– DE VERLICHTING EN HET LICHT IN DE GOUDEN EEUW VAN DE NEDERLANDSE REPUBLIEK –

1. De Republiek der Zeven Verenigde Nederlanden – 2. De Radicale Hollandse Verlichting – 3. Het wetenschappelijke wereldbeeld – 4. De Hollandse kijker of telescoop – 5. Meetkundige optica – 6. De microscoop – 7. De schilderkunst – 8. De literatuur – 9. De muziek

Meetkundige optica

Zoals Galilei na de publicatie van zijn grote ontdekkingen in de Sidereus Nuncius van zijn vriend Paolo Sarpi te horen kreeg, was het voor de verdere ontwikkeling van de astronomie noodzakelijk eerst enig inzicht te verkrijgen in het mysterieuze verschijnsel licht en de werking van het oog. Vanwege de nauwe samenhang tussen wetenschappelijke en artistieke disciplines in de Renaissance was een theorie van het licht naast de ontwikkeling van de wetenschap van even groot belang voor de ontwikkeling van de architectuur en de schilderkunst. De eerste vorm van zo’n leer van de lichtstralen waarmee te rekenen valt zou pas als geometrische of meetkundige optica door Kepler in zijn Dioptrice op poten worden gezet en daarna door vele anderen, onder wie René Descartes, Christiaan Huygens, Isaac Newton en James Clerk Maxwell verder worden uitgewerkt. Maar de wortels ervan zijn al in de Oudheid te ontwaren.

Reeds in het tweede millennium v.Chr. toonde men in verschillende culturen – China, India, Griekenland – interesse in verschijnselen als licht, schaduw, spiegelingen, regenbogen, bliksem, het flonkerende firmament en andere visuele wonderen. Voor ons het meest interessant zijn de twee belangrijkste opvattingen in de Griekse Oudheid over wat ‘zicht’ en ‘licht’ eigenlijk zijn, omdat die direct aan de spectaculaire gebeurtenissen in de Europese Renaissance en Verlichting voorafgaan en daarin doorwerken.^[1]

Naar het antiek-Griekse idee over visuele processen zendt het oog vurige stralen uit die voorwerpen zichtbaar maken door het oppervlak ervan als voelsprieten of tentakels af te tasten. Aanduidingen hiervan zijn niet zozeer te vinden in wetenschappelijke of filosofische verhandelingen als wel in de literatuur en tragedie en komedie. Zo is in Homerus’ Ilias te lezen dat Agamemnons ogen ‘vuur schoten als hij ze op Calchas richtte’ en dat Achilles’ ogen ‘fonkelden van een woest licht’. Volgens de filosoof Empedocles schiet er bij een stomp op het oog een vuurstraal door het zwarte gaatje van de pupil naar buiten die in de beleving van het slachtoffer in sterretjes uiteenspat. Hij maakte daarbij al wel een verschil tussen de lichtstralen van bijvoorbeeld de zon die van buiten komen en de vuurstralen die door een inwendig vuur vanuit het oog worden uitgezonden. In het literaire en poëtische taalgebruik zijn vurige blikken en stralende dan wel doffe ogen tot in onze tijd een belangrijke rol blijven spelen.

De andere belangrijke opvatting in de antieke tijd kwam van de atomisten, die het licht zagen als een stroom van kleine deeltjes die niet door het oog maar door een voorwerp wordt uitgezonden en het oog treft. Een van de belangrijkste vertegenwoordigers van deze opvatting, Lucretius, schreef in zijn De rerum natura (Over de natuur):

Daarom zeg ik dat de afbeeldingen van de dingen,
en de ijle vormen vanaf die dingen worden uitgezonden
vanaf de uiterste buitenkant van de dingen
als waren ze een dun vlies dat ook wel schil genoemd kan worden.^[2]

Deze schillen van gereflecteerd licht treffen het oog en bevatten door de ordening van de deeltjes alle informatie waarmee de vorm en de kleur van de dingen herkend kunnen worden. Mogelijk dat Marcel Proust zijn idee dat ‘alle voorwerpen zo gauw we ze zien omgeven zijn met een dun geestelijk randje dat ons belet het voorwerp direct te beroeren’ hier vandaan heeft.

En dan waren er ook nog degenen, zoals Plato, die een combinatie van beide opvattingen – vuur van binnenuit het oog en een deeltjesstroom van buitenaf – voorstonden:

De deeltjes die door de voorwerpen worden uitgezonden komen de van het oog afkomstige deeltjes onderweg tegen, waarvan sommige gelijk in grootte zijn. Die veroorzaken geen gewaarwording en worden transparant genoemd. Maar de grotere en de kleinere deeltjes veroorzaken wel gewaarwordingen van wit en zwart, vergelijkbaar met hitte en kou van het gevoel en de verschillende smaken op de tong.^[3]

Het verschil in snelheid van de deeltjes is de oorzaak van de variatie in helderheid of het contrast, en de verschillende mengverhoudingen tussen wit en zwart leveren de kleuren op. Verder beschouwde Plato licht en donker als twee onafhankelijke verschijningsvormen, een idee dat heel veel later nog bij de Duitse romantici is terug te vinden. Zo dacht Johann von Goethe dat kleuren ontstaan uit een mengsel van wit en zwart en zijn jonggestorven geestverwant Novalis vergeleek in zijn onvoltooid gebleven roman De blauwe bloem het invallen van de duisternis met het opsteken van een lantaarn die zwart licht verspreidt en omgekeerd: ‘De hele grot werd licht, omdat de zwarte lamp in de verwarring was omgevallen en uitgedoofd.’^[4]. Hoewel Aristoteles ongeveer alle opvattingen over licht van zijn voorgangers verwierp, behield hij het idee van Plato dat er een drager of medium moet bestaan, een soort ‘hemelether’ waardoor het licht zich kan verplaatsen – zoals geluid door lucht en golven door water − en hij definieerde dat als de ‘geactualiseerde doorzichtigheid’: ‘Er is sprake van licht zodra de potentiële doorzichtigheid van het medium door vuur tot bestaan is gebracht.’ Het oppervlak van een voorwerp ziet er wit uit als het door licht wordt geactiveerd, en als het tegendeel het geval is ziet het er zwart uit. En net als Plato beschouwde Aristoteles kleuren naar het alchemistische idee als een mengsel van verschillende hoeveelheden zwart en wit.^[5]

De eerste ons bekende ‘wetenschappelijke’ tekst die uitgaat van een rechtlijnig divergerende kegelvormige bundel van lichtstralen die zich vanuit de pupil van het oog of een andere lichtbron verspreidt is de Optica, geschreven door de Alexandrijnse wiskundige Euclides.

Het boek is net zo opgebouwd als zijn veel bekendere meetkundige werk de Elementen, en begint met een zevental stellingen, waarvan de eerste luidt: ‘De rechte lijnen die vanuit het oog getrokken kunnen worden lopen in alle richtingen uiteen.’

Uit deze stelling trekt Euclides de conclusie dat de grootte van een voorwerp in onze waarneming bepaald wordt door de hoek tussen de stralen – de tophoek van de kegel − die vanuit het oog de buitenste kant van het voorwerp raken. Andere verhandelingen over optische kwesties zijn bekend van de Alexandrijnen Heron uit de eerste en Claudius Ptolemaeus uit de tweede eeuw n.Chr., waarbij de laatste een overeenkomst zag tussen het licht dat door de zon en door het oog wordt uitgezonden. Daarbij beschouwde hij het licht als een homogeen ‘veld’ en niet als een optelsom van losse stralen, zoals Euclides meende te weten. Na het verval van de Grieks-Romeinse cultuur werden de verschillende ideeën over licht in de christelijke Middeleeuwen, afhankelijk van het persoonlijke belang dat eraan werd gehecht, overgenomen zonder dat er iets noemenswaardigs aan werd toegevoegd. Wiskundigen en astronomen waren voornamelijk geïnteresseerd in de theorieën van hun voorgangers Euclides en Ptolemaeus, terwijl filosofen en theologen meer belangstelling toonden voor de opvattingen van Plato en Aristoteles.

