Een Engelse auteur die een grote Nederlandse wetenschapper in de schijnwerpers zet
Christiaan Huygens (1629-1695) woonde zijn laatste jaren in de prachtige villa Hofwijck, gebouwd door zijn vader – de dichter en diplomaat Constantijn Huygens (1596-1687) – een paar kilometer ten zuidoosten van Den Haag. In dat huis voltooide hij zijn verhandelingen over de werking van licht en van zwaartekracht, zette hij zijn telescopen op en speculeerde hij over leven op andere planeten. Christiaan Huygens was de grootste wetenschapper in het Europa van de zeventiende eeuw. Hij was een maker, een waarnemer en een denker en hij leverde een cruciale bijdrage aan de astronomie, optica en mechanica. Hij legde de grondslagen voor de moderne wetenschap en was in zijn theorieën zijn tijd en tijdgenoten ver vooruit.
De Britse auteur en journalist Hugh Aldersey-Williams vertelt in Een eeuw van licht het verhaal van een van Nederlands belangrijkste maar onderschatte wetenschappers. Met die biografie neemt hij de lezer mee op reis door Huygens tijd en reconstrueert aan de hand van het werk van Huygens het ontstaan van de moderne wetenschap in Europa. Aldersey-Williams zet Huygens naast Newton neer als de twee grote wetenschappers van de zeventiende eeuw. Hij pluist het archief door en maakt er een interessante geschiedschrijving van. Op het eerste gezicht zou je kunnen denken dat een boek van ruim 400 pagina’s over het leven van een wetenschapper die meer dan 300 jaar dood is, niet de moeite waard is. Niets is minder waar. Aldersey-Williams begint bij het begin, namelijk bij zijn ouders en grootouders.
De schrijver vertelt over de Republiek der Zeven Verenigde Nederlanden en het secretariaat dat Huygens voor de raadspensionaris en stadhouders van Oranje verzorgde. Over Christiaan Huygens die ingenieur, wiskundige en wetenschapper tegelijkertijd was. Eenmaal begonnen met lezen, wist ik dat het boek de moeite waard was. Bijgaand enkele herinneringen uit het boek die ik in dit bericht deel. De biografie speelt zich voornamelijk af in de Republiek der Zeven Verenigde Nederlanden (Voorburg, Leiden, Den Haag), Frankrijk (Parijs) en Engeland (Londen). In dit bericht haal ik enkele zinssneden en afbeeldingen uit het boek, uitgegeven voor Thomas Rap, aan.
Zand, licht en glas
In het eerste hoofdstuk over zand, licht en glas start de auteur met Simon Stevin. Een uit Brugge gevluchte Vlaming die op drieëndertigjarige leeftijd in Leiden op grote schaal gaat publiceren. Boeken over rekenkunde, meetkunde, boekhouden, mechanica en hydrostatica. Hij heeft zoveel goede ideeën dat hij de opdracht krijgt om de grens met de Spaanse Nederlanden op indrukwekkende wijze te versterken met vestingen omgeven door met water gevulde grachten. Stevin geeft andere namen aan de wetenschappen, die kenmerkend zijn voor het Nederlands en los van enige bijbetekenis aangeven waar het vak om gaat. Natuurkunde gaat over leer van de natuurwetten. Scheikunde over de kunde van het scheiden van stoffen. Sterrenkunde gaat echt alleen over sterren en niet over astrologie. Wetenschap moet praktisch zijn. Hij schrijft in het Nederlands en niet in het Latijn. Net als Stevin gaat het Huygens om het praktische nut van het werk. Gegrond in wiskundige methoden op de grens tussen mechanica, meetkunde en optica. In de zeventiende eeuw wordt het slijpen van lenzen verbeterd.
Het glas is van betere kwaliteit en de lenzen zelf. Dit stelt wetenschappers in staat om afstanden met behulp van driehoeksmeting te bepalen en zodoende zelfs een benadering te maken voor de omtrek van de aarde. Snel(lius) van Royen vindt de brekingswet uit waarmee de verhouding kan worden berekend tussen de fasesnelheid van licht in vacuüm c en de fasesnelheid v van licht in dat medium. Christiaan Huygens verwerkt deze wet weer verder in zijn leer over de optica.
Zijn vader Constantijn Huygens staat bekend als een van de grootste dichters uit de Gouden Eeuw. Hij was tevens secretaris van twee prinsen van Oranje: Frederik Hendrik en Willem II. In Voorburg liet hij het nog steeds bestaande buiten Hofwijck bouwen, bedoeld om even bij te kunnen komen van de Haagse politiek. Constantijn Huygens bespeelde verschillende instrumenten (luit, gitaar, viola da gamba en klavecimbel) waarvoor hij een groot aantal werken schreef. Muziek vond hij belangrijker dan zijn letterkundige werken, die hij volgens eigen zeggen in zijn weinige vrije tijd schreef. Daarnaast was hij dichter. Aldersey-Williams citeert in het boek vele gedichten van de hand van Constantijn. Poëzie was een manier om humoristisch te zijn, om boodschappen in bedekte termen over te brengen en om het hof te maken. Het oud-Nederlands is niet altijd makkelijk om te lezen, maar vermakelijk is het wel. Ook de toespelingen op seksualiteit zouden nu niet misstaan. Constantijn Huygens deelt een graf met zijn zoon Christiaan in de Grote Kerk in Den Haag.
