De Gids. Jaargang 71

[p. 303]

Het licht en de bouw der materie.¹⁾

Onder de hulpmiddelen die de natuurkunde den medici en biologen verschaft heeft, mag het mikroskoop bovenaan worden gesteld; elke verbetering hiervan heeft een oogst van nieuwe ontdekkingen ten gevolge gehad, en door de grens waartoe het vermogen van het mikroskoop kan worden opgevoerd, wordt in menig biologisch onderzoek het bereikbare aangegeven. Het zal daarom, naar ik hoop, aan het doel dezer vergadering beantwoorden, wanneer ik u verzoek, uwe aandacht te mogen bepalen bij de laatste uitbreidingen van het veld van mikroskopisch onderzoek; eenige opmerkingen over de beteekenis van optische verschijnselen voor ons inzicht in den bouw der materie zullen zich daarbij als van zelf aansluiten.

Wanneer er van het moderne mikroskoop gesproken wordt, denken wij aanstonds aan Abbe en aan zijne toepassing van de theorie der lichttrillingen op de beeldvorming bij de mikroskopische waarneming. De denkbeelden die daarbij te pas kwamen zijn voor een deel van Christiaan Huygens, voor een deel ook van latere natuurkundigen, met name van Fresnel afkomstig. Wat aan de lichttheorie van Huygens door zijne opvolgers moest worden toegevoegd, was het inzicht dat men niet, zooals hij zich voorstelde, met de voortplanting van enkele stooten of onsamenhangende evenwichtsverstoringen te doen heeft, maar met een regelmatige opeenvolging van trillingen, waarvan het aantal per seconde de kleur bepaalt; het bedraagt voor het roode licht ongeveer 400 biljoen, voor

1) Rede, uitgesproken op 4 April 1907, bij de opening van het 11de Nederlandsch Natuur- en Geneeskundig Congres te Leiden.

[p. 304]

het violette ongeveer 750 biljoen per seconde. Met het aantal trillingen hangt de golflengte van het licht samen, de afstand waarover men langs den straal moet voortgaan om denzelfden trillingstoestand weer terug te vinden, een afstand dien men kan vergelijken met dien tusschen twee golfbergen op een waterspiegel, en die voor de zooeven genoemde lichtsoorten ongeveer 0,8 en 0,4 mikron, d.w.z. 0,8 en 0,4 van een duizendste millimeter is. Fresnel toonde aan dat juist deze golflengte in menig geval beslissend is voor hetgeen men waarneemt.

Tot de verschijnselen die hij met voorliefde behandelde, behooren die, welke zich voordoen, wanneer het licht nauwe openingen doordringt of door een beletsel van kleine afmetingen in zijn ongestoorde voortplanting wordt belemmerd. In deze gevallen is het gedaan met de rechtlijnige voortplanting die bij de alledaagsche verschijnselen zoo zeer in het oog valt; achter de nauwe openingen breidt het licht zich ook uit in richtingen die van het verlengde der invallende stralen afwijken, en een klein ondoorschijnend voorwerpje wordt door de lichtgolven omspoeld op een dergelijke wijze als de watergolven een paal kunnen omspoelen. Het zijn nu zulke buigings- of diffractieverschijnselen, waarmee men, zooals Abbe en ook Helmholtz aanwees, bij de mikroskopische waarneming te doen heeft.

Ofschoon er bij Huygens nog van geen buigingsverschijnselen sprake is, kunnen wij toch zijn naam in één opzicht aan de tegenwoordige theorie van het mikroskoop en ook aan sommige andere vragen die ik zal aanroeren verbinden. In zijn Traité de la lumière vindt men het beginsel uiteengezet, waarvan men zich nog altijd in deze theorieën bedient, en dat hierop neerkomt dat de lichttrillingen zich van elk punt uit dat zij getroffen hebben, naar alle zijden voortplanten, dat dus elk dergelijk punt als een nieuw middelpunt van trilling kan worden aangemerkt; daardoor wordt het begrijpelijk dat van de verschillende punten van een opening het licht ook naar die plaatsen komt, die bij rechtlijnige voortplanting in het donker zouden blijven, en dat de trillingen, na in de punten aan weerszijden van een ondoorschijnend beletsel gekomen te zijn, van daar uit de ruimte achter dit beletsel kunnen bereiken.