In tegenstelling tot het christelijke gebrek aan belangstelling hadden de Arabische moslims vanaf de zevende eeuw een grote eigen inbreng bij de wetenschappelijke ontwikkelingen. Ze vertaalden alle Griekse en Romeinse teksten die ze maar konden vinden in het Arabisch en maakten er een gewoonte van de theoretische beweringen aan experimentele kritiek te onderwerpen, wat de Grieken zelf zelden deden. Op het gebied van de optica onderbouwde Ishaq Al-Kindi in de negende eeuw Euclides’ theorema over de rechtlijnige voortplanting van het licht experimenteel door het bestuderen van door een lichtbron veroorzaakte slagschaduwen. De eeuwen daarna waren het Al-Razi en Al-Farabi die bijdragen leverden en zeker ook Abdullah Ibn Sina (Avicenna) en zijn jongere tijdgenoot Alhazen, die ook al bij de ontwikkeling van de lenzen ter sprake is gekomen.^[6]

In de elfde eeuw raakte de Arabische wetenschap op haar beurt in verval, wat doorgaans wordt toegeschreven aan het ontstaan van een islamitische priesterklasse die zich net zo weinig voor de wetenschap interesseerde als de christelijke clerus dat eerder deed.^[7] De islam had God ontdekt omdat die zich ruim zes eeuwen na de geboorte van Christus eindelijk in het Arabisch aan Mohammed had geopenbaard, en voelde geen behoefte meer om de mens en de wereld te ontdekken.^[8] Net als de christenen noemde de soefist Al-Ghazali (Algazel) de Griekse denkers heidenen en vond hij dat aanhangers van Aristoteles hun ideeën met de dood zouden moeten bekopen.^[9] Als gevolg van deze dreiging deed zich in in de twaalfde en dertiende eeuw in Europa een ingrijpende culturele verandering voor – ook wel Scholastiek of Eerste Renaissance genoemd − door de toevloed van vele in het Latijn vertaalde Griekse en Arabische geschriften die door de uit het oosten wegtrekkende geleerden werden meegenomen. Terwijl vóór die tijd het heersende christendom de toegang en verspreiding van de heidense Griekse ideeën had verhinderd, hunkerden de geleerden er nu naar van de natuur en uit de oude en vreemde kennisbronnen te leren. Het was vooral de Poolse ordebroeder Erazmus Witelo die omstreeks 1250 in zijn optische verhandeling Perspectiva een nauwgezette uitleg gaf van Alhazens theorie van het licht, die later naast het werk van Copernicus de grootste inspiratiebron voor Johannes Kepler zou worden.^[10]

In de veertiende en vijftiende eeuw boette de meetkundige optica aan belang in, mede door de nadruk die er in het denken op de academische beroepsopleidingen rechten, medicijnen en theologie werd gelegd, maar die kwam na de val van Constantinopel in 1453 gedurende de Renaissance weer in het centrum van de belangstelling te staan, met de opkomst van nauw samenhangende disciplines als astronomie, anatomie van het oog en gebruik van perspectief in de schilderkunst. Aan dat laatste zal, in verband met de poging van schilders de driedimensionale werkelijkheid zo realistisch mogelijk op het platte vlak af te beelden, hierna in een aparte paragraaf over het licht in de schilderkunst uitgebreid aandacht worden besteed.

In de Oudheid kwam het licht uit de ogen van de waarnemer of van externe lichtbronnen als de zon, de maan, de sterren en het vuur, en in de Middeleeuwen kwam daar het goddelijke licht nog bij. Het in de platoonse zin verblindende licht komt in de Bijbel vele malen voor als metafoor om de heerlijkheid van God aan te geven, het meest expliciet in de eerste brief van Johannes: ‘God is licht en er is in hem geen spoor van duisternis.’^[11] Met het naderen van de Verlichting doofde God als enige innerlijke lichtbron gradueel uit en werd een belangrijk deel van zijn taak overgenomen door het licht van de wetenschappelijke en filosofische rede, zoals dat is verwoord door de Engelse denker Francis Bacon die vond dat degene die dat licht in de natuur zou ontsteken de werkelijke weldoener van de mensheid was.^[12] De wetenschappelijke rede zou vooral de macro- en microkosmos gaan belichten door de ontwikkeling van de Hollandse kijker en de even Hollandse microscoop, terwijl het licht van de filosofische rede in de Radicale Verlichting door René Descartes en Baruch Spinoza werd ontstoken. Naast het clair-obscur van Rembrandt kreeg het licht in de schilderkunst nieuwe glans door het toenemende gebruik van de al langer bekende camera obscura:

een verduisterde ruimte met een gaatje in een van de wanden waardoor een kegelvormige lichtbundel naar binnenvalt en een omgekeerd beeld van de buitenwereld op de tegenover liggende wand werpt.

Johannes Kepler

De astronoom Johannes Kepler maakte op 10 juli 1600 gebruik van een dergelijk instrument om een zonsverduistering te bestuderen, omdat een directe waarneming vanwege het felle zonlicht niet mogelijk was. Bij die gelegenheid zag hij het al eerder door Alhazen waargenomen verschijnsel dat de diameter van de maan zich groter voordoet dan bij directe waarneming het geval is. Wat Kepler vermoedde, was dat de afmeting van het gaatje in de wand daarvoor verantwoordelijk is en hij trok daaruit de conclusie dat iets dergelijks ook het geval moet zijn met de pupil.

Het oog kan daardoor vergeleken worden met een optisch instrument waarvan het netvlies dient als de lichtgevoelige achterwand en de ooglens zich direct achter de pupil bevindt:

Iets wordt voor ons zichtbaar doordat er een afbeelding van de beschouwde voorwerpen op het gebogen witte netvlies wordt geworpen: de voorwerpen aan de linkerkant worden afgebeeld op de rechterkant, de bovenste aan de onderkant en de onderste aan de bovenkant. Groen wordt afgebeeld met dezelfde kleur groen en in het algemeen krijgt ieder voorwerp zijn eigen kleur, zodat iemand met voldoende scherp gezichtsvermogen de overeenkomstige vormen op het kleine netvlies kan herkennen.^[13]

Voor de omkering van het beeld wist hij nog geen verklaring te vinden en hij besloot het zoeken daarnaar maar over te laten aan de natuurkundigen.

In 1604 publiceerde Kepler zijn theorie over het menselijke oog, de vergelijkbare werking van de camera obscura en de schijnbare diameter van de maan in een heel bescheiden Ad Vitellonem paralipomena (Aanvullingen bij Witelo) genoemd boek, als eerbetoon aan een van de schaarse laatmiddeleeuwse wetenschappers Witelo, die een samenvatting over de optica van Ptolemaeus, Alhazen, en Roger Bacon had geschreven. Hierin beschouwt Kepler het licht als de emanatie of uitstorting van een in één punt geconcentreerde lichtbron in de vorm van een bolvormige, van binnen lege uitstraling, in analogie met de heilige drie-eenheid met God als middelpunt, Christus als straal en de Heilige Geest als boloppervlak. Lichtstralen zijn de lijnen volgens welke de uitstorting vanuit de bron verloopt en de intensiteit van het licht is omgekeerd evenredig met het kwadraat van de afstand tot de bron. Door het goddelijke karakter is het licht gewichtloos en verplaatst zich tijdloos en zonder medium door de lege ruimte. Het oppervlak van de lichtbol, of de kegel als het relevante deel daarvan, treedt in wisselwerking met het oppervlak van een voorwerp en wordt daardoor teruggekaatst, waarna het ons oog bereikt. Hoewel hij enige verwantschap voelde met Empedocles en de atomisten verschilt Keplers visie fundamenteel van die van al zijn voorgangers, en zeker van die van zijn tijdgenoten die de alom aangehangen mening van Aristoteles verdedigden:

Ik heb daarom besloten hun passie voor tegenspraak en eruditie te gebruiken als middel om ze naar de School van de Optici te voeren door Aristoteles’ voorliefdes in het openbaar te veroordelen.^[14]

Intussen had ook Galilei met de publicatie van zijn Sidereus Nuntius in 1610 het aristotelisme vernietigend aan de kaak gesteld en begreep Kepler, die met persoonlijke brieven op de hoogte van diens vorderingen was gehouden, dat zijn visie op de optica een verklaring kon inhouden voor de werking van de telescoop en het oog. Maar zijn boek daarover, de Dioptrice, kon hij pas schrijven nadat hij eindelijk de beschikking had gekregen over een geleende telescoop van vergelijkbare kwaliteit als die van Galilei zelf, en diens waarnemingen kon reproduceren. In het in 1611 gepubliceerde Dioptrice, dat onder meer handelt over de straalbreking van het licht door lenzen, grijpt Kepler terug op zijn eerdere boek Ad Vitellonem paralipomena. Eerst toonde hij aan dat een bolle lens een beeld geeft van een klein voorwerp dat ervoor is geplaatst, en dat het beeld verder weg ontstaat naarmate het voorwerp dichter bij de lens staat. Als een zuiver bolvormige lens wordt gebruikt, is het beeld dat na tussenkomst van de ooglens op het netvlies valt vaag (sferische aberratie of kleurschifting) omdat de gereflecteerde stralen van de verschillende kleuren niet in één brandpunt samenkomen, maar dat euvel kan worden verholpen door een parabolische lens of een tweede holle lens te gebruiken, zoals Galilei dat ook in zijn telescoop had gedaan.^[15] Dat het beeld ook vager wordt doordat de verschillende golflengten of kleuren van het witte licht niet in een punt achter de bolle lens samenkomen (chromatische aberratie) kon Kepler niet verhelpen, maar dat probleem is later weer door anderen − Christiaan Huygens en Isaac Newton − opgelost.