Huygens komt in contact met René Descartes. Deze gelooft in de kracht van het baconiaanse wetenschappelijke redeneren en experimenteren. Dat komt goed van pas bij het slijpen van lenzen, waarbij een hyperbool als vorm benodigd is. Met hulp van een leraar van Huygens (Van Schooten) is de tekening weliswaar wiskundig correct maar de uiteindelijke lens levert geen helder beeld op. Waar het om gaat, is dat het begin zeventiende eeuw nog moeilijk was om wetenschap en geloof uit elkaar te trekken. Galilei stond in Italië terecht vanwege ketterij. Descartes was een baken van het rationalisme die stelt dat de rede de enige bron van kennis is. Constantijn Huygens helpt Descartes om zijn werk Discours in Frankrijk te publiceren met behulp van zijn diplomatieke onschendbaarheid. Een Nederlander helpt een Franse filosoof om in Frankrijk zijn werken uit te geven. In Holland kan Descartes in vrijheid werken en publiceren en zijn cartesiaanse manier van denken naar voren brengen. De ontwikkelde burgerij van Holland was bereid om te helpen bij het verspreiden van nieuwe ideeën en Constantijn Huygens hielp hierbij. Ook zijn zoon Christiaan Huygens wordt geschaard onder de cartesianen hoewel deze zich daar zelf tegen afzette.
Constantijn Huygens had een groot netwerk met buitenlandse contacten. Zo onderhield hij contact met Mersenne, een Frans priester, filosoof en wiskundige. Deze gaf wiskundige problemen mee aan de zonen van Constantijn, die al gauw, in het bijzonder Christiaan, begonnen op te vallen door de wiskundige oplossingen die zij bedachten.
Omkeringen en botsingen
Huygens breidt de botsingstheorie uit door niet zozeer naar het ene of andere lichaam te kijken, maar het zwaartepunt van het hele systeem als uitgangspunt te nemen. De hoeveelheid ‘beweging’, ofwel kinetische energie van het systeem, blijft behouden. Hij formuleerde al in algebraïsche termen, doch uiteindelijk geeft hij bij het uitschrijven van zijn wetenschappelijke beweringen de voorkeur aan meetkundige methoden. Later in 1652 gaat Huygens nadenken over lenzen. Hij meet de brekingsindex van verschillende glazen en wateren zo nauwkeurig als hij kan. Hij is vooral geïnteresseerd in de praktische aspecten van de telescoop. Daarbij past hij toe of breidt hij de wiskunde zelfs uit maar laat hij na deze te publiceren. Hij had namelijk sommige aspecten van de breking van het licht kunnen verklaren voordat latere werken over de optica van Engelse wiskundigen zouden verschijnen. Het slijpen van steeds betere lenzen is voor Christiaan en zijn broer Constantijn een waar tijdverdrijf. Hun ambitie is om verder te kunnen kijken dan tot dan toe met de telescopen mogelijk was. Het vakmanschap in combinatie met de wil om nauwgezette, kloppende wiskundige verklaringen te geven maakte van Huygens een wetenschapper die uniek was. Hij was geen kamergeleerde. Hij was uitvinder, lenzenslijper, sterrenkundige, natuurkundige en wiskundige in een. En niet te vergeten kon hij ook gedichten schrijven.
Saturnus
In de zeventiende eeuw was Saturnus de verst bekende planeet in het zonnestelsel. Bij Saturnus was iets vreemds aan de hand. De afmetingen en de helderheid leken te veranderen om de zoveel tijd. Huygens ontdekte in 1655 twee objecten in de nabijheid van de planeet. Uiteindelijk stelt hij vast dat er een maan om Saturnus heen draait, die later Titan zal worden genoemd. Zijn ontdekking legt hij vast in een brief aan de Engelse wiskundige John Wallis, in de vorm van een anagram. In de jaren die volgen verblijft Huygens vaak in Parijs. Hij bouwt aan een netwerk van contacten met Franse wiskundige en wetenschappers.
Terwijl hij in de lange winternachten van Den Haag door zijn telescoop tuurt, merkt hij op dat de heldere uitsteeksels van Saturnus verdwenen zijn. Daardoor is de hemel donkerder rondom Saturnus waardoor hij beter de maan van de planeet kan zien. Er werden allerlei theorieën geopperd over de verklaring waarom de vorm van de planeet steeds verandert. Huygens stelt, op grond van de geleidelijke manier waarop de waargenomen vorm verandert, dat de planeet als geheel een symmetrisch lichaam moet zijn, en dat zijn baan en rotatie zodanig zijn dat er op verschillende momenten een andere gestalte aan waarnemers op aarde wordt gepresenteerd. Het symmetrische element is volgens hem een ring, enigszins hellend ten opzichte van de ecliptica (het baanvlak van de aarde met de zon).
