مخترع الهيليوم السائل .. ” هايك كامرلينغ أونس “

من هو مخترع الهليوم السائل وبأي سنة

عندما يتم تبريد الهيليوم 4 إلى أقل من 2.2 كلفن يبدأ في التصرف بطرق غريبة جداً حيث يمر السائل عبر أنابيب ضيقة بدون احتكاك تقريباً بل إنه يتسلق الجدران ويفيض من الحاوية الخاصة به على الرغم من وجود اقتراحات مبكرة لسلوك غريب فقد استغرق الأمر 30 عاماً بعد تسييل الهيليوم قبل اكتشاف ميوعته الفائقة.

في عام 1908 قام هايك كامرلينغ أونس Heike Kamerlingh Onnes بأول هليوم سائل في جامعة لايدن في هولندا وسرعان ما ظهرت عدة

إشارات

إلى السلوك الغريب للهيليوم السائل وبحلول عام 1924 أجرى هايك كامرلينغ أونس قياسات دقيقة لكثافة الهيليوم السائل ووجد أنه مع انخفاض درجة الحرارة تمر الكثافة بحد أقصى حاد عند حوالي 2.2 كلفن تسمى درجة الحرارة هذه بنقطة لامدا لأن الرسم البياني للحرارة النوعية مقابل درجة الحرارة يشبه الحرف اليوناني لامدا وتسمى المرحلتان بالهيليوم الأول والهيليوم الثاني

على الرغم من أن هذه كانت نتائج مثيرة للاهتمام إلا إنها لم تكن مفاجئة لدرجة إن أي شخص قد أولى اهتماماً كبيراً في ذلك

الوقت

فالنتيجة الرائعة حقاً وهي إن الهيليوم 2 سائل فائق تم اكتشافه لأول مرة في عام 1937 ونشره في يناير 1938 بواسطة بيوتر كابيتسا في موسكو وبشكل مستقل عن طريق جون ف.ألين ودونالد ميسنر في جامعة تورنتو.

حصل هايك كامرلينغ أونس على

جائزة نوبل

بسبب دراسات درجات الحرارة المنخفضة هذه فعندما يتم تبريد مواد مختلفة إلى درجات حرارة منخفضة جداً تتغير خصائصها في عام 1908 استخدم Heike Kamerlingh Onnes جهازاً بارعاً لتبريد الهيليوم إلى شكل سائل

وتمت دراسة سائل الهيليوم بعناية وأصبح أيضاً مساعداً مهمًا لتبريد المواد المختلفة ورسم خصائصها في درجات حرارة منخفضة وفي عام 1911 اكتشف هايك كامرلينغ أونس إن المقاومة الكهربائية للزئبق اختفت تماماً عند درجات حرارة أعلى من الصفر المطلق ببضع درجات وأصبحت هذه الظاهرة معروفة باسم الموصلية الفائقة.

معلومات عن هايك كامرلينغ أونس

ولد هايك كامرلينغ أونس في ٢١ سبتمبر ١٨٥٣ في جرونينجن في هولندا وتوفي في 21 فبراير 1926 في ليدن في هولندا وكان والده هارم كامرلنغ أونز صاحب مصنع قرميد بالقرب من جرونينجن وكانت والدته آنا جيردينا كورس من أرنهيم ابنة مهندس معماري.

بعد قضاء الوقت المخصص في “Hoogere Burgerschool” في بلدته الأصلية (مدرسة ثانوية بدون لغات كلاسيكية) والتي كان مديرها لاحقاً أستاذ الكيمياء في Leyden J.M. van Bemmelen حيث تلقى تعليماً تكميلياً باللغتين اليونانية واللاتينية وفي عام 1870 التحق بجامعة جرونينجن وحصل على درجة “Candidaats” (تقريباً بكالوريوس علوم) في العام التالي

ثم ذهب إلى هايدلبرغ كطالب في بنسن وكيرتشوف من

أكتوبر

1871 حتى أبريل 1873 حيث اجتاز امتحان “الدكتوراه” (تقريباً ماجستير) في عام 1878 وحصل على درجة الطبيب في عام 1879 بأطروحة رائعة Nieuwe bewijzen voor de aswenteling der aarde (أدلة جديدة على دوران الأرض)

وفي هذه الأثناء في عام 1878 أصبح مساعداً في البوليتكنيكوم Polytechnicum في دلفت Delft وعمل تحت إشراف بوسشا الذي حاضر في مكانه أيضاً في عامي 1881 و 1882 وهو العام الذي تم فيه تعيينه أستاذاً للفيزياء التجريبية والأرصاد الجوية في جامعة ليدن على التوالي ل P.L. رييك.

