2007-02 MIRA Ceti sprak met... Rienk Vermij

Boeken kunnen gevaarlijk zijn! Begon ik achteloos te lezen in een aantrekkelijk boekwerkje dat ik toevallig onder ogen kreeg, en voor ik er erg in had bleef alle huis- en tuinwerk liggen en zat ik tijdens mijn vrije tijd helemaal ondergedompeld in een fascinerend universum vol geniale denkers en wetenschappers met hun revolutionaire theorieën en wereldbeelden.

Rienk Vermij (49), auteur van “Kleine geschiedenis van de wetenschap”, weet als geen ander te boeien met zijn vlotte schrijfstijl en grote eruditie. Hij is docent geschiedenis van de natuurwetenschappen aan de universiteit van Utrecht, free-lance tekstschrijver, en zal met ingang van de zomer werkzaam zijn aan de universiteit van Oklahoma (VS).

MIRA Ceti smaakte het genoegen enige uren met deze aimabele Nderlander door te brengen, zodat hij honderduit kon vertellen over Christiaan Huygens en de tijd waarin deze heel bijzondere landgenoot van hem leefde. Want daarover wilden we o.a. het volgende weten:

 

Een sleutelfiguur in het nieuwe denken van de 17^de eeuw is de Franse filosoof en wetenchapper René Descartes, die een aanzienlijk stuk van zijn leven in Nederland doorbracht. Excuseer voor de vraag, maar wat was er in die periode zo aantrekkelijk aan Nederland?

 

Goede vraag, hoor. Descartes zag zich niet gedwongen de wijk te nemen uit Frankrijk, hij is vanuit Nederland nog een aantal keren  teruggekeerd om boeken te publiceren of mensen te spreken, maar hij vond het hier gewoon prettig vertoeven in een intellectueel stimulerend klimaat. Bovendien hoopte hij dat men in universitaire en andere vooraanstaande milieus zijn nieuwe theorieën zou aanvaarden en vervolgens ook zou willen onderwijzen, wat inderdaad op vele plaatsen ook is gebeurd. In het conservatieve Frankrijk lag dat een stuk moeilijker.

Dat speciale klimaat had te maken met verschillende factoren. Belangrijk was het gegeven dat Nederland in die periode erg welvarend was, zodat ook de universiteiten en andere culturele en intellectuele kringen voldoende geld te besteden hadden. Maar zeker even belangrijk was de liberale geest die heerste. De natie was officieel protestants, maar het kerkelijk gezag was vrij gering, de regenten zagen zich immers niet graag op de vingers getikt of in hun activiteiten belemmerd vanuit confessionele hoek. Dat vrije klimaat was bovendien interessant om buitenlandse studenten aan te trekken, en in die tijd ging het dan altijd om welstellende  mensen die dus ook hun geld in Nederland kwamen uitgeven. De mercantiele geest zit Nederlanders nu eenmaal in het bloed.

 

Waar mogen we Christiaan Huygens als wetenschapper situeren in die boeiende 17^de eeuw?

 

Op het moment dat Descartes de natuurfilosofie op een nieuwe basis inricht, is Huygens één van de eersten die gewapend met die nieuwe inzichten belangrijke theoretische vernieuwingen aanbrengt op het gebied van optica en mechanica, en bovendien de oorspronkelijke ideeën van Descartes op aanzienlijke punten corrigeert. Wanneer Descartes zijn botsingswetten beschrijft, gaat hij ervan uit dat de hele wereld bestaat uit kleine materiedeeltjes die voortdurend tegen elkaar aan botsen. Dat botsen gebeurt zonder dat er verder invloed op die deeltjes wordt uitgeoefend, in een vacuüm dus, terwijl volgens zijn eigen theorie een vacuüm niet mogelijk is. Huygens zag meteen dat die botsingswetten niet konden kloppen omdat ze innerlijk tegenstrijdig zijn, en hij toog meteen aan de slag om op basis van wiskundige redeneringen te verklaren hoe de deeltjes verder bewegen als ze tegen elkaar botsen, hetgeen we tegenwoordig volkomen elastische botsingen noemen.