Om Keplers verklaring voor de werking van een lens te begrijpen, is het nodig een enkele belangrijke eigenschap van het verschijnsel licht wat nader te bekijken. Bij overgang van het ene medium naar een andere, zoals van lucht naar water, verandert een lichtstraal van richting, waardoor een in water gestoken stok gebroken lijkt. De tegenwoordige verklaring hiervan is dat het licht in verschillende media verschillende snelheden heeft, waaruit is af te leiden dat een recht golffront dat een eveneens recht glasoppervlak onder een bepaalde hoek treft in het glas in een andere richting verder lijkt te gaan. Stel je een recht front voor van over een vlak grasveld marcherende soldaten als personificaties van lichtstralen, dat een schuin lopende greppel met daarachter een omgeploegd bouwland bereikt. Het marstempo van de eerste soldaat die het bouwland bereikt wordt nu door het moeilijker begaanbare terrein vertraagd terwijl de anderen nog even stevig kunnen doorlopen. Maar als de een na de ander ook het omgeploegde bouwland bereikt moeten die hun tempo ook vertragen.

Het uiteindelijke resultaat is dat de soldaten weliswaar met hun gezicht nog in dezelfde richting verder lopen, maar dat het front nu scheef loopt en van richting lijkt te zijn veranderd.^[16] Met de twee voorwielen van een racewagen waarvan het rechter wiel het eerst het gras raakt en daardoor vertraagd wordt is hetzelfde effect in de rijrichting te bereiken. Vergelijkbaar daarmee ziet een in water gestoken stok er gebroken uit, wat zoals eerder vermeld ook al bekend was aan Claudius Ptolemaeus, maar na de herontdekking in 1621 door de Leidse wis- en natuurkundige Willebrord Snel van Royen onder diens gelatiniseerde naam bekend werd als de brekingswet van Snellius. Vindt de lichtbreking van een recht golffront plaats door het gebogen oppervlak van een bolle lens, dan wordt het nieuwe golffront ook gebogen en komen bij de juiste parabolische kromming de lichtstralen samen in één punt, het brandpunt van de lens. Deze eigenschap kan worden gebruikt voor het met een telescoop vergroot afbeelden van voorwerpen, zoals sterren en planeten, die zelf licht uitzenden, of voor het met een microscoop bestuderen van kleine voorwerpen die sterk worden belicht en dat licht terugkaatsen.

Keplers visie op licht, dat niet meer uit het oog straalt maar door externe lichtbronnen zoals de zon of een kaarsvlam zonder medium wordt uitgezonden en door voorwerpen wordt gereflecteerd, zal de basis gaan vormen voor de meetkundige optica. Deze theorie zal later door wetenschappelijke kopstukken als René Descartes (die het bestaan van een medium aannam), Christiaan Huygens (die het licht opvatte als een transversale golfbeweging van het medium) en Isaac Newton (die een lichtstraal als een stroom van kleine deeltjes zag) op verschillende manieren verder worden uitgewerkt en uiteindelijk in de negentiende eeuw worden voltooid met de vier elektromagnetische wetten van James Clerk Maxwell, die in de visie van Albert Einstein het gedrag van fotonen als kwantummechanische deeltjesgolven en de werking van optische instrumenten adequaat beschrijven.

René Descartes

Voor Descartes – die hiervoor al uitgebreid in verband met de Radicale Verlichting aan de orde is geweest en nu even kort terugkeert − was van alle wetenschappen de meetkunde het best bestand tegen de systematische twijfel waaraan hij alle verschijnselen onderwierp en waarop hij zijn befaamde Verhandeling over de methode baseerde. Hij beschouwde de ruimte in navolging van Isaac Beeckman als geheel gevuld met drie soorten volmaakt harde deeltjes van verschillende grootte en vorm. Materie van de ‘derde soort’ is het meest grofstoffelijk en bestaat uit de grootste deeltjes, materie van de ‘tweede soort’ bestaat uit kleinere deeltjes die de lege ruimte tussen de grote deeltjes opvullen en de deeltjes waaruit de materie van de ‘eerste soort’ bestaat zijn zo klein als maar mogelijk is en vullen de resterende lege ruimte geheel op. De zon en de sterren zag Descartes als bolvormige samenklonteringen van deeltjes van de ‘eerste soort’, en licht is volgens hem niets anders dan de druk die de zon en de sterren uitoefenen op de deeltjes van de tweede soort waardoor ze omgeven worden, die daardoor geactiveerd raken en hun beweging door de dichte stapeling en de volmaakte hardheid van die deeltjes direct, dat wil zeggen oneindig snel, op het oog overbrengen.^[17] Om dat idee aannemelijk te maken, gebruikt Descartes de van de stoïci overgenomen analogie van een blinde die met behulp van een stok als voelspriet zijn omgeving aftast en zo na de nodige oefening kan bepalen met wat voor dingen hij van doen heeft:

Om een vergelijking te maken raad ik u aan licht voor te stellen als niets anders dan een zekere snelle en levendige activiteit die via het medium van de lucht of andere doorzichtige deeltjes onze ogen bereikt, op dezelfde wijze zoals de stok van een blinde tegen een voorwerp aanstoot en dat onmiddellijk doorgeeft aan diens hand.^[18]

Er was weinig eensgezindheid onder de denkers uit die tijd over het voornamelijk nog mysterieuze verschijnsel licht, al brak menigeen zich het hoofd erover. Descartes’ Engelse tijd- en vakgenoot Thomas Hobbes omschreef licht als de beweging van een medium, veroorzaakt door de fluctuaties of pulseringen van de lichtbron die hij vergeleek met de hartslag en de ademhaling, en gebruikte het twinkelen van sterren als argument daarvoor. Net als Descartes geloofde hij in de tijdloosheid van de verplaatsing dus in de oneindig hoge snelheid van het licht, maar hoewel hij op de hoogte moet zijn geweest van de eindige snelheid van geluid, zag hij, naast andere overeenkomsten, dit juist als verschil tussen de beide verschijnselen. Een generatie later zag ook de natuur- en sterrenkundige, uitvinder en architect Robert Hooke licht aanvankelijk als een periodieke opeenvolging van pulsen, veroorzaakt door kleine, snelle vibraties van de stralingsbron die zich op cartesiaanse wijze oneindig snel verplaatsen:

Licht is niets anders dan de typische beweging van de onderdeeltjes van een lichtbron, die invloed uitoefenen op de volmaakt dichte vloeistof die de lichtbron omgeeft, en zodoende de hele vloeistof tegelijkertijd bewegen.^[19]

Maar later zag hij zich genoodzaakt daarop terug te komen en het licht een eindige, zij het zeer hoge snelheid toe kennen, vergelijkbaar met het overigens veel tragere geluid.

Christiaan Huygens

De belangrijkste Nederlandse natuurwetenschapper in de Gouden Eeuw, Christiaan Huygens, was net als zijn vader Constantijn een uitgesproken homo universalis die bekend was met vele van zijn minstens even beroemde (gedeeltelijke) land- en tijdgenoten als Isaac Beeckman, René Descartes, Antoni van Leeuwenhoek, Johannes Vermeer en Baruch Spinoza. In zijn jeugd kreeg hij, samen met zijn drie broers en een zuster, les in rekenen, muziek, Latijn, Grieks, Frans, Italiaans en logica, bekwaamde hij zich in dansen en paardrijden, speelde hij klavecimbel, luit en viola da gamba. Hij schreef een postuum gepubliceerd werk – Cosmotheoros (Wereldbeschouwer) – waarin hij beweert dat alle sterren zonnen zijn en de mogelijkheid van het bestaan van buitenaards leven veronderstelt, waarmee hij de kwalificatie ‘eerste schrijver van sciencefiction’ verwierf.