Volgens de logica van Huygens moet datgene wat Saturnus vergezelt symmetrisch zijn rond de omwentelingsas van de planeet, want er waren geen onregelmatigheden in de omwentelingstijd waargenomen. Daardoor zijn hengsels uit te sluiten. Huygens’ ring van Saturnus is niet alleen een wetenschappelijke waarneming maar ook een wiskundige deductie. In zijn bewijsvoering Systema Saturnium levert hij bewijs dat de ring om de veertienenhalf jaar exact in zijaanzicht wordt waargenomen en daardoor vrijwel uit het zicht verdwijnt. Met dit gegeven en andere kennis van het zonnestelsel kan Huygens een kalender opstellen waarin nauwkeurig wordt aangegeven wanneer de ring het helderst zal zijn en wanneer hij niet meer zichtbaar is.
Tijd en verandering
In 1627 looft de Staten-Generaal der Nederlanden een prijs uit voor een uurwerk dat gebruikt kan worden om de lengtegraad op zee te bepalen. Galilei raakt geïnteresseerd en via een wederzijdse vriend komt Galilei in contact met Constantijn Huygens, de vader van Christiaan. Galilei experimenteert met een slinger. Huygens is eveneens geïnteresseerd in de tijdwaarneming vanwege zijn werk in de astronomie. Hij heeft veel praktische ervaring met machines en een goede kennis van mechanica. De synthese van deze vaardigheden begon overigens al toen Huygens uitgedaagd werd door Mersenne in zijn tienerjaren, zoals hiervoor aangegeven.
Een basaal uurwerk heeft twee dingen nodig: een manier om de tijd weer te geven en een middel om die tijdweergave in het juiste tempo te veranderen. Galilei had ontdekt dat een slinger heen en weer slingert met een constante slingertijd die afhangt van de lengte van de slinger maar praktisch onafhankelijk is van de amplitude van de uitwijking. Er waren enkele problemen verbonden aan een slingeruurwerk. Bij een grote uitwijking wordt de slingertijd (toch) iets langer. Er is luchtweerstand waardoor de slinger iets aan energie verliest. Huygens lost deze problemen nagenoeg op. Zijn ontwerp is tot op een paar seconden per dag nauwkeurig. Door gebogen wangen toe te voegen aan het slingeruurwerk kan de lengte van de slinger op het uiterste punt worden ingekort waardoor de isochronie van de slinger en de nauwkeurigheid van de tijdmeting verbeterd worden. Een andere prioriteit in verband met slingers en vallende objecten was het bepalen van de waarde van de versnelling door de zwaartekracht. Die versnelling werd in die tijd door natuurfilosofen doorgaans niet als een constante gezien. Huygens slaagt erin om de afstand te meten met behulp van een speciale kegelslinger waarmee hij uitkomt op veertien voet, een maatstaf die overeenkomt met 9,8 m/s2. Met deze vindingen werd het mogelijk om de positie (lengtegraad) op zee te kunnen bepalen.
Licht en zwaartekracht
In 1663 bezocht Huygens Parijs en Londen. De Royal Society benoemde hem tot lid in 1663. In 1666 verhuisde Huygens naar Parijs, waar hij benoemd was tot onderzoeksdirecteur bij de Franse Academie van Wetenschappen (Académie des sciences), opgericht door Jean-Baptiste Colbert om Frankrijk tot het middelpunt van cultuur en wetenschappelijk onderzoek te maken. Huygens kreeg een appartement in de bibliotheek tot zijn beschikking waar ook de zittingen plaatsvonden van het geleerde gezelschap. Huygens onderkende het belang van het kunnen herhalen van experimentele resultaten om wetenschappelijke feiten te staven.
Huygens is vooral bekend geworden door zijn golftheorie van het licht in zijn Traité de la lumière (1690). De latere theorie van Isaac Newton in zijn Opticks (1704) ging hier tegenin: hij verklaarde weerkaatsing, breking en interferentie van licht juist met lichtdeeltjes (zie: Dualiteit van golven en deeltjes). De experimenten van Thomas Young met interferentie in 1801 konden niet met deeltjes worden verklaard, maar wel met Huygens’ golftheorie.
Zo noemt Aldersey-Williams nog meer wapenfeiten van Huygens die toen of later als baanbrekend kunnen worden beschouwd. Een wetenschapper die onterecht in de schaduw van Netwon is gezet, maar eigenlijk op één voet stond met hem. Het boek is een uitgebreide biografie van het leven Christiaan Huygens in de context van een ontluikende wetenschap. Soms is het even doorbijten om door het boek heen te komen omdat een veelheid aan invalshoeken door Aldersey-Williams gepresenteerd. Dan komt een oud-Nederlands gedicht voorbij, dan een anekdote die los lijkt te staan van het levensverhaal, dan terug naar de Hofwijck in Voorburg, dan weer Parijs om vervolgens te belanden bij de Hollandse luchten. Maar goed, dat is allemaal nodig om de tijdgeest van de tweede helft in de zeventiende eeuw te vatten. Het originele boek is gepubliceerd in het Engels onder de titel ‘Dutch Light’.