Er waren uiteraard terreinen die van oudsher wiskundig beschreven werden, zoals sterrenkunde, mechanica en optica, maar dat gebeurde altijd op een manier die niet gefocust was op hoe de wereld werkelijk in mekaar zit, maar wel overeenkomstig het gangbare filosofische wereldbeeld. En dan komt Descartes die poneert dat de wereld bestaat uit kwaliteiten die beschreven kunnen worden door de wiskunde: uitgebreidheid, deelbaarheid, beweging, snelheid, enz. Er is m.a.w. geen verschil tussen natuurfilosofie – hetgeen we tegenwoordig fysica heten – en wiskunde.

 

Had Galilei dat al niet eerder gedaan?

 

Galilei was natuurlijk op vele terreinen een pionier: als wiskundige ontwikkelde hij ook heel wat ideeën op het vlak van de mechanica, en hij bouwde ook zelf allerlei instrumenten. Alleen kwam hij niet met een globaal denkkader op de proppen dat als basis kon dienen voor een totaal nieuwe wereldbeschouwing, en Descartes deed dat dus wel. Maar zonder Galilei geen Descartes, laat ons dat toch duidelijk stellen.

Naar de maatstaven van zijn tijd was Galilei trouwens een goed maar zeker geen geniaal wiskundige. Eén van de redenen waarom Galilei niets van de wetten van Kepler moest hebben is waarschijnlijk dat die theorie wiskundig veel te moeilijk voor hem was.

Huygens daarentegen was zonder meer één van de grootste wiskundigen van zijn tijd. Zo legde hij mee de grondslagen van de kansberekening. Door het toeval te berekenen kon aangetoond worden dat de werkelijkheid zich altijd wiskundig gedraagt, zelfs bij kansspelletjes.

Een ander monument uit de 17^de en het begin van de 18^de eeuw is natuurlijk Isaac Newton. Zijn werk mag als een bekroning gezien worden van het idee van Descartes dat de fysische werkelijkheid helemaal wiskundig kan beschreven worden.

 

Ook op sterrenkundig vlak heeft Christiaan Huygens belangrijk werk verricht, nietwaar?

 

Inderdaad. Samen met zijn broer heeft hij een collectie lenzen geslepen en telescopen gebouwd. Met die zelfgemaakte instrumenten heeft hij vervolgens een aantal belangrijke ontdekkingen gedaan.

Galilei dacht rond 1610 met zijn primitieve telescoopje oorachtige aanhangsels bij Saturnus op te merken, en dacht aanvankelijk dat het manen bij die planeet waren. Maar deze manen bleken niet om planeet te bewegen, en dus bleef de ware aard van die oren bij Saturnus een raadsel. Met zijn betere waarnemingsinstrumenten kon Huygens het raadsel oplossen: in 1655 noteerde hij voor het eerst dat hij bij de planeet ringen had kunnen onderscheiden. Bovendien stelde hij vast dat het veranderende uiterlijk van Saturnus te wijten was aan de stand van die ringen. Hij volgde dit verschijnsel nauwgezet en stelde vast dat om de vijftien jaar de ringen vanaf de Aarde gezien onzichtbaar waren. Daaruit concludeerde hij dat de ringen extreem dun moesten zijn en dus niet waarneembaar als we er loodrecht op keken.

Op 25 maart 1655 ontdekte Huygens een grote maan bij Saturnus, zijn Saturni Luna. Pas in 1847 zou John Herschel deze maan Titan noemen.

En nog een belangrijk idee van Huygens was dat hij de Zon beschouwde als een ster zoals de vele andere sterren aan de nachtelijke hemel.

 

Een belangrijke stap in zijn carrière was ongetwijfeld zijn verhuis naar Parijs?

