1912 tussen oud en nieuw - Robbert Dijkgraaf

Hoezo, 1912?
Tot onze eigen verbazing zagen we
dat 1912 een belangrijk jaar was in
de wetenschap. Daarom besloten
we, voor de verandering, om niet terug
te kijken naar het afgelopen jaar
of vooruit te blikken naar het komende.
We kijken een eeuw terug.
Niet alle ontdekkingen behielden
hun waarde. Genoeg bleef. Robbert
Dijkgraaf beschrijft dat rond 1912
het wetenschappelijk universum zo
ver uitdijde dat het het bevattingsvermogen
van een enkel persoon
voortaan ver oversteeg.
Ellen de Bruin
Chef Wetenschap

F O T O C O R B I S
N AT U U R K U N D E
Als treinpassagiers die
na passage van
donkere tunnel een
nieuw landschap zien:
zo leefden de
natuurkundigen na
1912 op.
Robbert Dijkgraaf
Op 17 juli 1912 stierf in een
Pa r ij s ’ ziekenhuis, aan de
complicaties van een
prostaatoperatie, Jules
Henri Poincaré – briljant wiskundige,
natuurkundige, mijnbouwkundig
ingenieur, filosoof, bestsellerauteur,
veelgevraagd adviseur van de
Franse regering en, vanwege zijn
buitengewone literaire kwaliteiten,
één van de veertig ‘o n s t e r f e l ij k e n ’
van de Académie française. Bij de
staatsbegrafenis, waar zijn neef Raymond
Poincaré sprak als eerste minister
(hij zou het jaar daarop president
van de Franse republiek worden),
werd de veelvuldig bekroonde
wetenschapper geprezen als “een
dichter van het oneindige, een bard
van de wetenschappen”.
Met enige fantasie kan de dood
van Poincaré gezien worden als een
breekpunt, een moment waarop de
wetenschap naar de moderne tijd
overging. Ook al is Poincaré maar 58
jaar oud geworden, hij is de geschiedenis
ingegaan als de laatste universele
wetenschapper, zo groot is het
aantal vakgebieden waar hij origineel
werk heeft gedaan. Van de abstracte
wiskunde tot de beweging
van de hemellichamen, van de toedracht
van mijnrampen tot de filosofie
van de wetenschap, bijna alles leek
in zijn geest te passen. Was de geest
van deze uomo universale zo groot of
was het universum in zijn tijd zo
klein? Feit is dat aan het begin van de
twintigste eeuw zich een explosie
van kennis voordeed die het wetenschappelijk
universum deed uitdijen
tot een formaat dat het bevattingsvermogen
van een enkel persoon ver
o v e r s t ij g t .
Terugkijkend is het altijd gemakkelijk
om grote veranderingen in de
wetenschap te herkennen. Zo’n transitie
is als de overgang naar een volgende
bergvallei tijdens een tunnelrijke
treinreis door de Zwitserse Alpen.
Opeens is er een compleet ander
uitzicht, met een nieuw perspectief.
Maar hoe voelt het als de trein de
donkere tunnel inrijdt en er voor de
passagiers nog geen licht aan de andere
kant gloort? Als de schaduw bezit
neemt van de ruimte en de blik
eerder in heimwee naar achteren is
gericht, dan vol verwachting naar voren?
O vergangsperiode
Het jaar 1912 was voor de fysica typisch
zo’n overgangsperiode, halverwege
het oude en het nieuwe wereldbeeld.
Atomen en moleculen bleken
de elementaire bouwstenen van de
natuur te vormen, tezamen met de
elektromagnetische straling die zij
uitwisselen. Maar aan welke wetmatigheden
voldeden zij? Aan het begin
van de eeuw had Max Planck de eerste
stap over de drempel gezet door te
veronderstellen dat straling in kleine
pakketjes komt. Het was een wanhoopsdaad.
