www.jemagalles.nl

Beroemde Nederlanders

^

Heike Kamerlingh Onnes, de heer van het absolute nulpunt

Midden in de zomer, op 10 juli 1908 was het in Leiden zo koud als het nog nooit ergens geweest was. In het fysisch laboratorium waren een aantal technici onder leiding van Heike Kamerlingh Onnes in de weer. Leidingen, pompen, druk- en temperatuurmeters werden voortdurend in de gaten gehouden. In een speciaal ontworpen toestel werd helium rondgepompt. Om kwart voor zes 's morgens waren ze begonnen. Kamerlingh Onnes hoopte met het toestel de temperatuur zo laag te krijgen dat het gasvormige helium zou condenseren. De thermometer was gestaag gezakt, maar bij 269 graden onder nul bleef hij steken...

Omstreeks half acht 's avonds kwam professor Schreinemakers eens kijken hoe het experiment van zijn collega verliep. Hij bekeek het toestel en merkte op dat het was 'alsof de thermometer al in de vloeistof stond.' Kamerlingh Onnes in zijn verslag van die gedenkwaardige dag: 'Inderdaad bleek dit het geval. .... Het vloeistofoppervlak werd door spiegeling van licht spoedig zeer duidelijk zichtbaar gemaakt en wel ontwijfelbaar, omdat het duidelijk doorboord werd door de twee draadjes van het thermo-element. .... Toen het oppervlak eenmaal gezien was werd het niet meer uit het oog verloren. Het stond messcherp tegen de glazen wand.' Door het vloeibare helium onder verlaagde druk te laten verdampen zakte de temperatuur nog verder. Daar was het om begonnen. Heike Kamerlingh Onnes -de heer van het absolute nulpunt zoals hij later op het internationale koudecongres genoemd zou worden- wilde in zijn laboratorium onderzoek kunnen doen bij extreem lage temperatuur. Nu hij de beschikking had over vloeibaar helium waren de mogelijkheden daarvoor aanzienlijk uitgebreid.

Jeugd

Heike Kamerlingh Onnes werd op 21 september 1853 in Groningen geboren als oudste zoon van Harm Kamerlingh Onnes en Anna Coers. Zijn vader was een welgestelde fabrikant. Zijn moeder, de dochter van een architect, bracht een dichterlijk en kunstzinnig element in. Het gezin met vijf kinderen ademde een sfeer van verfijnde culturele opvoeding. Broer Menso zou later kunstschilder worden. Heike zelf interesseerde zich in zijn jeugd voor poëzie. Als vanzelfsprekend stuurde Harm zijn oudste zoon naar de Hogere Burger School in zijn geboortestad. De HBS bestond als onderwijstype nog maar kort.

In 1863 had de koning de door Thorbecke ingediende wet bekrachtigd waarin het middelbaar onderwijs opnieuw geregeld werd. De HBS was bedoeld als een op de maatschappij ingestelde school die het technische en leidinggevende kader moest leveren voor de handel en de nijverheid. Daarvoor was goede kennis van de moderne talen nodig en van de exacte vakken. Met hoge salarissen wist men bekwame docenten aan te trekken. Bijvoorbeeld de latere hoogleraren Van der Waals en Van Bemmelen. Van Bemmelen was ook enige tijd directeur van de school waar Heike op zat.

Hoewel uitdrukkelijk niet zo bedoeld was de HBS de beste vooropleiding voor een studie in de geneeskunde of in de natuurwetenschappen. Door de bemoeienis van Johannes Bosscha, hoogleraar wis en natuurkunde én inspecteur van het middelbaar onderwijs, beschikte elke HBS over prakticumzalen voor natuurkunde en scheikunde die zeer goed uitgerust waren. Het was daar dat Heike zijn eerste metingen en experimenten leerde uitvoeren.

Zijn interesse werd gewekt en hij besloot toelatingsexamen voor de universiteit te doen. Zijn bezorgdheid over de uitslag daarvan was miniem. Hij was slechts benieuwd hoe goed hij het er vanaf zou brengen. Toen hij zijn cijferlijst ontvangen had schreef hij in een brief: 'Het examen -om op dit gewichtige punt terug te komen- is juist zo uitgevallen als ik het tevoren berekend had.' En waar de resultaten, met name bij de talen, toch wat minder waren troostte hij zich met de gedachte dat hij het er veel beter van af heeft gebracht dan zijn vrienden. In 1870 begon hij met zijn studie wis- en natuurkunde aan de universiteit van Groningen.