Dit laatste lijkt wat overdreven, omdat Bernard de Fontenelle’s Entretiens sur la pluralités des mondes (Gesprekken over de veelheid der werelden) al dertien jaar eerder was verschenen en men zich met recht kan afvragen wie het eerst op het idee was gekomen. Na de teloorgang van het aristotelische wereldbeeld verschenen er sowieso veel geschriften die de plaats van de mens tussen de sterren in de nieuwe, extreem uitgedijde kosmos tot onderwerp hebben.^[20]

Hoewel Huygens er nooit een universitaire graad in haalde, studeerde hij in Leiden rechten en wiskunde, en wat dat laatste betreft hield hij zich bezig met kansrekening, integraal- en differentiaalrekening en formuleerde hij correcte wetten voor de elastische botsing, de mathematische slinger en de middelpuntvliedende kracht. Omdat hij daarvoor de algebraïsche notatie gebruikte wordt hij gezien als de eerste theoretische natuurkundige. Op het gebied van de techniek verzon hij het principe van de stoommachine, maar ook in het praktische werk bleef hij niet achter: hij bouwde zelf een draaibank, een slingeruurwerk, een buskruitmotor, een luchtpomp, een toverlantaarn en ook verschillende optische instrumenten waaronder een telescoop, en dat laatste is – samen met zijn in 1690 gepubliceerde Traité de la lumière (Verhandeling over het licht) waarin hij zijn visie op licht als golfverschijnsel uiteenzet – het instrument dat ons hier het meest interesseert. Het gebrek aan een titel in de rechten wist hij later tijdens zijn grand tour naar Italië te compenseren door een titel te kopen in het Franse Anger. Om zich doctor utriusque juris (doctor in de rechten) te mogen noemen, kocht hij voor het luttele bedrag van vijftig gulden een bul, waarvoor hij het geld aan zijn vader vroeg: ‘Een pruik is al duurder.’^[21]

Samen met zijn broer Constantijn jr. bouwde Huygens een uitstekende telescoop waarvoor hij zelf de lenzen sleep en een speciale combinatie daarvan bedacht die maar weinig kleurschifting vertoont.

Daarmee ontdekte hij de uit gruis en stof bestaande ringen rond de planeet Saturnus – die Galilei door zijn telescoop nog voor hengsels of oren had aangezien, als gevolg van de eigen schaduw van de planeet op de ringen – en hij was ook de eerste die de later Titan genoemde grootste maan waarnam. Toen hij het op 25 maart 1655 ontdekte lichtpuntje viermaal rond de planeet had zien bewegen, wist hij zeker dat het een satelliet vergelijkbaar met onze eigen maan moest zijn en claimde zijn aanspraken door die – zoals Galilei dat ook deed – in de vorm van een anagram naar de sterrenkundigen in Praag en Londen te sturen. Het anagram bestond uit een versregel van Ovidius: Admovere oculis distantia sidera nostris (Ze brachten de verre sterren naar onze ogen) en de letters uuuuuuu ccc rr h n b q x. Gedecodeerd staat er: Saturno luna sua circumducitur diebus sexdecim horis quatuor (Om Saturnus loopt zijn maan in zestien dagen en vier uur). Het Universiteitsmuseum in Utrecht beschikt waarschijnlijk over de lens waarmee Huygens zijn waarneming heeft gedaan, omdat het betreffende citaat van Ovidius in de rand staat gegraveerd.

Naast de in zijn Systema Saturnium gepubliceerde waarnemingen van Saturnus en het maantje Titan ontdekte Huygens ook enkele sterrennevels en dubbelsterren en maakte hij een gedetailleerde tekening van de Orionnevel, waarin hij afzonderlijke sterren kon onderscheiden. Ook schetste hij als eerste een eenvoudige kaart van Mars met het donkere gebied Syrtis Major en een ijskap op een van de polen.

Afgezien van hun gezamenlijke interesse in telescopen had het contrast tussen de ijverige en ernstige Christiaan en zijn broer Constantijn jr. niet groter kunnen zijn. De doorgaans werkloze Constantijn was een luie losbol die erg van feestjes hield, achter de vrouwen aanzat en bordelen bezocht. In het Journaal dat hij vanaf zijn eenentwintigste bijhield en gedeeltelijk in pas later ontcijferd geheimschrift optekende schreef hij:

Daar was een ander die een juffertje bij zich had. Hij zei dat ze zijn schoonzusje was, maar wij hielden haar voor een hoertje. Hij zei dat hij haar borsten gevoeld had, maar later vonden we uit dat dit niet waar was. R. en ik keken ’s avonds door het raam waar dit juffertje voor stond alsof ze naar bed zou gaan. R. wilde dat ze de deur open deed om haar vaarwel te zeggen, maar dat wilde ze niet. Ze stond met haar borstjes bloot. Na de middag reden R. en ik met een hoer in een koets naar Berchem en daar dronken we brandewijn. Ik kon niet vogelen. Terstond na de middag gingen we naar madame Van Santen en vonden haar, zittend in een klein kamertje. Ze was jong en mooi en blank, fraai gevormd en helemaal naakt, zoals de meeste meisjes hier.^[22]

De beschrijvingen van Constantijn waren in ieder geval zo prikkelend dat een vriend zei het te merken ‘aan de reactie van een bepaald lichaamsdeel’ als hij ze las.^[23]

Om hem bij te staan bij zijn veroveringen vroeg Constantijn aan Christiaan om hem te voorzien van:

een paar nieuwe vrolijke liedjes van het soort waar meidjes het meest van houden want het is voor die wezens dat ik ze je vraag, omdat ik ongeveer een maand geleden heb kennisgemaakt met een paar Engelse juffrouwen. (…) Alle gekheid op een stokje, als je er een paar voor me zou kunnen vinden zou ik je zeer dankbaar zijn.^[24]

Een paar weken later stuurde Christiaan hem inderdaad zijn tekeningen van Jupiter, samen met de tekst en de muziek voor twee liedjes, en nog eentje ‘dat helemaal nieuw is’, waarvan de laatste zinnen luiden:

Maar het is waar, ik beken het, jouw schoonheid houdt mijn ziel gevangen.
Ach, als ik op je achterwerk kon slaan zou ik vrij zijn.
En als jij zou willen rusten op mijn bed om mijn verlangen te bevredigen,
zou ik honderd keer je ogen en je mond kussen en sterven van genot.^[25]

Ondanks alle spectaculaire waarnemingen die hij deed heeft Christiaan Huygens zijn roem voornamelijk te danken aan zijn golftheorie van het licht. De Franse jezuïet Ignace-Gaston Pardies is de eerste auteur die een systematische en theoretische optica ontwikkelde op basis van een analogie met geluid en watergolven, rond 1670 opgetekend in een later verloren gegaan manuscript Discours du mouvement local (Over golfbewegingen). Pardies begint zijn traktaat met het vermelden van de golven in water ‘veroorzaakt door spelletjes en vermaak van kinderen, en die de meest uitmuntende denkers voor grote hoofdbrekens hebben geplaatst’, waarna hij eerst de overeenkomsten met geluid beschrijft en daarna die van geluid met licht.

Hij verwierp het algemeen aanvaarde maar verkeerde idee dat watergolven gepaard gaan met het horizontaal verplaatsen van water door een vergelijking te maken met de golfbeweging van een slap koord dat aan één kant op en neer wordt geschud, waarbij de golf in het koord wel, maar het koord als geheel zich niet horizontaal verplaatst.^[26]

Vlak voor hij stierf stuurde Pardies zijn manuscript over golfbewegingen naar Christiaan Huygens, die toen op verzoek van koning Lodewijk XIV in Parijs verbleef om de Académie Royale des Sciences op poten te zetten, wat werd gezien als een goedmakertje voor de komst van Descartes naar Nederland:

Het vaderland geeft Huygens aan de Fransen, want ooit
Gaf ’t goedgezinde Frankrijk Descartes aan de Bataven.^[27]

Huygens belangstelling voor de theoretische optica had zich intussen geuit in twee teksten: de Dioptrica uit 1652, die een algemene theorie over lenzen bevat, en de Aberratione uit 1665, waarin hij voor het eerst een theorie over de sferische aberratie uiteenzet, hoewel hij de publicatie ervan uitstelde. In plaats daarvan begon hij te werken aan een nieuwe verhandeling over de theoretische optica, waarin ook zijn verklaring voor het toen net ontdekte verschijnsel van dubbele breking door een kristal van IJslands spaat is opgenomen: de wonderlijke eigenschap van sommige doorzichtige kristallen om een lichtstraal op te splitsen in twee componenten met een verschillende brekingsindex, die veroorzaakt blijkt te worden door verschillende polarisatierichtingen van het natuurlijke licht. Na lang uitstel verscheen zijn Verhandeling over het licht, waarin al zijn ideeën over de theoretische optica zijn opgenomen en hij uitgaande van zijn golftheorie sluitende verklaringen voor sferische aberratie en dubbele breking geeft.

