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 بتحضير أول هيليوم سائل في جامعة لايدن في هولندا، وسرعان ما لاحظ سلوكا غريبا للهيليوم السائل، وبحلول عام 1924، أجرى هايك كامرلينغ أونس قياسات دقيقة لكثافة الهيليوم السائل، وتبين أن كثافته تنخفض بشكل حاد مع انخفاض درجة الحرارة، ويحدث ذلك عند حوالي 2.2 كلفن، وتسمى هذه الدرجة نقطة لامدا، لأن الرسم البياني للحرارة النوعية مقابل درجة الحرارة يشبه حرف اليوناني “لامدا”، وتسمى المرحلتان الأولى والثانية من الهيليوم السائل بالهيليوم الأول والثاني

على الرغم من أن هذه النتائج كانت مثيرة للاهتمام، إلا أنها لم تكن مفاجئة لدرجة أن أي شخص مهتم بالموضوع لقد أولى اهتماما كبيرا في ذلك الوقت. والنتيجة الرائعة هي اكتشاف سائل الهيليوم 2 الفائق لأول مرة في عام 1937م، ونشره في يناير 1938م بواسطة بيوتر كابيتسا في موسكو، وبشكل مستقل عن طريق جون ف. ألين ودونالد ميسنر في جامعة تورنتو.

حاز هايك كامرلينغ أونس على جائزة نوبل بسبب دراساته في درجات الحرارة المنخفضة. عندما يتم تبريد مواد مختلفة إلى درجات حرارة منخفضة جدا، يتغير طبيعة تلك المواد. في عام 1908، استخدم هايك كامرلينغ أونس جهازا مبتكرا لتبريد الهيليوم حتى يتحول 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 للقرميد بالقرب من جرونينجن، ووالدته آنا جيردينا كورس كانت ابنة مهندس معماري من أرنهيم.

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” (الماجستير تقريبا) في عام 1878 وحصل على درجة الطبيب في عام 1879 بأطروحة رائعة تحت عنوان “أدلة جديدة على دوران الأر

في عام 1878، أصبح مساعدًا في Polytechnicum في دلفت، وعمل تحت إشراف بوسشا الذي حاضر في مكانه أيضًا في عامي 1881 و 1882. وفي عام 1882، تم تعيينه أستاذًا للفيزياء التجريبية والأرصاد الجوية في جامعة ليدن خلفًا لـ 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 تفسير هذا العمل على أنه بداية لمسيرة البحث الكمي في دراسة خصائص المادة عند درجات حرارة منخفضة، وفي كلمته الافتتاحية “أهمية البحث الكمي في الفيزياء”، أوضح شعاره المشهور “من خلال القياس نحصل على المعرفة”، والذي يعتبر تقديرا لقيمة القياسات التي اهتم بها طوال حياته العلمية، حيث كانت صحة تجاربه حساسة إلى حد ما، وبعد مرض قصير توفي في ليدن في 21 فبراير 1926.

حياة هايك كامرلينغ أونس الأسرية

بخلاف عمله العلمي، كانت حياة هايك كامرلينغ أونس مليئة بوسائل الترفيه المفضلة. كان يكرس حياته الأسرية ومساعدته لأولئك الذين يحتاجون إليه، على الرغم من أن عمله كان هوايته. كان رجلا بعيدا عن الغرور، يتمتع بسحر شخصي عظيم وإنسانية خيرية. كان نشيطا للغاية في تسوية الخلافات السياسية بين العلماء ومساعدة الأطفال الجائعين في البلدان التي تعاني من نقص الغذاء، سواء أثناء الحرب العالمية الأولى أو بعدها

في عام 1887، تزوج وأسس منزلاً مشهوراً بضيافته على نطاق واسع، ماريا أدريانا فيلهلمينا إليزابيث بيليفيلد، التي ساعدته بشكل كبير في أعماله. وأنجبا ابناً واحداً اسمه ألبرت، الذي أصبح موظفاً حكومياً رفيع المستوى في لاهاي.

قصة اخترع الهيليوم السائل

بعد إجراء دراسات هايك كامرلينغ أونس، بدأت الأمور تتحرك مع كابيتسا. وُلد كابيتسا، ابن مهندس عسكري، عام 1894 في كرونشتاد القريبة من لينينغراد، وتلقى تعليمه في معهد بتروغراد للفنون التطبيقية حيث تخرج عام 1918 وبقي هناك محاضرًا لعدة سنوات، وأجرى خلالهبحثًا في المجالات المغناطيسية.

بعد أن فقد زوجته الأولى وطفليه بسبب وباء الإنفلونزا في عام 1921، انتقل كابيتسا إلى كامبريدج للعمل مع إرنست رذرفورد في مختبر كافنديش. عمل كابيتسا لأول مرة في مجال البحث المغناطيسي، حيث طور طرقا لإنتاج مجالات مغناطيسية قوية للغاية. وبعد عدة سنوات، انتقل اهتمامه إلى أبحاث درجات الحرارة المنخفضة، وفي عام 1934، طور طريقة جديدة لتبريد كميات كبيرة من الهيليوم السائل، وهذا فتح الباب أمام تجارب مستمرة مع السائل الغري.

في عام 1934، قام كابيتسا بزيارة روسيا وكان ينوي العودة إلى كامبريدج لأسباب غير واضحة، ولكن تم اعتقاله ومصادرة جواز سفره بأمر من ستالين. بعد أن أصبح واضحا أن كابيتسا لن يتمكن من العودة إلى كامبريدج، ساعده رذرفورد في إرسال معظم أجهزته من معمله في كامبريدج إليه، وأسس كابيتسا مرفقا بحثيا جديدا وهو معهد المشكلات الفيزيائية في موسكو. وفي عام 1937، خلال 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

في الأربعينيات من القرن الماضي، جذبت فيزياء البلازما والاندماج اهتمام الصناعة السوفيتية لإنتاج الصلب، وفي عام 1946، رفض العمل في مشروع تصنيع القنبلة الذرية السوفيتية، مما أدى إلى فقدان موقعه في معهد المشاكل البدنية ولم يتم استعادته إلا بعد وفاة ستالين.

بعد مرور ثلاثين عامًا على اكتشافه للسائل الفائض وبعد فترة طويلة من العمل في مجالات أخرى، حصل كابيتسا على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1978 مشاركة مع أرنو بينزياس وروبرت ويلسون عن بحوثهم حول درجات الحرارة المنخفضة واكتشاف إشعاع الخلفية الكوني الميكروي.

على الرغم من أن ألين وميسنر اكتشفا نفس الشيء مثل كابيتسا، إلا أنهما لم يحصلا على جائزة نوبل. بشكل عام، يعتبر كابيتسا هو المسؤول عن اكتشاف السيولة الفائقة والعمل على الهيليوم السائل وفهم الخصائص الغريبة لحالة السائل الفائق، وهذا يعتبر أساسا في مجال فيزياء درجات الحرارة المنخفضة. ولا يزال هذا المجال مثيرا للبحث في الوقت الحالي، حيث يستمر إنتاج درجات حرارة منخفضة غريبة.