Hij was bereid elk van
zijn fysische principes te offeren om
de zaak te redden. Albert Einstein,
die als geen ander de nieuwe tijdsgeest
vertegenwoordigde, had vervolgens
beschreven hoe atomen deze
quanta van licht kunnen absorberen
en uitzenden. Met dit werk, en niet
zijn relativiteitstheorie, zou hij uiteindelijk
de Nobelprijs verdienen.
Niets in deze microscopische wereld
leek op het mechanische universum
van de negentiende eeuw, de soepel
ronddraaiende raderen van het kosmisch
uurwerk waarvan Poincaré de
onbetwiste horlogemeester was.
De frontale botsing tussen oud en
nieuw vinden we in de enige geregistreerde
woordenwisseling van Poincaré
en Einstein, mooi beschreven in
de dubbelbiografie Einstein’s Clocks,
Po i n c a r é ’s Maps (2003) van Peter Galison,
hoogleraar wetenschapsgeschiedenis
in Harvard. De ontmoeting
vond plaats tijdens het befaamde
eerste Solvay-congres, dat eind oktober
1911 in het Grand Hotel Metropole
aan de Place de Brouckère in
Brussel plaatsvond. Op uitnodiging
van de Belgische industrieel Ernest
Solvay waren de vierentwintig beste
natuurkundigen van de wereld bijeengekomen
om de crisis veroorzaakt
door de quantumtheorie te bespreken.
Het was duidelijk dat oude
puzzelstukjes niet meer in elkaar
pasten en vertrouwde patronen
moesten worden opgegeven. De grote
vraag tijdens deze Brusselse top
was of er nog iets van het oude wereldbeeld
te redden viel.
Voorzitter Hendrik Lorentz
schetste in zijn inleiding een somber
vooruitzicht. De natuurkunde leek
een doodlopende weg ingeslagen. De
oude theorieën waren niet staat licht
te werpen op de schaduwen om hen
heen en alleen Plancks idee van quanta
had een welkome glimp van hoop
geboden.
De Solvay-bijeenkomst leek op de
huidige Europese topontmoetingen:
vooral veel verwarring. Einstein was
bijzonder negatief over deze ‘heksensabbat’.
Aan zijn vriend Michele
Besso schreef hij: ‘Het congres in
1912: tussen
oud en nieuw
Marie Curie was het
grootste deel van 1912
ondergedoken, of op
reis, om te proberen de
pers te ontvluchten
Brussel leek op de jammerklachten
over de ruïnes van Jeruzalem. […]
Planck hield koppig vast aan zijn ongetwijfeld
foute vooroordelen. […]
Poincaré was gewoon algemeen negatief
en, ondanks al zijn spitsvondigheid,
liet hij zien de situatie niet
te begrijpen.’ Alleen over Lorentz
was hij positief. ‘Een wonder van intelligentie
en tact. Een levend kunstwerk!’
In de verslagen van het Solvaycongres
vinden we de volgende dialoog
tussen Einstein en Poincaré. Nadat
Einstein zijn quantumtheorie
heeft uitgelegd, vraagt Poincaré:
“Welke mechanica gebruikt u?”
Hierop geeft Einstein het antwoord:
“Geen mechanica.”
Deze woordenwisseling, die zo in
een absurd toneelstuk past, is veelzeggend.
Einstein begon waar anderen
wilden eindigen. In plaats van
zijn theorie stap voor stap af te leiden
vanuit een vertrouwd vertrekpunt,
koos hij een volstrekt nieuw perspectief.
Terwijl de anderen nog de blik
op de oude vallei richtten, had Einstein
al licht aan het eind van de tunnel
gezien. En in die nieuwe wereld
was geen plaats voor de mechanische
kijk van Poincaré.