 

Zeer zeker. Omstreeks het midden van de 17^de eeuw begon het nieuwe wetenschappelijke wereldbeeld zich geleidelijk op allerlei terreinen te manifesteren, en het leek de Franse koning Lodewijk XIV daarom een goed idee om een eigen Académie Royale des Sciences op te richten. De meest vermaarde Franse wetenschappers werden naar Parijs uitgenodigd, maar aan het hoofd wou de koning een buitenlander die intussen over gans  Europa een grote faam had verworven door zijn wetenschappelijk werk: Christiaan Huygens.

En zo kwam deze in 1666 in de Franse hoofdstad terecht. De Parijse periode van Huygens heeft zo’n vijftien jaar geduurd en hij heeft er zijn tijd nuttig doorgebracht met allerhande uitvindingen en een aantal belangrijke publicaties. Nu moet je weten dat Huygens eigenlijk niet zo vreselijk publiceerderig was, hij bleef voortdurend maar schaven aan zijn teksten zodat ze vaak nooit afraakten. Maar in 1673 verscheen wel één van zijn belangrijkste werken, Horologium Oscillatorium sive de motu pendularium, opgedragen aan de Franse koning. In dit boek over slingeruurwerken presenteert Huygens niet alleen een uitgewerkte theorie over slingerbewegingen, maar ook over o.a. vallende objecten in een vacuüm en over de  middelpuntvliedende kracht, een materie waar hij al een hele tijd mee bezig was maar nog niets over gepubliceerd had.

Zijn verblijf in Frankrijk was echter niet alleen een succesverhaal. Huygens was niet zo’n makkelijk man, en er waren een aantal mensen met wie hij kennelijk niet zo goed overweg kon, zodat er meermaals wrijvingen en zelfs ruzies geweest zijn. Zo moest hij na een eerste vakantie in Nederland bij zijn terugkeer in Parijs vaststellen dat de bibliothecaris van de Koninklijke Bibliotheek zijn spullen uit zijn huis had laten verwijderen, terwijl het officieel nog steeds zijn domicilie was. Toen Mariotte zijn bevindingen over botsende gasdeeltjes publiceerde, zaten daar elementen bij die oorspronkelijk uit Huygens’ werk afkomstig waren, maar dat werd door Mariotte nergens vermeld. Niet zo netjes allemaal. Huygens voelde zich wel degelijk een stuk miskend in Parijs.

 

Had Huygens een goed contact met Cassini die in die periode directeur was van het koninklijk observatorium te Parijs?

 

Ze hebben wel samengewerkt, maar Cassini en Huygens waren toch grotendeels rivalen. Tijdens de eerste zitting van de Académie Royale des Sciences werd meteen beslist om een koninklijk observatorium op te richten, een project waarvoor Lodewijk XIV zelf erg enthousiast was. Hij beschouwde die sterrenwacht zo een beetje als een van zijn kroonjuwelen en het mocht dus wel wat kosten. Jean-Dominique Cassini had toen al een sterrenkundige reputatie opgebouwd in zijn geboorteland Italië en werd gevraagd om het Parijse observatorium als directeur te komen leiden. Daarvoor kreeg hij een vorstelijk stipendium uitbetaald dat hoger was dan het stipendium van Huygens, hetgeen deze helemaal niet kon appreciëren.

Cassini was wel degelijk geschikt om leiding te geven aan het koninklijk observatorium en bouwde het uit tot een prestigieuze instelling waar vele grote namen uit de astronomische wereld op afkwamen. In 1655 had Huygens Titan al ontdekt als satelliet bij Saturnus. Cassini ontdekte vier nieuwe manen en een scheiding in de ringen van de planeet, die sindsdien de Cassinischeiding wordt genoemd. Hij ontdekte ook dat de rotatie van Jupiter niet overal gelijkmatig gebeurt en bovendien ontwikkelde hij een methode om heel precies de lengtegraden te bepalen. Zo werd het mogelijk om voor het eerst nauwkeurig te meten hoe groot Frankrijk nu precies was, en dat bleek aanzienlijk kleiner dan gedacht. Waarop Lodewijk XIV schamper opmerkte dat Cassini hem meer land had afgenomen dan dat hij zelf door oorlog te voeren had kunnen winnen.

