21 Christiaan Huygens

1629-1695

De nieuwe wetenschap

Aan de beweringen van de schrijvers uit het oude Griekenland en Rome was eeuwenlang niet getwijfeld. Maar de reizen van de ontdekkingsreizigers in de tweede helft van de 15de en de 16de eeuw toonden aan dat de wereld er heel anders uitzag dan men altijd had gedacht. Copernicus stelde al in de 16de eeuw dat de aarde om de zon draait en een gewone planeet is. Het menselijk lichaam zag er bij nuchter anatomisch onderzoek heel anders uit dan de oude Grieken, op grond van het ontleden van het lijkje van één aapje, vroeger beweerd hadden, en ook allerlei andere autoriteiten bleken de werkelijkheid volkomen verkeerd gezien te hebben. In het begin van de 17de eeuw was de tijd rijp voor een grondige heroriëntering op de wereld om ons heen.

In de Republiek der Zeven Verenigde Provinciën heerste in die tijd een sfeer van (betrekkelijke) vrijheid van geloof en geweten, die meer ruimte bood voor nieuwe ideeën dan in de omringende landen. Dat vormde een vruchtbare voedingsbodem voor de ontplooiing van nieuwsgierige mensen met een oorspronkelijke kijk op de wereld. Zulke mensen waren er ook al wel in Frankrijk, Duitsland en Engeland, maar in de Republiek waren het er opmerkelijk veel in een betrekkelijk korte periode. Om die reden leefde en werkte de filosoof René Descartes twintig jaar lang in Nederland, maar er waren vooral veel onderzoekers en wetenschappers van eigen bodem, onder wie vier die wereldberoemd werden. Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723) maakte veel betere microscopen dan voordien gebruikt werden en toonde aan dat in ogenschijnlijk helder water zeer kleine diertjes en plantjes leefden. Hij is de ontdekker van de bacteriën, ontdekte de functie van de zaadcel van de man, en beschreef voor het eerst de dwarse streping van spiervezels. Jan Swammerdam (1637-1680) ontleedde insecten en andere kleine dieren en opende de ogen van zijn tijdgenoten voor de ingewikkelde structuur van altijd als minderwaardige beestjes beschouwde dieren. Simon Stevin (1548-1620) is nog steeds bekend als de uitvinder van de zeilwagen, maar zijn werk als wiskundige, vestingbouwer en natuurkundige is veel belangrijker geweest. En de grootste van alle wetenschappers van die tijd was Christiaan Huygens (1629-1695).

In de 17de eeuw waren wetenschappers vaak óf rationalistisch georiënteerd (kennis moet worden verworven door redelijk na te denken, zoals Descartes stelde), óf empirisch (alleen door ervaring verworven kennis is betrouwbaar). Inductief denken (als dit of dat gebeurt, valt dat misschien zó te verklaren) stond vaak tegenover deductief denken (als dit of dat logisch lijkt, dan zou zus of zo het gevolg moeten zijn). Christiaan Huygens combineerde beide methoden van waarheidsvinding en was daarmee een van de weinigen van zijn tijd die de moderne wetenschappelijke instelling bezat. Hierin verschilde hij dus van mening met Descartes, met wie hij wèl gemeen had dat hij vond dat alle natuurverschijnselen met de hulp van de mechanica verklaard moesten kunnen worden.

Christiaan, die op 14 april 1629 in Den Haag geboren werd als tweede zoon van de staatsman-dichter Constantijn Huygens, groeide op in een milieu waar kunst, wetenschap en literatuur een grote rol speelden. Zijn moeder overleed toen hij 8 jaar was. De vijf kinderen werden daarna opgevoed door een nicht, het onderwijs werd verzorgd door gouverneurs. Christiaan blonk uit in alle vakken (rekenen, muziek, Latijn, Grieks, Frans, Italiaans, logica, dansen, paardrijden), sprak op zijn negende al vlot Latijn en bespeelde al op jonge leeftijd verschillende muziekinstrumenten. Maar het was de wiskunde waarin hij bij uitstek zijn begaafdheid toonde en zijn vader liet hem daar extra les in geven.