S tab iel z onnestelsel
Toch waren de oudere conservatieven
niet zonder begrip voor de jonge
revolutionair. Poincaré zou direct na
het congres een vlammende aanbevelingsbrief
schrijven die Einstein zou
helpen in 1912 hoogleraar te worden
aan de ETH in Zürich. Lorentz zou
hem in hetzelfde jaar zelfs vragen
zijn opvolger te worden in Leiden. En
zij waren niet onbekend met radicale
ideeën. Poincaré was zijn carrière begonnen
met een vergelijkbare radicale
stap, hoewel gedeeltelijk onbedoeld.
De Zweedse koning Oscar II
had in 1884 een prijsvraag uitgeschreven
om aan te tonen dat het
zonnestelsel stabiel was. Nu de wetten
van de hemellichamen bekend
waren, was er de zorg dat de aarde uit
zijn baan kon raken en de interstellaire
ruimte in schieten – een soort
negentiende-eeuwse versie van het
zwarte gat dat de deeltjesversneller
CERN mogelijkerwijs kon creëren om
de aarde met huid en haar te verorberen.
Poincaré bewees in zijn inzending
dat dit onmogelijk was, maar realiseerde
zich later dat hij enkele cruciale
elementen vergeten was. Toen
hij zijn oplossing wilde intrekken,
kreeg hij te horen dat het te laat was.
Hij had al gewonnen en zijn werk was
gepubliceerd. Het prijzengeld zou
hij moeten besteden aan een herziene
druk. Anders dan een definitieve
knak in zijn prille loopbaan, vestigde
dit werk juist zijn naam als de vader
van de chaostheorie en de grootste
mechanicus na Newton. Deze laatste
titel zou hij nu aan Einstein moeten
overdragen.
Uiteindelijk zou geen van de deelnemers
van de Solvay-conferentie de
oplossing voor het probleem van de
quantumtheorie weten te vinden.
Die eer viel een onbekende (en afwezige)
jonge Deense fysicus toe, die in
1912 in het laboratorium van Ernst
Rutherford ging werken, waar zojuist
de atoomkern was ontdekt. Het
eerste werkbare model van het atoom
zou in 1913 worden opgesteld door
Niels Bohr. Volgens zijn principe
mochten de elektronen alleen in heel
speciale banen rond de kern draaien.
De atomaire wereld leek in niets
meer op het vertrouwde planeten-
stelsel. Dat duizelingwekkend gevoel
met hoge snelheid een onbekende
wereld in te rijden was, rond 1912,
niet aan de wetenschap voorbehouden.
Zoals prachtig beschreven in het
boek The Vertigo Years (2008) van de
Duitse historicus Philipp Blom tuimelden
in deze vooroorlogse jaren de
ontwikkelingen op allerlei terreinen
over elkaar heen. De burger werd
door technologie en urbanisatie omhoog
gestuwd en moest zich stevig
aan het hekwerk vasthouden om niet
duizelend van hoogtevrees naar beneden
te vallen. In die zin zou de
krantenlezer van 1912 zo de hand
kunnen schudden van die van 2012.
Waar het ons nu duizelt van sociale
media, globalisering, klimaatverandering
en eurocrisis, bracht de grootschalige
industrialisatie van de jaren
voor de Eerste Wereldoorlog moderniteiten
als de auto, de pantserkruiser,
het vliegtuig, de telefoon, de
grammofoon, de film en de filmster,
het vrouwenkiesrecht, radioactiviteit,
antroposofie, pacifisme en communisme.
Enorme warenhuizen
werden gebouwd als uitbundige consumentenpaleizen
en permanente
tentoonstellingen van deze hoorn
des overvloeds – ook in Nederland: in
1912 begon de bouw van de Amsterdamse
Bijenkorf aan de Dam.
Roddelpers en cinema
De gevolgen van al deze snelle veranderingen
waren immens, met name
voor de psyche van de moderne
mens. Zoals nu e-mail en Twitter ons
leven versnipperen, werden toen de
opkomende roddelpers en cinema als
grote schuldigen gezien. De samenleving
leek aan een collectieve zenuwinzinking
te bezwijken en kon
zó op de sofa gaan liggen bij een andere
icoon van die tijd, Sigmund
Freud.
