met Wilhelm Röntgen, die latere ontdekker van X-strale, 'n gebore eksperimenteerder en gunsteling van Rijke. Deels as gevolg van die pogings van sy vriend Hendrik Lorentz, professor in teoretiese fisika in Leiden, het Kamerlingh Onnes uiteindelik professor in Leiden geword.

Deur meeting na kennis

In sy intreerede Die betekenis van kwantitatiewe navording in fisika (Leiden, 11 November 1882) het Onnes die slagspreuk "Deur meeting na kennis" bekendgestel. “Na my mening moet in die eksperimentele praktyk van fisika die strewe na kwantitatiewe navorsing, dit wil sê die opsporing van die dimensionele verwantskappe in die verskynsels, op die voorgrond wees. Deur te meet om te weet, wil ek graag as 'n leuse bo elke fisiese laboratorium skryf.”^[5]

Kwantitatiewe navorsing was volgens Onnes op drie maniere nuttig: om nuwe natuurwette te ontdek, meetinstrumente te ontwikkel en internasionaal toepaslike standaarde op te stel. Metings het dit moontlik gemaak om 'n natuurwet te ontdek, byvoorbeeld dié van die versnelling van swaartekrag, of die wet van behoud van energie, wanneer een vorm van energie in 'n ander omgeskakel word. Benjamin Thompson, die Graaf van Rumford het byvoorbeeld 'n gat in 'n kanon geboor en gevind dat die hoeveelheid hitte wat ontwikkel is, ooreenstem met die hoeveelheid werk wat verrig is. Die kuns was om verskynsels in meetbare vorm te bring, na die voorbeeld van fisiese ontdekkers soos Alessandro Volta, Charles Coulomb, [[Carl Friedrich Gauss Siméon Poisson en George Green, of William Thomson, 1ste Baron Kelvin se elektrometer, in samewerking met die formele wetenskap van wiskunde. Meetresultate kan lei tot nuwe meetinstrumente, wat nuwe verskynsels kan openbaar, soos dié van termo-elektrisiteit of die spieëllesing op 'n Gauss-magneet. Verder het kwantitatiewe navorsing gelei tot prakties internasionaal geformuleerde standaarde en eenhede in meteorologie.

Eerbewyse

Baie jonk, op die ouderdom van dertig, is Onnes verkies tot lid van die Koninklike Nederlandse Akademie van Kuns en Wetenskappe. In 1913 ontvang hy die Nobelprys vir Fisika vir “sy navorsing oor die eienskappe van materie by lae temperature, wat onder meer gelei het tot die produksie van vloeibare helium”. Hy het reeds die Matteucci-medalje in 1910 en die Rumford-medalje in 1912 ontvang.

Leiden Instrumentmakersskool

In 1901 het Kamerlingh Onnes die Leiden Instrumentmakersskool (LIS) gestig. In daardie tyd was dit algemeen dat navorsers hul eie meetinstrumente vervaardig het. Omdat dit beteken het dat tyd vir navorsing verlore gegaan het, het hy onmiddellik ná sy aanstelling as professor tegnies opgeleide professionele persone uit Duitsland gebring. Hy het hulle opdrag gegee om talentvolle jongmense op te lei om instrumentmakers en glasblasers te word. Die LIS bestaan steeds as 'n praktiese MBO-kursus.

Laetemperatuurfisika

Heike Kamerlingh Onnes en Johannes Diderik van der Waals (r.), in Leiden, 1908.

Nadat Kamerlingh Onnes sy pos as professor in Leiden aangeneem het, het hy begin om 'n koue laboratorium te bou en in strawwe mededinging met buitelandse navorsers betrokke geraak in navorsing oor die vervloeiing van gasse. Hy het sy navorsing daarop gefokus om die aansprake van Johannes Diderik van der Waals te verifieer, wat gesê het dat enige gas vloeibaar gemaak kan word, maar slegs onder die kritieke temperatuur. Bo daardie kritieke temperatuur kan 'n gas nie meer vloeibaar word nie, ongeag die druk. Kamerlingh Onnes het probeer om waterstofgas (H2), die eenvoudigste gas wat destyds bekend was, vloeibaar te maak. Om dit te doen, moes hy eers vloeibare suurstof (onder -183 °C/90 K by 1 atm) verskaf, waarmee hy dan aan die produksie van vloeibare waterstof kon werk. Hy moes baie tegniese probleme oorkom, soos besoedeling deur pompe en olie.

Dit was egter nie Kamerlingh Onnes nie, maar sy mededinger, die Skotse fisikus James Dewar, wat in 1898 die eerste was wat waterstof vloeibaar gemaak het. ’n Temperatuur van −253 °C/20 K is bereik. Kamerlingh Onnes se pogings om ook vloeibare waterstof beskikbaar te stel, is aansienlik vertraag, omdat die Leidse munisipale raad beswaar gemaak het om met saamgeperste gasse, en sekerlik met saamgeperste waterstof, te werk weens die veiligheidsrisiko vir die omgewing. Na advies van die KNAW is hierdie toestemming nietemin verkry, en in 1906 is die waterstofvervloeiingsfaktor voltooi.