Huygens trok wel geregeld naar het observatorium om samen met Cassini en eventueel ook andere astronomen waarnemingen te verrichten. Zo wou hij b.v. verifiëren of de stand van Saturnus’ ringen precies zo zou zijn als mocht verwacht worden op basis van zijn theorieën daarover.

Maar Huygens en Cassini waren in essentie heel andere persoonlijkheden. Cassini was van tamelijk lage komaf en een typische hoveling, voortdurend bezig met het zorgen voor goede relaties met de koning en andere invloedrijke figuren, en ook steeds in de weer om zijn bekwaamheid te bewijzen door zijn vele en kwalitatief hoogstaande werk. Huygens daarentegen was een echte aristocraat die zich toch wel verheven voelde boven het alledaagse gedoe van de lagere klassen. Zijn werkzaamheden verrichte hij met een air alsof hij het allemaal deed voor zijn eigen genoegen en interesse en niet uit noodzaak of om zichzelf te bewijzen. Als aristocraat vond hij dat anderen hem toch wel voldoende respect mochten betuigen, hetgeen zich dan vooral diende te uiten in de vormelijke omgang. Wie mag als eerste de vergaderzaal binnenstappen? Zoiets was voor hem een heel belangrijke kwestie.

 

Waarom heeft Huygens er uiteindelijk voor gekozen om niet meer naar Parijs terug te keren?

 

Kennelijk was hij er toch niet zo gelukkig. Hij werd geregeld ziek en dan trok hij naar het vaderlijk huis in Den Haag om te herstellen. Meestal duurde zo’n periode van afwezigheid niet al te lang en keerde hij gewoon weer terug naar Parijs. Zelfs in de periode van 1672 tot 1678 toen er oorlog was tussen Lodewijk XIV en Nederland bleef Huygens gewoon functioneren in de Franse hoofdstad.

Maar toen hij in 1685 terug wou naar Parijs na een periode van enkele jaren afwezigheid ten gevolge van een depressie kreeg hij te horen dat hij niet meer gewenst was aan de Académie Royale des Sciences. Het Edict van Nantes was net herroepen door de Franse koning, waardoor er in het katholieke Frankrijk een einde kwam aan het gedoogbeleid t.o.v. de protestantse Hugenoten. Bovendien werden in die tijdsgeest vreemde en buitenlandse invloeden erg gewantrouwd. Geen wonder dus dat Huygens als buitenlander en als protestant niet langer geschikt werd geacht om aan het hoofd te staan van de Franse wetenschapsacademie. Officieel is hij er wel altijd lid van gebleven, maar hij hoefde niet meer te komen en kreeg ook geen toelage meer.

 

Het belangrijkste werk van Christiaan Huygens is wellicht zijn Traité de la Lumière?

 

De theorie van het licht volgens Huygens is een buitengewoon moeilijk boek. Tijdens zijn jeugd had hij zich al beziggehouden met optica om zelf telescopen te maken en ze ook te kunnen verbeteren. In die tijd had hij al het idee opgevat om daarover een verhandeling te schrijven, waarin zou worden aangetoond dat je op basis van een gegeven natuurwet via een logische wiskundige bewijsvoering de ganse fysische theorie kon afleiden. Het heeft tot 1690 geduurd, vijf jaar voor zijn dood, vooraleer Huygens’ Traité de la Lumière gepubliceerd werd. Hij heeft er al die jaren met tussenpozen aan gewerkt en verbeterd.

Isaac Newton had in 1675 zijn emissietheorie van licht wereldkundig gemaakt tijdens een lezing voor de Engelse Royal Society. Daarbij stelde hij dat een lichtbron een stroom van deeltjes uitzendt die in rechte lijnen bewegen. Door de verschillende snelheid van die deeltjes in glas of water kon de breking van licht en de daarbij optredende kleurdispersie uitstekend verklaard worden.