Student wis- en natuurkunde

De jongeheer Kamerlingh Onnes was een uitstekende student. In zijn eerste studiejaar deed hij mee aan een prijsvraag van de Universiteit van Utrecht. Zijn inzending werd met de 'gouden penning' bekroond. De Utrechtse hoogleraar F.C. Donders gaf hem de raad naar Duitsland te gaan. Na zijn kandidaatsexamen (summa cum laude) vertrok hij voor drie semesters naar Heidelberg. Bij de natuurkundige Kirchhoff werd hij als beste student uitgekozen om enige tijd als assistent te werken.

In april 1873 keerde hij terug naar Groningen waar hij in juni 1876 'met den eersten graad' afstudeerde. Een resultaat dat hij behalve aan zijn grote verstandelijke vermogens ook te danken had aan zijn nauwgezette manier van werken. Uit de begeleidende brief bij een verslag over het ijken van gasthermometers: 'Waarde professor, Heden avond zal ik de thermometers afzenden terwijl gij in dezen brief antwoord op uwen vragen zult vinden. Dat de vergelijking eenigzins langen tijd in beslag genomen heeft vlei ik mij door hare juistheid goed te maken. De thermometers zijn onder en microscoop gecalibreerd en elke bepaling is het gemiddelde van ongeveer vijf proeven.' Bij zijn aantekeningen bevinden zich schetsen van steeds verfijndere proefopstellingen.

Naast nauwgezetheid en werkkracht beschikte Kamerlingh Onnes ook over een groot talent voor organisatie. Ook dat kwam tijdens zijn studie naar voren. Door zijn medestudenten tot rector van het Groningse Studenten Corps gekozen wist hij de bijna failliete vereniging "Vindicat atque Polit' weer tot bloei te brengen. Als rector van het corps werkte hij mee aan het behoud van de universiteit die door bezuinigingen dreigde te verdwijnen.

In Heidelberg was Kamerlingh Onnes al met slingerproeven bezig geweest. Dat werd het onderwerp voor zijn promotie. '... de vermaarde slingerproef van Foucault (is) slecht een bijzonder geval van eene geheele groep van voor het begrip der betrekkelijke beweging zeer leerzame verschijnselen, die proefondervindelijk even gemakkelijk en overtuigend de draaiing der aarde laten bewijzen.' Het onderwerp was oud en daardoor weinig spectaculair. Het geheel was wel typerend voor zijn manier van werken. De benodigde toestellen weren met oog voor het kleinste detail door hem zelf ontworpen. Het theoretisch onderzoek was zeer uitgebreid en de metingen waren uitermate nauwkeurig. De professoren hoefden zich niet ter beraadslaging terug te trekken. Op 10 juli 1879 werd Heike Kamerlingh Onnes de doctorstitel -magna cum laude- verleend.

Hoogleraar

Vanaf 1878 werkte Kamerlingh Onnes op de polytechnische school in Delft (de latere technische universiteit) als assistent van Johannes Bosscha. Vanaf 1880 verzorgde hij daar ook colleges. Hij had een nauw contact met J.D. van der Wals over de molecuultheorie van gassen en vloeistoffen. In 1882 werd hij, net 29 jaar oud, benoemd tot hoogleraar in Leiden met als opdracht de experimentele natuurkunde en de meteorologie. Dat was nieuw. Het was gebruikelijk dat theoretische natuurkunde ook een onderdeel van het takenpakket was. Het bleek een kolfje naar zijn hand. Kamerlingh Onnes kon aan zijn levenswerk beginnen.

Uit zijn inaugurele rede, gehouden op 11 november 1882: '(de natuurkunde) kan haar belangrijk aandeel in het denken en werken der hedendaagsche maatschappij slecht behouden, wanneer zij door waarnemingen of proefnemingen telkens nieuwe grond aan het onbekende ontworstelt. ... 'Door meten tot weten' zou ik als zinspreuk boven elk physisch laboratorium willen schrijven.' Kamerlingh Onnes was bijzonder geïnteresseerd in de theorieën van Van der Waals over het gedrag van gassen en vloeistoffen. Om die theorieën experimenteel te bevestigen was onderzoek van eenvoudige gassen zoals waterstof en helium nodig. Het probleem was dat juist die gassen pas bij hele lage temperatuur condenseren. En zo gaat Kamerlingh Onnes op weg naar het absolute nulpunt.