[p. 305]

De toepassing van dit alles op de beeldvorming in het mikroskoop leidde tot merkwaardige gevolgtrekkingen, die ten volle door de waarnemingen werden bevestigd. Van volkomen scherpe beelden, in dien zin dat het van een bepaald punt van het voorwerp afkomstige licht in één enkel punt van het beeldvlak zou worden tezamengebracht, is geen sprake. Integendeel, de trillingen die van een lichtgevend punt uitgaan, worden over een zekere uitgestrektheid verspreid; het punt wordt niet als een punt, maar als een klein lichtschijfje afgebeeld. Het gevolg is, dat twee lichtpunten die op zeer kleinen afstand van elkaar liggen, in het beeld ineenvloeien, zoodat men ze niet meer kan onderscheiden, en dat in het algemeen zeer fijne details van het voorwerp in het beeld verloren gaan. Zoo stelt de aard van het licht zelf een grens aan het oplossend vermogen van het mikroskoop, en wel is het bepaaldelijk de golflengte waardoor die grens bepaald wordt. Zijn overigens alle omstandigheden zoo gunstig mogelijk, dan kan men zeggen dat punten waarvan de afstand eenige golflengten bedraagt, duidelijk van elkaar kunnen worden onderscheiden, en dat voorwerpen van een dergelijke grootte werkelijk kunnen worden afgebeeld, in hun waren vorm worden gezien. Daarentegen is aan een nauwkeurige afbeelding van voorwerpjes of structuren met afmetingen gelijk aan een onderdeel van de golflengte niet te denken. Gelukkig dat, zooals ik reeds zeide, de golflengte zoo klein is. Zij bedraagt voor de stralen die in het zonlicht of daglicht met de grootste sterkte voorkomen, ongeveer 550 millioenste millimeter, en wanneer wij over de grenzen van het oplossend vermogen van een mikroskoop spreken, hebben wij dus in elk geval aan afmetingen iets beneden een mikron te denken. Dat een afbeelding van veel kleinere lichaampjes niet te verwachten is, ziet men trouwens onmiddellijk in als men bedenkt, dat wij een voorwerp alleen kunnen zien door de wijziging die het in den voortgang der lichttrillingen brengt; er kan dus van de waarneming niet veel terecht komen, wanneer de golven het voorwerp al te zeer omspoelen.

Middelen waardoor het oplossend vermogen kan worden vergroot, en die dan ook met goed gevolg zijn toegepast, zijn nu van zelf aangewezen. Een daarvan is het gebruik der zoogenaamde immersiesystemen, waarbij de ruimte tusschen

[p. 306]

het voorwerp en het objectief van het mikroskoop met water of een andere, sterker lichtbrekende vloeistof gevuld is. Het blijkt dat, ofschoon het voorwerp door het dekglaasje van die vloeistof is gescheiden, de zaak vrij wel op hetzelfde neerkomt alsof het in de vloeistof lag, en men heeft niet meer met de golflengte in de lucht, maar met die in de vloeistof te rekenen. Als men weet dat deze in water ¾ van de golflengte in de lucht is, en b.v. in cederolie ⅔ daarvan, kan men nagaan hoeveel men het met een immersiesysteem verder kan brengen dan met een droog systeem.

Een tweede middel bestaat in het gebruik van ultra-violette stralen, die zich, zooals u bekend is, door een kleinere golflengte van de lichtstralen onderscheiden; zij maken wel is waar geen indruk op ons netvlies, maar men kan de beelden die er door gevormd worden met behulp der photographie vastleggen. De moeilijkheden aan het gebruik van deze stralen verbonden, zijn in de laatste jaren door Köhler, een der wetenschappenlijke medewerkers der stichting Zeiss, bijgestaan door von Rohr, overwonnen. Ik zal van zijn langdurigen en moeilijken arbeid alleen zeggen dat een geheel nieuw mikroskoop moest worden gebouwd. De lenzen bestaan niet uit glas, dat de ultraviolette stralen te weinig doorlaat, maar uit bergkristal, en die waarop het 't meest aankomt uit het amorphe kwarts dat door smelting in den electrischen oven wordt verkregen. Wat het licht betreft, als ik het nog zoo mag noemen, dit wordt geleverd door krachtige electrische vonken tusschen twee draden van het metaal cadmium; de daarvan uitgaande stralen worden door een spectraalinrichting ontleed en alleen die, welke één tamelijk scherpe lijn in het ultraviolet geven, voor de verlichting van het voorwerp gebezigd.