Huygens zag het anders. Hij had zich toegelegd op een raar fenomeen, namelijk de dubbele breking van licht in IJslands kristal, en hij had ontdekt dat hij dat fenomeen op basis van zijn pulsfronttheorie van het licht wiskundig kon beschrijven. In dat IJslands kristal is de lichtsnelheid langs verschillende assen enigszins verschillend, en Huygens beschouwde het als een grote triomf dat hij op zijn manier tot empirisch betrouwbare resultaten kwam, terwijl je met de deeltjestheorie van Newton de dubbele breking nooit kon verklaren.

De pulsfronttheorie van Huygens stelde dat een golf zich alleen door een medium kan voortplanten en dat licht als een soort pulsen in dat medium wordt doorgegeven. Als een punt vanuit een lichtbron een golf ontvangt, vertrekt vanuit dat punt een nieuwe golf met dezelfde karakteristieken als de oorspronkelijke golf. De beweging van die pulsen die in de ruimte tegen elkaar aanstoten plant zich voort zoals een golffront op het wateroppervlak

Huygens’ wiskundig bewijs voor de dubbele breking van licht in IJslands kristal is correct en geldt trouwens nog steeds als een huzarenstukje, maar toch waren er een aantal bezwaren tegen zijn lichttheorie. Verschijnselen zoals de rechtlijnige voortplanting van het licht konden eenvoudiger verklaard worden door de emissietheorie van Newton dan door de golftheorie van Huygens, zodat deze voorlopig wat op de achtergrond verzeilde.

 

Hoe werden uiteindelijk die beide theorieën met mekaar verzoend?

 

Eerst waren er de interferentieproeven van Thomas Young aan het begin van de 19^de eeuw die het beginsel van Huygens in ere herstelden. Uit dit onderzoek kon alleen maar de conclusie getrokken worden dat verschijnselen zoals interferentie en afbuiging alleen maar te verklaren vielen als het licht een golfverschijnsel is. De kwantumtheorie van Max Planck aan het begin van de 20^ste eeuw poneerde opnieuw dat licht een deeltjeskarakter moet hebben, en toen Albert Einstein stelde dat de ether volgens zijn speciale relativiteitstheorie niet kan bestaan, begon men het golfkarakter van licht weer in vraag te stellen. Maar de kwantummechanica zou vervolgens soelaas brengen door het licht te beschrijven als tegelijkertijd golf én deeltje.

 

Een uitvinding van Huygens die in die tijd furore maakte was de toverlantaarn. Wat voor een ding is dat?

 

Die toverlantaarn beschouwde hij zelf eerder als een soort grap die resulteert uit het experimenten met allerlei fenomenen uit de optica en het voortdurend in mekaar steken van apparaten om optische effecten te bestuderen. Je kan het beschouwen als een primitieve voorloper van de diaprojector. Er bestaat discussie over wie het ding precies heeft uitgevonden, maar Huygens heeft er zeker één gebouwd, waarvoor hij leuke plaatjes heeft ontworpen met afbeeldingen van spoken en piraten die men in het donker op de muur kon projecteren. Om een bundel licht op de muur geprojecteerd te krijgen moest men gebruik maken van een olielamp en daarachter werd een holle spiegel geplaatst. Uiteraard gaf zo’n lantaarn veel minder licht dan de diaprojectoren van tegenwoordig die uitgerust zijn met krachtige elektrische lampen, en bovendien waren de mensen toen veel minder gewend dan wij nu. Dat flikkerend schemerlicht van de toverlantaarn zorgde voor spookachtige effecten en maakte steeds veel indruk op de toeschouwers.

Toen Christiaans vader voor het huis van Oranje op diplomatieke missie trok naar Parijs, vroeg hij aan zijn zoon om voor hem een toverlantaarn te maken. Daarmee kon hij immers indruk maken op zijn gezelschap, en vaak verlopen onderhandelingen een stuk gesmeerder als er een ontspannen sfeer heerst mede dankzij dergelijke hulpmiddeltjes. 