De uitgangspositie was niet hoopgevend. De behuizing van het laboratorium was krap. De uitrusting was minimaal. Het personeel was beperkt tot twee assistenten en een amanuensis. Kamerlingh Onnes ging met voortvarendheid te werk. In de loop van de tijd weet hij voor zijn onderzoekingen meer middelen te krijgen. Pieter Zeeman, een jongere collega daarover: 'Met een vleiende opmerking, of door geestigen (heel soms ook scherpen) spot wist hij wonderen te bereiken. Ook zij die op de hiërargische ladder boven hem stonden kwamen onder zijn charme, ... en op het laatste oogenblik kon soms een beslissing nog in een voor Onnes gunstigen zin worden verkregen.'

Toen in 1885 de andere laboratoria verhuisd waren beschikte Kamerlingh Onnes over vier keer zoveel ruimte als toen hij begon. Een slimme zet was ook de oprichting van de 'Vereniging tot Bevordering van de Opleiding tot Instrumentenmaker'in 1890. Het vak van instrumentenmaker werd doorgaans in de praktijk geleerd. Het was niet gemakkelijk om aan goed personeel te komen. Met de oprichting van de Leidse instrumentenmakersschool sloeg Kamerlingh Onnes meerdere vliegen in een klap. De beste leerlingen liet hij meehelpen in zijn laboratorium. Voor zijn medewerkers was er een aanvullende bron van inkomsten. De Leidse school had internationale faam. De leerlingen waren na hun opleiding verzekerd van een baan. Vanuit alle laboratoria ter wereld werd hen werk aangeboden.

Warmteleer

Aanvankelijk was Kamerlingh Onnes geen pionier. Lucht en waterstof waren lang voordat hij er in slaagde al door anderen vloeibaar gemaakt. (In respectievelijk 1877 en 1898.) Maar in 1906 beschikte Kamerlingh Onnes over een toestel dat enige liters vloeibare waterstof per uur kon maken. Hij was de eerste die het koude onderzoek op een haast industriële schaal aanpakte.

Zijn rechterhand daarbij was de technicus en bedrijfchef(!) van het laboratorium G.J. Flim. Flim was een buitengewoon handige knutselaar die samen met de glasblazer O. Kesselring het grootste aandeel had in de bouw van de toestellen om gassen vloeibaar te maken. De werking van zo'n liquefactor is betrekkelijk eenvoudig. Wie zijn fietsband oppompt kan merken dat de pomp zelf daarbij warm wordt terwijl lucht die bij het ventiel ontsnapt altijd koud aanvoelt. Een gas dat samengeperst wordt stijgt in temperatuur. Gas dat aan de druk ontsnapt, dat wil zeggen plotseling uitzet, koelt af.

Als je nu het relatief warme samengeperste gas afkoelt, dan zal het bij de snelle uitzetting nog kouder worden. Door dit proces met hetzelfde gas te herhalen koelt het steeds verder af. Het gas wordt alsmaar kouder en kan tenslotte condenseren. Daarvoor is het wel nodig dat het beneden de voor elk gas verschillende zogeheten kritieke temperatuur komt. Door de tegenstelling warm koud en de inventiviteit waarmee juist aan een koude ruimte warmte onttrokken wordt is het een leuk onderwerp. De koelkast werkt volgens hetzelfde principe. Het warme rooster aan de achterkant koelt aan de buitenlucht af waardoor het in de koelkast kouder wordt.

'Zíjn ontdekking van de supergeleiding'

Kamerlingh Onnes was een autoritair bestuurder. Hij was de baas van het laboratorium en de onderzoekslijn werd uitsluitend door hem bepaald. Zijn assistenten beschouwde hij niet als jongere collega's en zeker niet als zelfstandige onderzoekers. Typerend is de affaire rond de supergeleiding. Door de produktie van vloeibare helium was het mogelijk om elektrische weerstanden te meten dicht bij het absolute nulpunt. Het was bekend dat temperatuurverschillen invloed hebben op de weerstand van een metalen draad. Over hoe de weerstand zich zou gedragen bij extreem lage temperaturen bestond echter verschil van mening.