Huygens op latere leeftijd. Portret van Bernard Vaillant, 1686.

Constantijn Huygens had zijn twee oudste zoons voorbestemd voor de diplomatie en stuurde hen naar Leiden om rechten te studeren. Maar Christiaan werd meer geboeid door de wiskundecolleges van Frans van Schooten, een volgeling van René Descartes. Christiaan was nog te jong toen Descartes regelmatig bij zijn vader op bezoek kwam en heeft hem dus niet ontmoet. Maar op 15-jarige leeftijd las hij Descartes’ boek Principia Philosophiae (1644) en was geïmponeerd door het grote aantal fenomenen en verschijnselen die door Descartes verklaard konden worden. Hij zou levenslang onder zijn invloed blijven staan.

Christiaan heeft de studie rechten nooit afgemaakt, het bleef de wiskunde die hem boeide. In 1651 publiceerde hij een werk over de kwadratuur van de cirkel, dat zoveel indruk maakte dat zijn reputatie als wiskundige in één klap gevestigd was. Het vraagstuk, hoe een vierkant geconstrueerd kon worden met hetzelfde oppervlak als een gegeven cirkel, was al in de vroege oudheid een uitdaging voor wiskundigen. Het is niet op te lossen met passer en lineaal, maar kan alleen bij benadering worden opgelost.

Voor de niet goed wiskundig onderlegde lezer is dat boek buitengewoon moeilijk om te begrijpen. Eenvoudiger was het onderzoek dat hij in de hierop volgende periode ging verrichten. Het inzicht in botsingsverschijnselen was in zijn tijd gering. Descartes had in 1647 zeven regels opgesteld over het gedrag van twee volkomen harde lichamen die met elkaar in botsing komen, maar zijn op theorie gebaseerde regels bleken soms volledig in tegenspraak met de realiteit als ze experimenteel werden getoetst. Huygens begreep dat dat kwam omdat snelheid een relatief begrip is en niet zoals Descartes meende een absolute eigenschap van iets. Iets beweegt wel, maar ten opzichte van wat? Alles wat op aarde stilstaat, beweegt ten opzichte van de zon. Daarom zal een botsing tussen twee metalen bollen die door een langsvarende man worden vastgehouden bij verschillende snelheden van de boot, door iemand op de wal op verschillende manieren worden waargenomen.

Van meer praktische aard waren Huygens’ studies over de optica. In 1653 schreef hij Tractatus de Refractione et Telescopiis. Zijn doel was, de in zijn tijd gebruikte telescopen te verbeteren. Hij sleep daartoe (samen met zijn broer Constantijn) zijn eigen lenzen en ontwierp een oculair (oogstuk) dat uit twee lenzen bestond. Zelfs nu wordt dat ‘Huygens-oculair’ nog steeds gebruikt. Met deze telescoop ontdekte hij de maan Titan van Saturnus en toonde hij aan dat de merkwaardige ‘armen’ van die planeet in feite ringen zijn.

Slingeruurwerken naar een ontwerp van Christiaan Huygens. (1e afb.) Haagse klok uit circa 1660 van Severijn Oosterwijck.

(2e afb.) Pendule religieuse uit circa 1680 van Philippe Godde uit Parijs.