 

In 1698 verscheen postuum een ander beroemd werk van Christiaan Huygens, de Cosmotheoros. In hoeverre was dat een vernieuwend werk?

 

Echt vernieuwend kan je dit boek niet noemen, maar Huygens heeft met zijn Cosmotheoros wel een werk geschreven dat een aantal interessante ideeën bevat over het heelal waarin we leven. Hij speculeerde daarbij over hoe het heelal in mekaar zit en over de waarschijnlijkheid dat er op andere plaatsen in dat uitgestrekte heelal leven zoals het onze te vinden is. Hij meende op basis van filosofische en natuurwetenschappelijke premissen te kunnen stellen dat de natuur uniform is. Ook al weten we niet met zekerheid of het heelal overal hetzelfde is, toch merken we zo ver als we kunnen kijken overal dezelfde natuurwetten op. Waarschijnlijk ziet alles op de andere planeten er ongeveer hetzelfde uit als op Aarde, alleen een klein beetje anders. En deze redenering gaat volgens Huygens ook op voor alle mogelijke levensvormen. De enige uitzondering daarop zag hij voor domeinen zoals logica, wiskunde en muziek.

In de Cosmotheoros kan je ook allerlei beschouwingen lezen over de dimensies van het heelal: hoe ver staat de Aarde van de Zon verwijderd? Hoe ver staan de andere planeten van de Zon verwijderd? Hoe groot zijn de planeten in vergelijking met de Aarde? Op basis van vrij nauwkeurige metingen kwam hij daarbij tot heel redelijke schattingen.

Maar over de dimensies van het heelal had Huygens al heel wat gepubliceerd in zijn Systema Saturnium uit 1659, zodat de Cosmotheoros vanuit een wetenschappelijk standpunt bekeken weinig nieuwe inzichten biedt. We kunnen het veeleer beschouwen als een soort sterrenkundig résumé, geschreven voor een ruimer publiek, en duidelijk ook geplaatst in een filosofische context. In de aantekeningen waaruit de Cosmotheoros is voortgekomen vinden we hele verhandelingen terug over het lot, het geluk en dergelijke meer.

Huygens is aan zijn Cosmotheoros begonnen met het idee een tekst te schrijven die kon dienen als theoretische achtergrond bij het planetarium dat hij voor de Franse koning aan het maken was met alle nodige informatie over de beweging van de planeten en de sterren.

Een andere aanleiding was zeker ook het geschrift Entretiens sur la Pluralité des Mondes van Fontenelle dat in 1686 verscheen en waarin deze Franse wetenschapper zijn ideeën uiteenzette over verschillende bewoonde werelden in het heelal. Toen Huygens die tekst gelezen had, dacht hij: dat kan ik ook, maar wel veel beter. Een reactie die Huygens wel vaker had als hij het werk van anderen las of apparaten zag die door anderen vervaardigd waren. En meestal kon hij het ook inderdaad beter.

 

Hij was dan ook een briljant wetenschapper en uitvinder. Terecht dus dat ESA de ruimtesonde die op 15 januari 2005 een landing maakte op Titan naar hem vernoemde.

 

Ook qua symboliek was dat een goede keuze. Huygens was een van de eerste wetenschappers die zo vol overtuiging schreef over een heelal dat tot in alle uithoeken gevuld kan zijn met leven. Gezien de technische beperkingen in zijn tijd heeft hij zelf nooit kunnen onderzoeken of er buiten de Aarde daadwerkelijk leven is. Maar in zijn naam is de ruimtesonde Huygens geland op het oppervlak van Titan om in die exotische wereld omgeven door een dichte atmosfeer te zoeken naar eventuele sporen van leven. Er is nog veel onderzoek nodig, maar Huygens heeft de belangrijke eerste stap gezet.

 

Alleszins hartelijke dank voor de boeiende babbel over Christiaan Huygens en zijn tijd.