De theorie van Kelvin voorspelde een daling van de weerstand. De theorie van Lenard voorspelde juist een stijging. Kamerlingh Onnes belastte G. Holst met de uitvoering van het onderzoek. Het was moeilijk om metalen te krijgen die zuiver genoeg waren. Sporen verontreinigingen in goud en zilver bleken het experiment zo te beïnvloeden dat de resultaten moeilijk te interpreteren waren. Holst probeerde het -in opdracht van Kamerlingh Onnes- met kwik. Groot was zijn verbazing toen bleek dat bij 269 graden onder nul de elektrische weerstand plotseling sterk daalde, ja zelfs verdween! Hij overtuigde zich ervan dat hij geen vergissing gemaakt had en bracht zijn baas van het merkwaardige verschijnsel op de hoogte. Kamerlingh Onnes vertelde vervolgens op 27 mei 1911 in de Koninklijke Akademie van Wetenschappen in Amsterdam over 'zijn' ontdekking. Hij was het die ervoor gezorgd had dat het mogelijk was om bij zulke lage temperaturen metingen te doen. Hij had ook opdracht gegeven om de weerstand van kwik te bepalen.

Elke competente natuurkundige zou daarbij de verschijnselen van supergeleiding ontdekt hebben. De ontdekking was daarmee niet zozeer de verdienste van Holst als wel van Kamerlingh Onnes. Holst moest zich tevreden stellen met een vriendelijk bedankje voor zijn assistentie; de eer van de ontdekking was voor zijn baas. Naar huidige maatstaven was dit een zeer laakbare handelswijze. Voor Kamerlingh Onnes was het vanzelfsprekend. In latere publikaties heeft hij overigens wel meer nadruk gelegd op de rol van Holst bij de ontdekking van de supergeleiding.

Standsgevoel en gastvrijheid

Kamerlingh Onnes had ook een sterk standsgevoel. Toen Flim hem vertelde dat hij zijn zoon naar de HBS wilde sturen raadde hij dat sterk af. Voor zo iemand was een technische opleiding veel geschikter dan een opleiding die toegang gaf tot de universiteit. Je moest niet proberen door te dringen tot kringen waar je niet thuis hoorde. Flim hield voet bij stuk. Zijn zoon studeerde later medicijnen en werd huisarts in Leiden. Mevrouw Kamerlingh Onnes zou flauwgevallen zijn toen ze hoorde dat hij met de dochter van een professor ging trouwen.

Kamerlingh Onnes eiste veel van zijn technici. Invoering van de vrije zaterdagmiddag -op de meeste kantoren en fabrieken al gebruikelijk- weigerde hij pertinent. Louis Ouwerkerk, in 1915 op het laboratorium gekomen vertelde:' Je werd om en bij nieuwjaar op zijn kamer geroepen, je dacht dat je opslag zou krijgen en vond dat je dat ook wel verdiende. Hij stuurde je weg zonder een cent en toch was je erg tevreden.'

Tevreden waren ook de collega's aan wie Kamerlingh Onnes veelvuldig toestemming gaf om in zijn laboratorium te werken. Het 'kyrogeen laboratorium' in Leiden was jarenlang de enige plaats waar op grotere schaal proeven bij zulke lage temperaturen gedaan konden worden. Ruim 15 jaar was Onnes de enige die over vloeibare helium beschikte. Marie Curie, Jean en Henri Becquerel en vele anderen maakten van zijn gastvrijheid gebruik. Vaak kregen ze onderdak aangeboden in zijn eigen huis "Ter Wetering' aan de Haagweg. De "Communications from the Physical laboratory at the University of Leiden' werd een veel geciteerd tijdschrift.

Kamerlingh Onnes kreeg verschillende wetenschappelijke onderscheidingen waaronder de nobelprijs voor natuurkunde in 1913. Zijn bestuurlijke dadendrang wierp internationaal vruchten af door de oprichting van de Association Internationale du Froid in 1909.

In 1924 ging hij met emiraat,maar hij bleef een trouwe bezoeker van zijn laboratorium. Na een kort ziekbed stierf hij op 21 februari 1926. Volgens zijn vrouw was dat '..het eerste verdriet dat hij me aandoet.' Vier dagen later werd hij in het familiegraf in Voorschoten begraven.



^

tekst, concept en werkwijze: Luc Ambagts
Beroemde Nederlanders