Wegens zijn levendige belangstelling voor geluid in het algemeen en muziek in het bijzonder, en onder de indruk van Pardies’ manuscript, beschouwde Huygens licht net als geluid aanvankelijk als een (longitudinale) drukgolf. Later veranderde hij dat in een in alle richtingen loodrecht op de bolvormige voortplantingsrichting van de lichtstraal trillende (transversale) golf, vergelijkbaar met het − slechts in één richting trillende − slappe koord van Pardies en de zich in twee richtingen verplaatsende golven op het wateroppervlak. In het eerste hoofdstuk van zijn Verhandeling over het licht schrijft hij in een passage waarin hij tegelijk de volgens hem eindige snelheid van het licht opneemt:

Als licht inderdaad tijd nodig heeft om zich te verplaatsen, dan volgt daaruit dat de op het medium uitgeoefende druk zich vanuit de lichtbron verspreidt zoals dat ook met geluid het geval is, door bolvormige oppervlakken en golven. Want ik noem het golven omdat ze lijken op de golven die zich over het water verspreiden als er een steen in wordt geworpen, en omdat ze net zo’n opeenvolgende uitbreiding vertonen, hoewel die een andere oorzaak hebben en alleen een oppervlakteverschijnsel zijn.^[28]

Het verschil van mening tussen de verschillende denkers over de al dan niet eindige snelheid van het licht – Descartes dacht dat de lichtsnelheid oneindig was en Huygens dacht van niet − werd in 1676 beslecht door de Deense astronoom Ole Rømer, die er als eerste in slaagde gebruik makend van het maantje van Jupiter als klok de hoge maar eindige lichtsnelheid in een grove benadering te meten (zie ook hoofdstuk XI).

Zo kort mogelijk samengevat komt Huygens’ beschrijving erop neer dat het van een puntvormige bron afkomstige licht zich met een eindige snelheid als een bolvormig front door een overal in de ruimte aanwezig medium (ether) beweegt, en dat ieder punt van het medium dat wordt bereikt zelf weer als nieuwe bron van bolvormige golven gaat werken.

Zoals hij het opschreef in zijn Verhandeling over het licht:

Elk punt van een golffront is op te vatten als een nieuw trillingscentrum, dat op zijn beurt lichtpulsen uitzendt. Een nieuw golffront vindt men door de omhullende van deze elementaire golffronten te nemen.

Het golffront van zeer ver verwijderde lichtbronnen, zoals bijvoorbeeld de zon en de sterren is dan – wegens de lange straal van de bol – in eerste benadering vlak.

Hoewel een aantal optische verschijnselen zoals de breking en weerkaatsing van het licht met Huygens’ opvatting verklaard en berekend konden worden, bleken er ook een paar knelpunten in te zitten. Het belangrijkste probleem is dat ieder punt van Huygens’ medium waardoor het licht zich verplaatst naar alle kanten licht uitstraalt, wat in tegenspraak is met de algemeen geaccepteerde en ook experimenteel aangetoonde naar één kant gerichte rechtlijnige voortplanting van de stralen. Dit was ook de belangrijkste reden dat in de daaropvolgende achttiende eeuw het idee van Huygens’ grote tegenstrever Isaac Newton, dat lichtstralen niet uit ethergolven maar uit snel bewegende deeltjes bestaan, waaruit de rechtlijnige voortplanting vanzelf tevoorschijn komt, voorlopig de overhand kreeg. Daar komt nog bij dat Huygens het intrigerende verschijnsel kleur vooralsnog te lastig vond om er een verklaring voor te vinden, terwijl Newton daar indrukwekkende experimenten mee had gedaan.

Vanzelfsprekend moest ook Christiaan Huygens na zijn vader en zijn broer op grand tour naar het zuiden. In Parijs trof hij net zo’n vuile stad aan als Pieter Corneliszoon Hooft zoveel jaar eerder al had gedaan: ‘De straten zijn modderig en stinken, want men keert de po gewoon uit de bovenramen om met de waarschuwing “Pas op voor het water.”’^[29] Later tijdens zijn verblijf in Engeland, merkte hij dat het nog erger kon en schreef:

Ik vond het verblijf in Londen niet zo plezierig. De stank van de rook is onverdraaglijk en erg ongezond, de stad is slecht gebouwd met nauwe straten zonder behoorlijk plaveisel en alleen maar krotten, weinig zaaks en niet te vergelijken met wat je in Parijs ziet. De mensen zijn zwaarmoedig, de rijken beleefd maar zwijgzaam, de vrouwen weten niet veel te zeggen en zijn op geen stukken na zo geestig als in Frankrijk.^[30]

Zo vol van licht als Christiaan Huygens’ leven was, zo donker en treurig verliep zijn sterven. In zijn Journaal schrijft broer Constantijn daarover:

Ik ga naar broer Christiaan en vind hem in zeer slechte toestand. Hij klaagt over pijn in zijn lijf en over doorliggen. Alles waarmee hij zich kan verwonden is weggehaald. Hij begon zich met gebroken glas te snijden en met spelden te steken. Ook stopte hij een marmeren knikker in zijn keel. Zijn knecht hoorde gereutel en wist die er door op zijn rug te kloppen weer uit te krijgen.

Hij begon aan waanvoorstellingen te lijden en was zo mager ‘dat het onbegrijpelijk is dat een mens zo kan leven’. Op 5 juli 1695 verklaarden zijn artsen dat het zo nog wel een jaar kon doorgaan, maar drie dagen later raakte hij buiten kennis en blies zijn laatste adem uit.^[31]

Isaac Newton, James Clerk Maxwell en Albert Einstein

Zo er iemand heeft bestaan die als schoolvoorbeeld van de rationele wetenschapper is beschouwd – terwijl hij dat als overtuigd alchemist juist helemaal niet was – dan is dat wel op eerste Kerstdag 1643 in Woolsthorpe geboren Isaac Newton.

Hij deed onmiskenbaar zeer belangrijk werk in de wis- en natuurkunde, speciaal met zijn in 1687 gepubliceerde hoofdwerk Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (kortweg Principia) waarin hij naast zijn wet van de zwaartekracht ook de drie wetten heeft vastgelegd waarmee hij de basis van de klassieke mechanica legde. Met die wetten was het mogelijk om de getijdenbeweging op aarde en de planeetbanen nauwkeurig te beschrijven en te voorspellen, waarmee hij een theoretische onderbouwing aan de wetten van Kepler gaf en tegelijkertijd aantoonde dat er geen verschil bestaat tussen de aardse en de hemelse verschijnselen, of tussen het boven- en het ondermaanse. In de goddelijke, als volmaakt beschouwde hemel daarboven blijken dezelfde wetten te gelden als hierbeneden op de aarde, zo stelde hij, waarmee hij na Galilei’s astronomische ontdekkingen een volgende slag toebracht aan het christelijk-aristotelische wereldbeeld.

Hoe goed zijn mechanische wetten de planeetbewegingen beschreven leek spectaculair te worden bevestigd toen de baan van de planeet Uranus rond de zon een geringe afwijking vertoonde van wat er volgens de voorspelling werd verwacht en de Franse astronoom Urbain le Verrier er na eindeloos en ingewikkeld rekenwerk in slaagde die afwijking te verklaren door het bestaan van een achtste planeet aan te nemen en de positie ervan te berekenen. Op 23 september 1846 ontving de Berlijnse sterrenwacht de uitkomst van Le Verriers berekening en gebeurde het allermooiste dat een wetenschappelijke theorie zich maar kan wensen: diezelfde nacht nog werd de onbekende planeet Neptunus als minuscuul bewegend lichtpuntje tussen de miljarden vaste sterren vrijwel exact op de voorspelde plaats waargenomen. Het succes voor Newtons mechanica zou blijvend ongekend groot zijn geweest, als later niet was gebleken dat Le Verrier een verkeerde vereenvoudiging in zijn berekeningen had aangebracht. Dat de planeet toch op de door hem berekende plaats werd aangetroffen was een grote toevalstreffer: zo’n planeet moet toch érgens staan.^[32]

Behalve aan dit rationeel-wetenschappelijke werk besteedde Newton een groot deel van zijn leven aan alchemistische, kabbalistische en theologische bezigheden.

Eigenlijk onderscheidde hij zich daarmee niet van andere belangrijke wetenschappers uit die tijd, want ook Kepler was eerder astroloog dan astronoom in de moderne betekenis, en diepgelovig waren ze vrijwel allemaal. Zo schreef Newton:

Ik heb een fundamenteel geloof in de Bijbel als Gods Woord, geschreven door hen die daartoe geïnspireerd waren. Ik bestudeer de Bijbel dagelijks. Al mijn ontdekkingen heb ik kunnen doen als antwoorden op mijn gebeden.

