1873: De tooverstaf van de natuurkunde

Geboren en getogen Leidenaar Johannes van der Waals mocht eerst niet studeren aan deze universiteit. Later zou hij een Nobelprijs winnen, en de basis leggen voor een andere.

Op die zwarte bordjes van de Leidse ontdekkingen-route valt soms best wat aan te merken. Zo had wiskundige Simon Stevin een heel andere manier om de decimale breuken (overigens geen Leidse maar een Arabische ontdekking) weer te geven dan er op het bordje aan het Rapenburg staat. Als je Philip-Franz von Siebold al als de ‘ontdekker’ van de Japanse cultuur wilt beschouwen, deed hij die ontdekking toch zeker in Japan en niet in het Sieboldhuis. En niet elk bordje staat op de juiste plaats; zo is het bordje dat wijst op het geboortehuis van Johannes Diderik van der Waals (Janvossensteeg 30) strategisch neergezet op de hoek met de Haarlemmerstraat, vermoedelijk om de zichtbaarheid te vergroten.

Het moet gezegd: dat bordje is al een hele verbetering, want daarvoor stond er helemaal niets om Leiden te wijzen op een van de grootste wetenschappers die deze stad heeft voortgebracht. Voor allerlei grote wetenschappers die deze stad hebben aangedaan - Descartes, Linnaeus, Steno, Huygens, Einstein, Van ’t Hoff, Spinoza, de gebroeders Tinbergen - was Leiden een tussenstation, maar de toestandsvergelijking van Van der Waals, waar hij later de Nobelprijs voor zou krijgen, die is van hier. De stichting die over de Leidse Muurformules gaat, is hard op zoek naar een geschikte muur.

De beroemde natuurkundige James Clerk Maxwell was danig onder de indruk van het proefschrift waarop Van der Waals op 14 juni 1873 promoveerde: ‘Het zal zeker meer dan één belangstellende ertoe brengen om de Nederlandse taal, waarin het geschreven is, te gaan bestuderen.’ Voor wie dat toch net iets teveel moeite vond, was er goed nieuws: het proefschrift werd vertaald in het Frans, Duits en Engels, en een Amsterdamse boekhandelaar klaagde dat hij niet kon voldoen aan de grote internationale vraag naar de verschillende versies van Over de continuïteit van den gas- en vloeistoftoestand.

Wetswijziging
Van der Waals heeft hard moeten werken om tot dat proefschrift te komen. Wegens geldgebrek kon hij niet naar het gymnasium, en de universiteit was niet toegankelijk voor wie de klassieke talen niet beheerste. Hij volgde wel vakken bij wis- en natuurkunde, maar kon pas na een wetswijziging afstuderen. Dat deed hij magna cum laude. Daarna kon hij aan het promotiewerk beginnen. Hij was 35 toen hij klaar was.

Die ‘toestanden’ uit de titel is wat we nu vaker de ‘fase’ van een stof noemen. Iets kan bijvoorbeeld een vaste stof zijn, of een vloeistof, of een gas. Wat Van der Waals rekenkundig wist te onderbouwen, is dat er geen wezenlijk verschil is tussen een vloeistof en een gas: het zijn dezelfde moleculen, alleen bewegen ze in gasvorm sneller langs elkaar heen. Dat zulke moleculen echt bestaan en niet een mathematisch verzinsel waren, was in zijn tijd nog verre van duidelijk. Van der Waals wist dat niet alleen aannemelijk te maken; hij voorspelde ook voor een aantal stoffen hoe groot de moleculen waren, en over welke afstand de moleculaire krachten (die we nu de Vanderwaalskrachten noemen) werken. Die voorspellingen bleken later behoorlijk te kloppen.

Zijn toestandvergelijking verklaart waarom stoffen bij een bepaalde temperatuur en druk ineens condenseren of verdampen; dat was daarvoor onduidelijk. De praktische toepasbaarheid van zijn formules vormde voor veel van Van der Waals collega’s het bewijs dat moleculen bestaan, al gaf hij zelf later toe daar nog lang aan getwijfeld te hebben: ‘Is het molecuul niet toch, uiteindelijk, een hersenspinsel?’ Neen, zo concludeerde hij in zijn lezing bij het ontvangen van de Nobelprijs, in 1910.

Hoogleraar
Al snel na zijn promotie werd Van der Waals de eerste hoogleraar natuurkunde in Amsterdam (na zijn pensioen zou hij terugkeren naar de Rijksuniversiteit Leiden, als curator). Als in 1881 zijn vrouw Anna Magdalena Smit – een oud-leerlinge van hem uit de tijd dat hij hbs-docent was – op 34-jarige leeftijd overlijdt, is Van der Waals ontroostbaar. Jarenlang blijven de gordijnen van zijn huis in de P.C. Hooftstraat gesloten. Zijn goede vriend Heike Kamerlingh Onnes moet jarenlang aandringen voordat Van der Waals weer eens een publicatie schrijft.

Ook bij de studenten waar hij niet mee trouwde was hij populair. ‘Bij zijn binnenkome na de groote vakantie zijn wij als eerste jaar’s studenten den grooten man met spanning af te wachten’, schreef een van hen. ‘Een oorverdoovend, donderend en toch plechtig applaudiseeren (…) waaraan zijn leerlingen toch heusch behoefte hadden gevoeld.’

Van der Waals bleef zijn hele leven verder sleutelen aan zijn toestandsvergelijking. ‘Eigenlijk achtervolgt deze vraag mij voortdurend. Ik kom er niet los van, zelfs niet in mijn dromen’, zei hij bij de Nobelprijsuitreiking.
Het praktisch werk van de Leidse fysicus Kamerlingh Onnes leunde sterk op de theoretische onderbouwing van Van der Waals. ‘De denkbeelden van Van der Waals zijn in het laboratorium in Leiden steeds beschouwd als een tooverstaf om experimenteel nauwkeurigheidswerk te wekken’, schreef Onnes in 1923. Hij had toen al tien jaar zijn eigen Nobelprijs op zak, voor het vloeibaar maken van helium.
Bart Braun

Deel dit bericht:

Voorpagina

Achtergrond

1575: Wie was Willem?

Willem van Oranje stichtte in 1575 de Universiteit Leiden. Wie was deze prins en wat …

Wetenschap

Studentenleven

English page