كانت مواهب هايك كامرلينغ أونس في حل المشكلات العلمية واضحة بالفعل في عام 1871 عندما حصل في سن 18 على الميدالية الذهبية لمسابقة برعاية كلية العلوم الطبيعية بجامعة Utrecht تليها في العام التالي ميدالية فضية لـ حدث مماثل في جامعة جرونينجن وعند العمل مع Kirchhoff فاز أيضاً بـ “Seminarpreis” مما يؤهله لشغل إحدى المساعدين الحاليين تحت Kirchhoff.

في أطروحة طبيبه تم تقديم دليل نظري وتجريبي على أن تجربة البندول المعروفة لفوكو يجب اعتبارها حالة خاصة لمجموعة كبيرة من الظواهر التي يمكن استخدامها بطريقة أبسط بكثير لإثبات حركة دوران الأرض وفي عام 1881 نشر ورقة Algemeene theorie der vloeistoffen (النظرية العامة للسوائل) والتي تناولت النظرية الحركية للحالة السائلة مقاربة قانون فان دير فال للحالات المقابلة من وجهة نظر ميكانيكية.

يمكن اعتبار هذا العمل بمثابة بداية تحقيقاته مدى

الحياة

في خصائص المادة في درجات حرارة منخفضة وفي خطابه الافتتاحي De beteekenis van het quantitatief onderzoek in de natnurkunde (أهمية

البحث الكمي

في الفيزياء) توصل إلى شعاره المعروف “Door meten tot weten” (المعرفة من خلال القياس) وهو تقدير لقيمة القياسات التي اهتم بها طوال حياته العلمية لطالما كانت صحة كامرلينج أونز حساسة إلى حد ما وبعد مرض قصير توفي في ليدن في 21 فبراير 1926.

حياة هايك كامرلينغ أونس الأسرية

خارج نطاق عمله العلمي كانت وسائل الترفيه المفضلة لدى هايك كامرلينغ أونس هي حياته الأسرية ومساعدته لأولئك الذين يحتاجون إليها على الرغم من إن عمله كان هوايته إلا إنه كان بعيداً عن كونه عالماً مغروراً رجل يتمتع بسحر شخصي عظيم وإنسانية خيرية كان نشيطاً للغاية أثناء وبعد الحرب العالمية الأولى في تسوية الخلافات السياسية بين العلماء وفي معالجة الأطفال الجائعين في البلدان التي تعاني من نقص الغذاء

وفي عام 1887 تزوج من ماريا أدريانا فيلهلمينا إليزابيث بيليفيلد التي ساعدته كثيراً في هذه الأنشطة والتي أنشأت منزلاً معروفاً على نطاق واسع بضيافته حيث كان لديهم ابن واحد ألبرت الذي أصبح موظفاً حكومياً رفيع المستوى في لاهاي.

قصة اخترع الهيليوم السائل

بعد دراسات هايك كامرلينغ أونس بدأ الامر مع كابيتسا حيث ولد كابيتسا ابن مهندس عسكري عام 1894 في كرونشتاد بالقرب من لينينغراد حيث درس الهندسة في معهد بتروغراد للفنون التطبيقية وتخرج عام 1918 وبقي هناك محاضراً لعدة سنوات أجرى خلالها بحثاً في المجالات المغناطيسية.