Net als Huygens hield Newton zich ook bezig met technische constructies, zoals een spiegeltelescoop die geen aberratie vertoont omdat er geen glas van de lenzen aan te pas komt. In zijn jonge jaren maakte hij poppenmeubels voor meisjes, een kar met handaandrijving voor de inzittenden, zonnewijzers, windmolens, een kattenluikje, vliegers met lantaarns die hij ’s nachts opliet en een heteluchtballon waarmee hij naar het schijnt de huiskat heeft laten opstijgen en verdwijnen.^[33] Aan het eind van zijn leven keek hij daarop terug met de opmerking:

Ik was als een jongen die op het strand speelt en zich vermaakt door een nog mooiere steen of schelp te vinden, terwijl de grote oceaan van de waarheid nog onontdekt aan mijn voeten lag.

Maar die overeenkomst maakt hem nog niet op alle punten vergelijkbaar met Huygens, omdat hij in tegenstelling tot de laatste niets van kunst moest hebben: hij beschouwde beroemde beeldhouwwerken als ‘stenen poppen’, zag de dichtkunst en de muziek als ‘een soort van vernuftige dwaasheden’,^[34] en als hij Georg Händel op het klavecimbel hoorde spelen was het enige wat hem boeide diens ongelooflijke vingervlugheid.^[35] Hij veronderstelde weliswaar dat de planeten bij hun beweging noodzakelijkerwijs hemelse en voor onze oren onhoorbare muziek moeten voortbrengen,^[36] en zocht naar de beste onderverdeling van het octaaf, maar dat was net als bij Descartes meer uit wiskundige dan uit muzikale interesse. Newton was kortom een genie, maar zeker geen homo universalis, zoals Da Vinci of Huygens. Hij had weer wel met Huygens gemeen dat hij, net als vele andere vooraanstaande wetenschappers uit die tijd zoals Descartes en Spinoza, weinig tot geen belangstelling had voor vrouwelijk of mannelijk schoon. Daar staat tegenover dat hij zich de aanzienlijke positie van koninklijke muntmeester verwierf, waardoor hij rijk en, wegens zijn effectieve bestrijding van valsemunterij, geridderd werd. Wel raakte hij ook weer veel geld kwijt door verkeerde financiële speculaties, en gaf daarvoor als verklaring dat het hem nog niet was gelukt ‘om de gekte van mensen te berekenen’.

Wat hier om speciale aandacht vraagt is Newtons tweede hoofdwerk: Opticks: Or a Treatise of the Reflections, Refractions, Inflections & Colours of Light (Optica, of een verhandeling over de spiegelingen, brekingen, buigingen en kleuren van het licht, kortweg Opticks), zijn wegens het controversiële karakter geregeld uitgestelde maar uiteindelijk in 1704 verschenen standaardwerk over de optica. Toen hij zijn onderzoekingen aan kleuren begon, had hij Descartes’ theorie over de met drie soorten elementaire deeltjes dichtgestapelde ruimte al terzijde geschoven en de visie van de Griekse atomisten aangenomen. Deze houdt in dat het licht zich als een stroom kleine, snelle deeltjes in een rechte lijn door de lege, hoogstens met het zeer ijle ether gevulde ruimte beweegt, waarmee hij in conflict kwam met de golftheorie van Huygens. In de basistekst houdt Newton zich over de aard van het licht zo goed mogelijk op de vlakte, en bewaart zijn speculaties over deeltjes en golven voor aanvullingen die in nieuwe edities steeds in omvang en aantal toenamen.

Zeker van belang waren zijn – in een later manuscript Of Colours (Over kleuren) opgetekende − experimenten met prisma’s, waarmee hij aantoonde dat het natuurlijke witte licht bestaat uit een optelsom van verschillende elementaire kleuren. Door een gaatje te prikken in een voor het raam gespannen zwart scherm liet hij een smalle straal zonlicht door een glazen prisma gaan, waarna hij op de tegenoverliggende wand een band van verschillende kleuren zag verschijnen.

Als hij de kleuren nogmaals door een prisma liet vallen, vond er geen verdere schifting meer plaats, waaruit hij concludeerde dat het natuurlijke witte licht bestaat uit de verschillende elementaire kleuren van de regenboog die elk een andere brekingsindex hebben, wat hij interpreteerde als verschillende grootte of snelheid van de deeltjes. Als wit licht door een lens gaat, komen de verschillende kleuren daardoor ook in een ander brandpunt samen, wat Newton zag als de oorzaak van chromatische aberratie, waarna het hem lukte een combinatie van lenzen samen te stellen waarmee het storende verschijnsel kan worden verminderd. Opmerkelijk is verder dat Newton zijn deeltjesopvatting zelf al niet consequent kon volhouden, omdat hij bij het waarnemen van zowel licht als geluid in respectievelijk het oog en het oor, de invallende deeltjes trillingen laat veroorzaken op het netvlies en het trommelvlies, die via de zenuwen aan de hersenen worden overgebracht. Hij vermoedde daarom een verband tussen licht en geluid en in het verlengde daarvan een analogie tussen muzikale harmonieën en kleuren, en hij vroeg zich met ver vooruitziende blik af of elektriciteit en magnetisme iets met elkaar en met licht van doen zouden kunnen hebben.

In 1675 schreef Newton aan de Royal Society dat hij een theorie had bedacht waarin zowel bewegende deeltjes als ethergolven een rol spelen, omdat beide opvattingen elk een deel van de verschijnselen kunnen verklaren maar geen van beide alles: de deeltjes zorgen voor de rechtlijnige voortplanting en de ethergolven zijn de oorzaak van reflectie of spiegeling. Over zijn hypothetische ethergolven schreef hij: ‘Er moet een etherisch medium bestaan dat erg op lucht lijkt, maar schaarser, ijler en elastischer is.’^[37] Het is verleidelijk om te denken dat Newton ook hiermee vooruitliep op de ontdekking van het dualistische deeltje-golfkarakter van het licht, of tenminste de argumenten daarvoor in handen had. Maar voordat James Clerk Maxwell met zijn theorie van het elektromagnetisme, Albert Einstein met het foto-elektrisch effect en Max Planck met de kwantumtheorie die cruciale stap rond de eeuwwisseling 1900 definitief zouden zetten, kreeg gedurende de achttiende en negentiende eeuw eerst Huygens’ golfinterpretatie nog de overhand door de interferentieproeven van de Engelsman Thomas Young en de Fransman Augustin Fresnel. Niet dat iedereen daarover wakker lag, want de meeste wetenschappers die zich in deze periode met de optica bezighielden konden heel goed met hun instrumenten en experimenten overweg zonder dat ze zich bekommerden om fundamentele vragen over de ware aard van het licht.

Young was een wonderkind dat op zijn tweede al kon lezen en op zijn veertiende meer dan tien talen beheerste, op zijn negentiende medicijnen en daarna natuurkunde ging studeren, als egyptoloog een bijdrage leverde aan de ontcijfering van de hiërogliefen op de steen van Rosetta, en daarnaast belangstelling toonde voor wiskunde, scheikunde en muziek, wat hem alles bij elkaar het epitheton ‘fenomeen’ opleverde. De meeste faam verwierf hij met zijn experimenten op het gebied van de optica, welk werk werd voortgezet door Fresnel die er als eerste in slaagde aan te tonen dat het licht een transversale, dat wil zeggen loodrecht op de voortplantingsrichting trillende, en niet zoals geluid een longitudinale, in de voortplantingsrichting trillende, golfbeweging is die niet alleen als een stroom deeltjes maar ook als straling moet worden opgevat.

Een karakteristieke eigenschap van klassieke deeltjes is dat ze alleen kunnen worden opgeteld als ze ergens samenkomen: één deeltje plus één deeltje geeft altijd twee deeltjes, net zoals dat bij knikkers in een putje het geval is. Golven daarentegen vertonen interferentie, wat wil zeggen dat ze el­kaar, afhankelijk van hun relatieve trillingstoestand, kunnen opzwepen of uitdoven: één golf plus één golf geeft in het extreme geval óf een twee keer zo hoge golf als ze precies tegelijk of in fase trillen, óf helemaal niets als hun trillingsfase precies tegengesteld is, in alle andere gevallen iets ertussenin. Dit verschijnsel kunnen we ook bij watergolven waarnemen als er, na het gooien van twee stenen tegelijk met enige afstand ertussen, in het oppervlak van de vijver een geribbeld patroon ontstaat van dubbele verhogingen waar de golven elkaar opzwepen, afgewisseld met gebiedjes waar het water niet van zijn plaats komt omdat de beide golfbewegingen elkaar daar precies opheffen. De experimenten van Young en Fresnel hielden in dat zij licht van een bepaalde kleur uit twee bronnen op een scherm lieten vallen en toen een patroon van afwisselend lichte en donkere lijnen zagen ontstaan, waaruit zij konden afleiden dat licht beter als interfererende stralingsgolven dan als een stroom deeltjes kan worden beschreven. Interferentie geeft ook de verklaring van de rechtlijnige voorplanting van het licht als golfverschijnsel, omdat alleen lichtstralen in de voortplantingsrichting elkaar versterken, en alle andere elkaar uitdoven. De oplossing van het deeltjes-golfdilemma was het resultaat van het werk van James Clerk Maxwell en de uiteindelijke interpretatie daarvan die door Albert Einstein werd geleverd.