Op 10 Julie 1908 was Kamerlingh Onnes die eerste wat helium by 'n temperatuur van −269 °C/4,2 K vloeibaar gemaak het. Met hierdie doel voor oë het hy in 1904 'n spesiale kriogene laboratorium gestig. Deur die Joule-Thomson-effek te gebruik, het hy daarin geslaag om 'n temperatuur van 0,9 Kelvin te bereik - minder as een graad bo absolute nul. Op daardie tydstip was die opstelling in sy laboratorium die koudste plek op aarde. Tot 1923 is gesê dat Leiden die enigste plek ter wêreld was waar die kondensasietemperatuur van vloeibare helium bereik kon word. Baie buitelandse wetenskaplikes het na hierdie laboratorium gekom om te toets of hul teorieë by baie lae temperature steeds waar was.

'n Bekende grappie was: Wat is die koudste stad in die wêreld? Nie Verchojansk nie maar Leiden.

Ontdekking van supergeleiding

Voor Kamerlingh Onnes en sy vrou Betsy. Agter: Paul Ehrenfest, Albert Einstein.

In 1911 het Kamerlingh Onnes ontdek dat suiwer metale – soos kwik (vriespunt 234 K/-43 oC), tin en lood – by uiters lae temperature supergeleidend word. Hy het sy bevindinge in November daardie jaar gepubliseer onder die titel "Oor die skielike verandering in die tempo waarteen die weerstand van kwik verdwyn". Vir 'n lang tyd is aangeneem dat hierdie ontdekking toevallig gebeur het, deels omdat die aantekeninge uit hierdie tydperk verlore gedink het. Met die herontdekking van Kamerlingh Onnes se aantekeninge uit hierdie tydperk vroeg in 2011, het dit duidelik geword dat die ontdekking van supergeleiding nie toevallig was nie, maar die direkte gevolg van beplande navorsing.^[6]

Die instrumente wat Kamerlingh Onnes vir sy eksperimente laat vervaardig het, kan steeds in Leiden, in die Boerhaave-museum, besigtig word. Die vloeibare helium-opstelling is in die Kamerlingh Onnes-laboratorium in die Bio Science Park in Leiden geleë. Sy assistent en opvolger as direkteur van die laboratorium Willem Keesom was die eerste wat helium in 'n vaste toestand omskep het in 1926 (−272 °C/1,0 K by 25 bar).

Persoonlike lewe

Kamerlingh Onnes trou op 8 September 1887 in Den Haag met Maria Adriana Wilhelmina Elisabeth Bijleveld, dogter van Rudolf Theodoor Bijleveld. Hulle het 'n seun, Albert, gehad.^[7] Hy was 'n broer van die skilder Menso Kamerlingh Onnes (en dus 'n oom van sy seun die skilder Harm Kamerlingh Onnes) en 'n swaer van die ewe bekende skilder Floris Verster, wat met sy suster Jenny Kamerlingh Onnes getroud was.

In 1924, toe hy die ouderdom van sewentig bereik het, moes Kamerlingh Onnes sy amp bedank. Hy het nietemin aan sy laboratorium gekoppel gebly. Na 'n kort siekbed is hy op 21 Februarie 1926 in Leiden oorlede. Sy oorskot is in die familiegraf by die begraafplaas in Voorschoten begrawe.

Vernoemings na Kamerlingh Onnes

KLM-vliegtuig vernoem na Heike Kamerlingh Onnes.

Die fisika-laboratorium oorkant die Van der Werfpark in Leiden, waar Kamerlingh Onnes sy eksperimente uitgevoer het, is in 1932 na hom Kamerlingh Onnes-laboratorium genoem. Die gebou is nou in gebruik by die Fakulteit Regte van die Universiteit Leiden, onder die naam Kamerlingh Onnes Gebouw. ’n Borsbeeld van die wetenskaplike, gemaak deur Ellie Hahn, staan sedert 2008 naby die gebou.

Die huidige Fakulteit Wiskunde en Natuurwetenskappe het ook 'n Kamerlingh Onnes-laboratorium, waar eksperimente steeds by baie lae temperature uitgevoer word.[8] Daarbenewens is 'n skool in die stad Groningen wat aan die Reitdiep Kollege behoort, vernoem na Kamerlingh Onnes. Dit was 'n ou HBS. Verder is byvoorbeeld 'n Spurt-trein en 'n KLM-vliegtuig na hom vernoem, asook 'n maankrater. Laastens het verskeie plekke strate wat na Kamerlingh Onnes vernoem is, soos Kamerlingh Onneslaan in Amsterdam.

Verwysings

1. Geboorteakte Burgerlijke Stand Groningen 1853, aktenummer 772
2. Overlijdensakte Burgerlijke Stand Leiden 1926, aktenummer 155
3. Dirk van Delft, Heike Kamerlingh Onnes. Een biografie. De man van het absolute nulpunt, Bert Bakker, 2005 Amsterdam. DBNL Heike Kamerlingh Onnes. Een biografie. De man van het absolute nulpunt. Besoek 20 November 2019. Geargiveer op 24 November 2020.
4. Math Genealogy Project 99434. Geargideerd op 14 Maart 2023.
5. Dirk van Delft, Heike Kamerlingh Onnes. Een biografie. De man van het absolute nulpunt, Bert Bakker, 2005 Amsterdam bl. 168
6. Ontdekking supergeleiding was geen geluk bij een ongeluk, de Volkskrant, 28 Januarie 2011
7. Rob Coers: Parenteel van Gerrit Courts