بعد أن فقد زوجته الأولى وطفليه بسبب وباء الإنفلونزا عام 1921 انتقل كابيتسا إلى كامبريدج للعمل مع إرنست رذرفورد في مختبر كافنديش وعمل Kapitsa لأول مرة في أبحاث المجال المغناطيسي حيث طور طرقاً لإنتاج مجالات مغناطيسية قوية للغاية وبعد عدة سنوات حول اهتمامه إلى أبحاث درجات الحرارة المنخفضة وفي عام 1934 طور طريقة جديدة لتسييل كميات كبيرة من الهيليوم مما مهد الطريق لتجارب مستمرة مع السائل الغريب.

في عام 1934 سافر كابيتسا إلى

روسيا

في زيارة متوقعاً العودة إلى كامبريدج لأسباب غير واضحة تم اعتقاله ومصادرة جواز سفره بناءً على أوامر ستالين عندما أصبح واضحاً أن كابيتسا لا يستطيع العودة إلى كامبريدج ساعد رذرفورد في ترتيب إرسال معظم أجهزته من معمله في كامبريدج إليه وأنشأ كابيتسا مرفقاً بحثياً جديداً وهو معهد المشكلات الفيزيائية في موسكو وفي عام 1937 أثناء التحقيق في التوصيل الحراري للهيليوم السائل قاس كابيتسا التدفق بينما يتدفق السائل عبر فجوة بين قرصين في الحمام المحيط.

كانت النتائج مذهلة فوق نقطة لامدا حيث كان هناك تدفق ضئيل ولكن تحت درجة حرارة لامدا تدفق السائل بسهولة كبيرة لدرجة إن كابيتسا رسم تشابهاً مع الموصلات الفائقة وكتب في مقالته في الطبيعة في 8 يناير 1938 يدخل الهيليوم الموجود أسفل نقطة لامدا إلى حالة خاصة قد يُطلق عليها اسم “السائل الفائق”.

في الوقت نفسه أجرى ألين وميسنر في جامعة تورنتو دراسات مماثلة على الهيليوم السائل باستخدام إعداد مختلف قليلاً وقاموا بقياس التدفق من خلال أنبوب زجاجي ضيق ولاحظوا أيضاً اللزوجة المنخفضة للغاية وأشاروا إلى إن التدفق كان مستقلاً تقريباً عن الضغط وبالتالي “لا يمكن لأي صيغة معروفة من بياناتنا أن تعطي قيمة للزوجة والتي سيكون لها أي معنى”.

من المفهوم الآن إن الهليوم II يمكن وصفه بإنه خليط من سائلين جزء من سائل عادي وجزء مائع فائق حيث تكثفت الذرات في حالة كمومية واحدة زيوضح هذا النموذج المرن نتائج Kapitsa و Allen و Misener بعد ذلك واصل كابتسا بحثه في فيزياء درجات الحرارة المنخفضة لعدة سنوات خلال الحرب العالمية الثانية بنى جهازاً لإنتاج كميات كبيرة من الأكسجين السائل

لصناعة الصلب السوفيتية وفي الأربعينيات من القرن الماضي وجه انتباهه إلى فيزياء البلازما والاندماج وفي عام 1946 رفض العمل في صنع القنبلة الذرية السوفيتية وبالتالي فقد حظوظه مع ستالين فقد منصبه في معهد المشاكل البدنية ولم تتم إعادته إلا بعد وفاة ستالين.

بعد ثلاثين عاماً من اكتشافه للسائل الفائض وبعد فترة طويلة من انتقاله إلى موضوعات بحثية أخرى مُنح كابيتسا جائزة نوبل في الفيزياء لأبحاثه حول درجات الحرارة المنخفضة تقاسم جائزة 1978 مع Arno Penzias و Robert Wilson اللذين ربحا لاكتشافهما إشعاع الخلفية الكوني الميكروي.

ألين وميسنر على الرغم من أنهما قاما بنفس الاكتشاف مثل كابيتسا لم يحصلوا على جائزة نوبل وكابيتسا بشكل عام هو الفضل في اكتشاف السيولة الفائقة وكان العمل على الهيليوم السائل وفهم الخصائص الغريبة لحالة السائل الفائق أساسياً في مجال فيزياء درجات الحرارة المنخفضة والذي لا يزال مجالاً مثيراً للبحث اليوم حيث يستمر إنتاج حالات درجات الحرارة المنخفضة الأكثر غرابة.[1][2]