Maxwell – samen met Newton en Einstein beschouwd als een van de grootste wetenschappers aller tijden − werd geboren in Edinburgh, in een gezin behorend tot de lagere Schotse adel. Zijn vroege jeugd bracht hij door op het familielandgoed Middlebie te Glenair in het graafschap Kirkcudbrightshire in de buurt van Dumfries.

Na eerst thuis van zijn moeder zijn eerste onderwijs te hebben ontvangen ging hij op zijn negende – nadat zijn moeder aan darmkanker was gestorven – naar de Edinburgh Academy. Daar kreeg hij een jaar later reeds een medaille voor zijn wiskundige werk, schreef op zijn veertiende zijn eerste wetenschappelijke artikel over de ovalen van René Descartes, stapte op zijn zestiende over naar de Universiteit van Edinburgh, op zijn negentiende naar het Trinity College in Cambridge waar hij op zijn drieëntwintigste slaagde voor zijn eindexamen in de wiskunde. En dat allemaal met de wat dommige uitdrukking op zijn gezicht die hem onder zijn vrienden de bijnaam ‘Dafty’ (suffie) opleverde.

Na een aantal jaren hoogleraarschap in de natuurfilosofie in Aberdeen werd hij hoogleraar in de natuurkunde en de astronomie bij het Londense King’s College en beleefde daar zijn productiefste tijd met de publicatie van zijn belangrijkste werk over het elektromagnetisme. In 1871 werd hij benoemd tot eerste Cavendish-hoogleraar in de experimentele natuurkunde aan de universiteit van Cambridge en mocht hij voor die gelegenheid voor zichzelf een compleet nieuw laboratorium laten bouwen en inrichten. Daar werkte hij aan een breed scala van onderwerpen, waaronder de samenstelling van de ringen van Saturnus (waarvan het bestaan pas in 1981 door opnames van de Voyager-I kon worden bevestigd) en de kleurenfotografie (wat de eerste kleurenfoto van een Schots tartan lint opleverde),

en had hij ook succes met zijn theoretische werk op het gebied van de thermodynamica. Hij leverde zijn enorme wetenschappelijke productie in betrekkelijk korte tijd, en stierf op 48-jarige leeftijd aan dezelfde ziekte als zijn moeder: een kennelijk erfelijke vorm van darmkanker. Na een kinderloos huwelijk werd hij niet ver van zijn landgoed op het kerkhofje van Parton begraven.

Een van Maxwells belangrijkste onderwerpen van studie waren elektromagnetische verschijnselen zoals licht. Hij dacht dat voor het bestaan van elektrische en magnetische velden een ijle, elastische substantie nodig was die de hele ruimte vulde en die hij in het verlengde van de bestaande traditie ‘ether’ noemde. Dat idee stelde hem in staat om, in analogie met de voortplanting van golven in water, een viertal samenhangende partiële differentiaalvergelijkingen op te stellen, waarmee hij alle toen bekende elektromagnetische verschijnselen in algebraïsche hiërogliefen adequaat kon beschrijven, en die sindsdien, naast de mechanische wetten van Newton, de tweede pijler van de klassieke natuurkunde vormen.

Wat deze vergelijkingen laten zien is hoe een veranderend elektrisch veld een veranderend magnetisch veld opwekt en dat op zijn beurt weer een veranderend elektrisch veld enzovoort, wat fysisch neerkomt op de verplaatsing van een elektromagnetische golf door de ruimte.

Tevens kwam er uit die vergelijkingen, ook tot zijn eigen verrassing, tevoorschijn dat de voortplantingssnelheid van deze golven dezelfde moet zijn als die van licht:

We kunnen nauwelijks om het idee heen dat licht bestaat uit dezelfde transversale trillingen als de elektrische en magnetische verschijnselen.^[38]

Daarmee bevestigde hij het reeds door Newton geopperde vermoeden dat elektriciteit, magnetisme en licht in één theorie zijn te verenigen. Een nog verrassender gevolgtrekking uit Maxwells vergelijkingen is dat de snelheid van de elektromagnetische golven – en dus de snelheid van licht − niet afhankelijk is van de snelheid waarmee de bron die ze uitzendt zich verplaatst, en omgekeerd dus ook niet afhankelijk van de verplaatsing van een waarnemer ten opzichte van een vaste bron. Het licht passeert iedere waarnemer met dezelfde snelheid, onafhankelijk van de snelheid van de waarnemer, wat door de natuurkundigen als zo vreemd en onwaarschijnlijk werd ervaren dat sommigen de theorie alleen daarom al als absurd verwierpen. Einstein zou een van de weinigen zijn die er enige tijd later door geïnspireerd werden tot het opstellen van zijn relativiteitstheorie.

De zeldzame schoonheid van de wiskundige vorm waarin Maxwell zijn theorie van het licht wist te gieten wekte echter voornamelijk grote bewondering, vooral bij degenen die in het wezen van het verschijnsel geïnteresseerd waren, zoals Ludwig Boltzmann die zich zelfs afgevraagd schijnt te hebben of het een God was die deze tekens voortbracht: ‘En Maxwell sprak: Er zij licht; en er was licht.’^[39] Maar een experimentator als Michael Faraday had duidelijk moeite met het begrijpen van de wiskunde en vroeg in een brief aan Maxwell of de conclusies van een wiskundige die natuurkundige oorzaken en gevolgen onderzoekt, niet even duidelijk en ondubbelzinnig in gewone taal gesteld moeten kunnen worden:

En als dat zo is, zou het dan voor mensen zoals wij dan niet een groot gemak zijn als we ze ook zodanig zouden verwoorden – als we hun hiërogliefen zo zouden vertalen dat we er bijna empirisch mee zouden kunnen werken?^[40]

Kennelijk was Faraday er niet van overtuigd dat het lezen van wiskundige vergelijkingen een eenvoudige zaak is voor wie vertrouwd is met de betekenis van de symbolen. Wie voor het eerst met een Chinese tekst uit een kinderboek te maken krijgt kan daar geen chocola van maken, terwijl ieder normaal Chinees kind van rond de drie jaar daar geen enkele moeite mee heeft, simpelweg omdat de betekenis van de tekens bekend en vertrouwd is.

Optische instrumenten

Wat Einstein aantoonde – onder meer met zijn verklaring van het foto-elektrische effect – is dat het licht niet uit deeltjes of straling bestaat, maar uit een door hem fotonen genoemd verschijnsel dat zowel deeltjes- als stralingskenmerken heeft. Het licht van Maxwell en Einstein heeft ons gebracht tot het tot op heden diepste wiskundige inzicht in zowel de macrokosmische vierdimensionale tijdruimte als de veeldimensionale kwantummechanische microkosmos, waarvan de toegangspoorten door de in essentie Hollandse kijker en de even Hollandse microscoop zijn geopend. Daarnaast zijn optische instrumenten als de camera obscura en de camera lucida van beslissende invloed geweest op de ontwikkeling van de schilderkunst.

Dat de Hollandse kijker een fundamentele ommekeer teweeg heeft gebracht wordt nog duidelijker als we letten op wat er sindsdien door het werk met zich steeds verder ontwikkelende telescopen – betere en grotere lenzen en spiegels van steeds beter glas of metaal− aan het licht is gekomen over het flonkerende en steeds sneller uitdijende heelal waarin we thuishoren en dat 13,7 miljard jaar geleden met een Big Bang op gang is gekomen. Naarmate de telescopen steeds verder weg in de ruimte – en volgens Albert Einsteins relativiteitstheorie waarin snelheid van het licht een hoofdrol speelt ook steeds verder terug in de tijd − konden kijken zijn er myriaden aan sterren, planeten- en sterrenstelsels, spiraalnevels, clusters van sterrenstelsels, muren van clusters, exoplaneten, supernova’s, gasnevels, quasars en zwarte gaten ontdekt.