Het was ook een revolutionaire periode
in de kunsten, die nadrukkelijk
de verbanden met de wetenschap
zochten. De wijze waarop kubisten
als Braque en Picasso ruimte en tijd
in plakjes sneden, liep parallel aan de
grote doorbraken die Einstein in de
natuurkunde maakte. In januari 1912
toonde Marcel Duchamp zijn beroemde
Nu descendant un escalier no. 2,
dat in één schilderij verschillende
momentopnamen afbeeldt van een
naakt dat de trap afloopt en zo de tijd
bijna letterlijk als vierde dimensie
zichtbaar maakt. Zoals zo vaak in die
jaren, veroorzaakte dit abstracte
schilderij een groot schandaal. Een
Amerikaanse krant bood tien dollar
voor degene die de dame kon vinden
in deze ‘explosie in een dakpannenfabriek’.
Het zou jarenlang voer voor
cartoonisten blijven. Duchamp koos
de vlucht naar voren en richtte zich
op het nog absurdere dadaïsme.
In de muziek namen componisten
als Schönberg, Berg, Webern en Stravinsky
vergelijkbare reuzenstappen
door vertrouwde harmonieën te verlaten
en nieuwe ritmes en patronen
te omarmen. In 1913 zou een nog groter
schandaal ontstaan bij de uitvoering
van Le Sacre du Printemps. ‘Een
slachting van het trommelvlies’,
schreef de Franse pers. Je kunt je gemakkelijk
voorstellen wat er vandaag
de dag voor lelijks over deze modernismen
getwitterd zou worden.
Het nieuwe verschijnsel van de
boulevardpers stuwt in die jaren het
publieke sentiment tot grote hoogten.
Het was in die tijd niet ongewoon
dat op een rel een duel volgde
en dat er ook bloed vloeide. Op 28 juli
1914 zou de vrouw van de Franse minister
van Financiën de burelen van
Le Figaro binnenlopen en in koelen
bloede de hoofdredacteur vermoorden,
uit wraak voor een jarenlange
lastercampagne van deze krant tegen
haar echtgenoot.
Ook een van de bekendste wetenschappers
van die tijd werd in een
dergelijk schandaal meegesleurd.
Nobelprijswinnaar Marie Curie had
enkele jaren na de tragische dood van
haar echtgenoot Pierre Curie – h ij
werd bij de Pont Neuf door een koets
overreden; zij bleef achter met twee
jonge dochters – een romantische relatie
gekregen met de fysicus Paul
Langevin. Hij was jonger, een oudleerling
van haar echtgenoot, briljant
en beslist niet bang – hij beklom
ooit de Eiffeltoren om voor een proef
de zuiverste lucht te vinden. Maar hij
was ook getrouwd en vader van vier
kinderen. Beiden waren bij de Solvay-conferentie
aanwezig. De Franse
pers had tijdens de bijeenkomst via
mevrouw Langevin enkele van hun
liefdesbrieven in handen gekregen
en publiceerde daar nu passages van.
‘De radiumvuren die zo mysterieus
branden, hebben het hart aangestoken
van een van de wetenschappers
die deze zo toegewijd bestuderen’,
schreef de Franse roddelkrant Le
Journal. Curie vond bij terugkomst
in Frankrijk een opgewonden menigte
voor haar huis die haar dochters
bedreigde. Geheel in de geest van
de tijd daagde Langevin de journalist
uit voor een duel. Toen ze elkaar troffen,
durfde echter geen van beiden
een schot te lossen.
Terwijl heel Frankrijk in de ban
was van dit schandaal, hoorde Curie
dat zij voor de tweede keer de Nobelprijs
had gewonnen. De Zweden adviseerden
haar vanwege het schandaal
niet naar Stockholm te komen,
een advies dat zij niet opvolgde, daartoe
aangemoedigd door Einstein.