De ontmoeting met andere wetenschappers in Parijs wekte zijn belangstelling voor de kansberekening. Zijn Tractaat handelende van Reeckening in Speelen van Geluck verscheen in 1660 (en al in 1657 in het Latijn) en daarmee legde hij de grondslag voor de moderne waarschijnlijkheidsrekening. Terug in Nederland, in september 1655, begon hij aan een nieuw onderzoeksgebied: het ontwerpen van een nauwkeurig lopende klok. Dat was van goot belang omdat een exacte bepaling van de positie van een schip op zee ter ooster- of westerlengte niet mogelijk was zonder exacte tijdmeting. Zandlopers waren veel te onbetrouwbaar. Huygens ontwierp een slingeruurwerk, maar moest constateren dat deze uitvinding op een slingerend en stampend schip ook niet goed genoeg werkte. Op het vasteland was zijn vinding wel bruikbaar en al snel werd menige kerktoren ervan voorzien. Niet alleen in het dagelijkse leven had deze uitvinding veel invloed, maar ook in de wetenschap, zoals in de astronomie waar exacte tijdmeting van essentieel belang is. Voor Huygens zelf leverde zijn onderzoek naar de werking van klokken menig nieuw gezichtspunt op over de mechanica en de zuivere wiskunde. In 1657 ontwierp hij een klok waarin een ‘onrust’ (een heen-en-weergaand wieltje dat in plaats van een slinger de gang van het uurwerk regelt) en een spiraalveer in plaats van een slinger voor de aandrijving zorgden, maar pas na zijn dood leidde dat tot een werkelijk ook op zee goed functionerende klok.

Huygens werd door zijn werk beroemd tot ver buiten de grenzen van ons land. In 1663 werd hij opgenomen in de Royal Society van Londen, hij bezocht enkele malen Parijs en koning Lodewijk xiv verleende hem in 1664 een uitkering. Hij werd door de Franse eerste minister Colbert uitgenodigd voor een leidende positie binnen een op te richten Académie des sciences te Parijs. Die functie bekleedde hij van 1666 tot 1681. Alleen van 1670-71 en van 1676-78 was hij weer in Nederland om te herstellen van een ernstige ziekte. Over zijn ziekte is niet meer bekend dan dat die gepaard ging met perioden van neerslachtigheid en dat hij ook perioden meemaakte waarin hij grofgebekt en godslasterlijk tierde. Overigens moet Huygens een vriendelijke man geweest zijn, die in staat was goede vrienden te blijven met wetenschappers waarmee hij van mening verschilde en niet, zoals Descartes, vond dat aan zijn ideeën niet getwijfeld mocht worden. Hij ging graag naar concerten en het theater en heeft vermoedelijk diverse relaties gehad met jonge dames uit zijn omgeving. Bepaald niet het prototype van de kamergeleerde. Hij had het moeilijk met het feit dat hij als door en door rationeel ingesteld mens niet kon geloven in een alles leidend Opperwezen.

Huygens’ verblijf in Parijs was voor hem buitengewoon vruchtbaar als gevolg van de stimulerende contacten met andere wetenschappers en de grote waardering die hij ondervond. Zijn belangrijkste werken zijn in die tijd geschreven. Dat waren Horologium Oscillatorium en Traité de la Lumière. In het eerstgenoemde boek beschreef hij de resultaten van zijn onderzoek van slingeruurwerken (sommige louter wiskundig, andere vooral technisch van aard). In het tweede boek zette hij een geheel nieuwe theorie van het licht uiteen. Hij verklaarde daarmee verschijnselen als terugkaatsing en de gewone breking van het licht en ook het verschijnsel van de dubbele breking van licht als dat op bepaalde kristallen valt. Net als Descartes stelde hij zich de ogenschijnlijk lege ruimte voor als gevuld met zeer kleine etherdeeltjes die tegen elkaar aanliggen. Volgens zijn eigen botsingswetten kon het stralen van een lichtbron verklaard worden als het effect van het in beweging brengen van deeltjes bij die lichtbron, die daarna elk opnieuw de deeltjes die ertegenaan liggen in beweging brengen. In wezen is dat te vergelijken met de manier waarop geluid wordt voort geleid door trilling van luchtdeeltjes. Zijn theorie komt al aardig in de buurt van de golftheorie van licht, waarbij men ervan uitgaat dat van een rond een lichtbron uitdijende lichtgolf elk onderdeel zelf bron is van nieuwe, secundaire lichtgolven. Huygens’ theorie werd na korte tijd vervangen door Newtons theorie van het licht: die stelde zich een stroom deeltjes voor in een overigens lege ruimte. Newton meende in tegenstelling tot Huygens dat kracht en beweging wel degelijk konden worden doorgegeven zonder direct contact tussen een beweger en iets dat bewogen wordt. Het zou tot eind 19de eeuw duren voordat in de kwantummechanica de twee theorieën verenigd werden. Tegenwoordig gaan we ervan uit dat licht zowel eigenschappen van golven als van deeltjes heeft.