De kwaliteit van de waarnemingen met optische telescopen waarmee vanaf de aarde in de ruimte kan worden gekeken blijft beperkt door de absorptie (duistere nachthemel) en fluctuaties (het twinkelen) van het zichtbare sterrenlicht veroorzaakt door de storingen van de aardatmosfeer, maar die problemen waren verholpen toen in 1990 de Hubble telescoop met een raket in een baan om de aarde buiten de atmosfeer werd gebracht en ons – na een wankel begin – sindsdien voorziet van de scherpste, helderste en fraaiste opnamen. De aanvankelijke problemen konden worden opgelost doordat Hubble zo was geconstrueerd dat er in 1993 technici met een ruimteveer naartoe konden worden gebracht om de mankementen te verhelpen. De door Hubble gefotografeerde Adelaarsnevel (M16) ‒ een kraamkamer van nieuwe sterren ‒ wordt algemeen beschouwd als de bijzonderste en fraaiste opname die er ooit van een kosmisch object is gemaakt,

en er is geen plekje in het firmament te vinden dat niet bezaaid is met hemellichamen, waarbij alleen de lichtgevende voor ons zichtbaar zijn.

Behalve met het zichtbare licht was het nu ook mogelijk om opnamen te maken in het gebied van de infrarood-, ultraviolet- en röntgenstraling – allemaal elektromagnetische verschijnselen met verschillende golflengten − omdat die nauwelijks door de aardatmosfeer worden doorgelaten.

Voor waarnemingen in het röntgengebied is in 1999 een aparte satelliet – het Chandra X-ray Observatory – in een baan om de aarde gebracht. Die laatste waarnemingen konden nog aanzienlijk worden verbeterd toen in 2009 de Herschel telescoop werd gelanceerd om het ontstaan van sterrenstelsels en de aanwezigheid van water in het heelal te bestuderen. Maar deze kon niet worden onderhouden en hield er in 2013 mee op, toen de voorraad vloeibare helium die nodig was om de detectoren te koelen was opgebruikt. Er zijn daarna nog wel een aantal gewone optische en mechanische experimenten mee uitgevoerd, voordat het apparaat met het laatste restje brandstof uit zijn baan om de aarde als ruimteschroot in een eeuwige kerkhofbaan om de zon werd gebracht. De relatief lange radiogolven uit het elektromagnetische spectrum − met golflengtes vanaf een centimeter tot enige meters − worden niet door de atmosfeer geabsorbeerd of verstoord en kunnen dan ook met enorme radiotelescopen, zoals de batterij van antennes in het Nederlandse Dwingeloo, vanaf de aarde worden bestudeerd.

Met de Hubble telescoop zijn recent de verste en dus het kortst na de oerknal gevormde sterrenstelsels waargenomen waaraan de astrofysici kunnen zien wat er zo’n 13 miljard jaar geleden aan de hand geweest moet zijn, en daarmee de oerknal tot op een kleine miljard jaar in de tijd zijn genaderd.

Om nog verder terug te gaan en beter in de wieg van het universum te kunnen kijken, werd op 25 december 2021 de James Webb telescoop in een baan om de aarde gebracht. De werkelijke beelden en de computersimulaties die er op de diverse websites van de ESA en de NASA zijn te vinden zullen er alleen nog maar fascinerender door worden. Omdat de grootste kosmische structuren die we kennen zijn opgebouwd uit de kleinste elementaire deeltjes die een minieme fractie van een seconde na de oerknal werden gevormd, komen de meest geavanceerde telescoop en de meest geavanceerde microscoop op dit onderzoeksgebied bij elkaar.

Op het gebied van de astronomie zijn Nederlandse wetenschappers – na Hans Lippershey, Jacob Metius, Zacharias Jansen en een anonymus − altijd belangrijk gebleven, tot op de dag van vandaag, al was het maar vanwege de oprichting − op voorstel van Jan Oort − in de jaren vijftig van de twintigste eeuw van de Europese organisatie voor astronomisch onderzoek ESO, die twee grote sterrenwachten in Zuid-Amerika beheert, en waarin Nederlanders voortdurend een leidende functie bekleden.^[41] Zo zeer zelfs dat de Amerikaanse astronoom Harlow Shapley ‒ tussen 1921 en 1952 hoofd van het Harvard College Observatory en de eerste die in staat was een schatting van de grootte van de Melkweg te maken ‒ eens gezegd heeft dat men in Nederland ‘tulpen en astronomen verbouwt voor de export’.^[42]

1. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 1. ↑

2. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 4.
   ↑

3. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 6. ↑

4. Novalis, De blauwe bloem; Heinrich van Ofterdingen, (Vert. Ria van Hengel), Athenaeum-Polak & Van Gennep 2006, blz. 140. ↑

5. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 6-7. ↑

6. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 16-17. ↑

7. J.D. Bernal, Sociale geschiedenis van de wetenschap 1, (vert. E. Marije, F. Oomes, H. Oosthoek), SUN 1976, blz. 196 e.v. ↑

8. J.J. Saunders, uit: H. Floris Cohen, The Scientific Revolution; A Historiographical Inquiry, The Univerity of Chicago Press 1994, blz. 409. ↑

9. Charles Seife, Zero; The Biography of a Dangerous Idea, Penguin Books 2000, blz. 74. ↑

10. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 21. ↑

11. Cyrille Offermans. Het licht der rede. De Verlichting in brieven, essays en verhalen. Contact 2000, blz. 8. ↑

12. J.D. Bernal, Sociale geschiedenis van de wetenschap, (vert. E. Marije, F. Oomes, H. Oosthoek), SUN 1976, blz. 327. ↑

13. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 27-29. ↑

14. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 32-33. ↑

15. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 34. ↑

16. William J. Croft, Under the Microscope, a Brief History of Microscopy, World Scientific Publishing Company 2006, blz. 2. ↑

17. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 39. ↑

18. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 39-40. ↑

19. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 56. ↑

20. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen; een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993. Blz. 373. ↑

21. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen; een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993, blz. 129. ↑

22. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen; een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993, blz. 84. ↑

23. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen; een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993, blz. 94.
    ↑

24. Hugh Aldersey-Williams, Een eeuw van licht. Het leven van Christiaan Huygens, (Vert. Ineke van den Elskamp, Gertjan Wallinga), Thomas Rap 2020, blz. 184. ↑

25. Hugh Aldersey-Williams, Een eeuw van licht. Het leven van Christiaan Huygens, (Vert. Ineke van den Elskamp, Gertjan Wallinga), Thomas Rap 2020, blz. 185. ↑

26. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 60-61. ↑

27. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen. Een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993, blz. 299. ↑

28. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 65-66. ↑

29. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen; een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993, blz. 129. ↑

30. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen; een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993, blz. 205. ↑

31. Cees Andriesse, Titan kan niet slapen; een biografie van Christiaan Huygens, Contact 1993, blz. 384. ↑

32. Jos Uffink, ‘Onvoorspelbaarheid in de natuurkunde’, in: Natuurkundige theo­rieën, Stu­dium Generale Universiteit Utrecht 1995. ↑

33. Marcus du Sautoy, Wat wij niet kunnen weten; waarnemingen langs de randen van onze kennis, (vert. Dijs Translations), Nieuwezijds 2017, blz. 26. ↑

34. Thimothy Ferris, Ruimte en tijd; verkenningen rond de Melkweg, (vert. George Beekman, Aaldert v.d. Boogaard, Govert Schilling), De Haan 1990, blz. 110. ↑

35. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 107. ↑

36. Jamie James, The Music of The Spheres. Music, Science and The Natural Order of The Universe, Copernicus Springer-Verlag 1993, blz. 167. ↑

37. Olivier Darrigol, A History of Optics; From Greek Antiquity to the Nineteenth Century, Oxford University Press 2012, blz. 89-90. ↑

38. Klaas Landsman, Requiem voor Newton, Contact 2005, blz. 93. ↑

39. Klaas Landsman, Requiem voor Newton, Contact 2005, blz. 91-92. ↑

40. David Bodanis, Het elektrisch universum; een geschiedenis van de elektriciteit, (vert. Robert Vernooy), Ambo 2005, blz. 65-66. ↑

41. David Baneker, De ontdekkers van de hemel. De Nederlandse sterrenkunde in de twintigste eeuw, Prometheus/Bert Bakker, 2015. ↑

42. Hugh Aldersey-Williams, Een eeuw van licht. Het leven van Christiaan Huygens, (Vert. Ineke van den Elskamp, Gertjan Wallinga), Thomas Rap 2020, blz. 413. ↑