Uitgeput, depressief en met acute
nierklachten moest ze na de uitrei-
king in een privékliniek bijkomen,
terwijl ondertussen de publieke verontwaardiging
voortraasde. Zij zou
het grootste gedeelte van 1912 ondergedoken
of op reis de pers proberen
te ontvluchten. De relatie met Langevin
was ten einde, hoewel hij wel van
zijn vrouw scheidde. In een wonderlijk
happy end van deze tragische liefdesgeschiedenis
zouden de kleindochter
van Curie en de kleinzoon
van Langevin uiteindelijk wél met elkaar
trouwen. Marie Curie verkreeg
pas weer de steun van het publiek
toen zij tijdens de Eerste Wereldoorlog
met haar laboratoriumvrachtauto
langs de Franse frontsoldaten
reed, om röntgenfoto’s te maken van
gebroken botten en verdwaalde kog
e l s.
Grote veranderingen
Deze jaren zouden een ander
nieuw, en nu weer volop bejubeld,
verschijnsel in de wetenschap zien:
de opkomst van het industrieel-wetenschappelijk
complex – de innige
samenwerking van de academische
wereld en de moderne grootschalige
industrie. Op 23 oktober 1912 opende
de Duitse keizer Wilhelm II met veel
vertoon twee naar hem genoemde instituten
voor chemisch onderzoek in
Berlijn. Om hem te vermaken, riepen
wetenschappers met radioactieve
materialen in een verduisterd lokaal
bewegende lichtpatronen voor hem
op. Deze Kaiser Wilhelm-instituten
waren de voorlopers van wat nu de
Max Planck-instituten zijn, in hun
tijd een unieke combinatie van de
H aber werd de
stuwende kracht achter
de toepassing van
gifgassen tijdens de
E erste W ereldoorlog
kracht van de Duitse industrie en de
wetenschap – een eerste voorbeeld
van de op dit moment door de politiek
zo geprezen publiek-private samenwerking.
De directeur van het
eerste instituut was de chemicus
Fritz Haber. Bij de opening had de
Duitse keizer al opgeroepen om
nieuwe explosieve gassen te ontwikkelen
voor de mijnbouw, maar al
gauw bleken er andere toepassingen
in het verschiet te liggen. Haber zou
de stuwende kracht worden achter de
ontwikkeling en toepassing van gifgassen
tijdens de Eerste Wereldoorlog.
Zo bezien is het ook een kleine
stap naar Los Alamos en de kernbom.
Terugkijkend zien we in het jaar
1912 de eerste aanzetten van de grote
revoluties die de twintigste-eeuwse
fysica zouden kleuren. Einstein die
na een aantal briljante werken zijn
magnum opus voorbereidt: de algemene
relativiteitstheorie; Bohr die
op het punt staat zijn quantummechanische
atoommodel te bedenken;
en de eerste verschijningsvorm van
de tandem van wetenschap en industrie,
die de samenleving compleet
zou veranderen. Achteraf gezien was
het gevoel van hoogtevrees terecht.
De parallellen met de wereld van
2012 zijn niet vergezocht. Ook nu
staat de natuurkunde aan de vooravond
van grote veranderingen. Wat
staat ons in het huidige tijdsgewricht
te wachten? Zal het Higgs-deeltje
ontdekt worden of niet? Zullen neutrino’s
de theorie van Einstein gaan
ondergraven? Kunnen nieuwe satellieten
uit de sporen aan de hemel het
raadsel van de oerknal oplossen?
Waaruit bestaat de donkere materie
en energie die 96 procent van het
heelal vult? Aangedreven door de locomotief
van de technologie raast de
trein met nog grotere snelheid voort
en spoedt zich opnieuw een tunnel
in, op weg naar een volgend vergez
i ch t .