In 1672 viel Huygens’ beschermheer Lodewijk xiv ons land binnen, samen met koning Karel ii van Engeland en twee Duitse vorsten. Het is Huygens zeer kwalijk genomen dat hij toen niet terugging naar Nederland maar rustig verder bleef werken in Parijs. Voor hem was wetenschappelijk werk belangrijker dan het maken van een gebaar van loyaliteit. Toch bleef hij welkom als hij weer naar Nederland kwam, zoals in 1781 toen hij voor de derde keer ernstig ziek werd. Weer hersteld, wilde hij in 1683 teruggaan naar Parijs maar daar wilde men hem toen niet meer hebben. In dat jaar was Colbert overleden, waarna een sfeer van religieuze intolerantie ontstond. Dat voor Huygens in Frankrijk geen plaats meer was kan overigens ook het gevolg geweest zijn van rivaliteit binnen de Académie. Huygens bleef dus in Nederland, waar hij met zijn vader samenwoonde tot die in 1687 overleed. Daarna ging hij alleen wonen, in de buitenplaats Hofwijck, een van de familiebezittingen. Daar experimenteerde hij verder met allerlei soorten klokken, in de hoop er een te kunnen ontwikkelen die op zee gebruikt kon worden. Hij maakte nog een keer een grote reis: in de zomer van 1689 ging hij naar Engeland. Daar heeft hij Isaac Newton ontmoet, een man met wie hij op veel punten fundamenteel van mening verschilde. Helaas is niets bekend van de gesprekken die de twee wetenschappers gevoerd hebben.

Hofwijck, buitenverblijf van de familie Huygens. Tekening van I. de Moucheron (1670-1744).

Waaraan Christiaan Huygens op 8 juli 1695 is overleden, is niet bekend. Hij was met zijn 66 levensjaren oud voor zijn tijd, en leed aan verschillende kwalen. Hij werd begraven in het familiegraf in de Sint Jacobskerk te Den Haag. Tegen die tijd waren geleerden als Isaac Newton (1643-1727) en Gotfried von Leibnitz (1646-1716) hem voorbijgestreefd als leidinggevende wetenschappers, maar hij was toch lange tijd de belangrijkste onderzoeker in de natuurkunde geweest. In onze tijd is hij veel minder bekend dan men op grond van zijn prestaties zou verwachten. Een reden daarvoor is, dat hij zo perfectionistisch was dat hij pas iets publiceerde als hij vond dat het niet meer beter geformuleerd kon worden. Ook vond hij zijn eigen ontdekkingen vaak onvoldoende belangrijk en maakte hij geen tijd vrij om erover te publiceren. Een andere reden is, dat hetgeen hij wèl gepubliceerd heeft, buitengewoon ingewikkelde wiskundige berekeningen bevatte. In zijn tijd waren differentiaal- en integraalberekeningen nog niet bekend en die zijn nodig om op een min of meer eenvoudige manier cirkels en andere kegelsneden te bestuderen, en veranderlijke grootheden zoals de snelheid van de slinger van een klok te beschrijven. Op het eind van zijn leven heeft Huygens deze nieuwe vorm van wiskunde wel bestudeerd en erover gecorrespondeerd met Leibnitz, die min of meer tegelijk en samen met Newton deze wiskundevorm ontwikkelde in het laatste kwart van de 17de eeuw. Maar in zijn belangrijkste boek, over klokken, kon hij er nog geen gebruik van maken.