De golflengte van dit licht bedraagt 275 millioenste millimeter, juist de helft van het getal dat ik zoo even voor het zonlicht opgaf. De hierop gegronde verwachting dat het oplossend vermogen ongeveer verdubbeld zou zijn, wordt door de uitkomst inderdaad bevestigd.

De stralen waarmee Köhler werkt, hebben nog lang niet de kleinste golflengte die men kent. Er zijn er wel met een golflengte van ongeveer 100 millioenste millimeter, en kon men die gebruiken, dan zou men het dus nog bijna driemaal

[p. 307]

verder kunnen brengen. Ongelukkigerwijze is er weinig uitzicht, lenzen te vervaardigen, die voor deze stralen nog tamelijk doorschijnend zijn, en schijnt het wel dat, wat het werkelijke afbeelden van voorwerpen betreft, de uiterste grens bereikt is.

Van het mikroskoop voor ultraviolet licht kunnen wij overgaan tot de ultramikroskopie, de velen uwer welbekende waarnemingsmethode die men aan Siedentopf en Zsigmondy te danken heeft, en aan welker ontwikkeling ook de Fransche natuurkundigen Cotton en Mouton een belangrijk aandeel hebben gehad. Het gronddenkbeeld hierbij is, dat wij een voorwerpje dat te klein is om afgebeeld te worden, wat wij nu maar niet meer verlangen, toch nog wel kunnen zien; als er maar licht genoeg van uitgaat, zullen wij het als een diffractieschijfje kunnen waarnemen.

Nieuw of ongewoon is dit trouwens niet. De vaste sterren zijn te ver verwijderd om in ons oog of in een kijker zoo afgebeeld te worden, dat wij hunne deelen kunnen onderscheiden; wij zien ze als ‘lichtstippen’, d.w.z. als kleine lichtvlekjes, waarvan de grootte, afgezien van de onvolkomenheid der lenzenstelsels, door de buiging bepaald wordt. Evenzoo worden kleine deeltjes in een vast lichaam of een vloeistoflaag, die onder het mikroskoop geplaatst zijn, zichtbaar, wanneer zij door een krachtigen lichtbundel worden beschenen en maar groot genoeg zijn om overeenkomstig het beginsel van Huygens het licht zoo sterk te verstrooien, dat elk deeltje op zich zelf reeds een voldoenden lichtindruk kan teweegbrengen. Wordt er voor gezorgd, b.v. door geschikte zijdelingsche verlichting, dat de invallende stralen niet rechtstreeks in het instrument vallen, dan ziet men de deeltjes als heldere stippen op een donkeren achtergrond, zoo iets als een sterrenhemel in het klein. De vergelijking gaat ook in zoo ver op dat de aftsand der naast elkaar liggende deeltjes niet al te klein moet zijn; ligt die te ver beneden de golflengte, dan kunnen de deeltjes van den zwerm niet afzonderlijk worden gezien en krijgt men alleen een zekere gelijkmatige verlichting van het veld. Het is er mee als met het oplossen van een sterrenhoop.

Wat het licht der afzonderlijke deeltjes betreft, het laat

[p. 308]

zich hooren dat dit van hunne grootte afhangt en bovendien van hunne optische eigenschappen; hoe meer zij in dit opzicht van de stof waarin zij verspreid zijn, verschillen, des te meer verstrooien zij de invallende stralen. Van daar dat stoffen die zeer kleine metaaldeeltjes bevatten, bijzonder geschikt zijn voor het ultramikroskopisch onderzoek.

Siedentopf en Zsigmondy hebben dan ook hunne nieuwe methode het allereerst toegepast op glas dat door een kleine hoeveelheid goud, misschien een tienduizendste van de geheele massa, gekleurd is. Kent men de hoeveelheid goudchloride, die bij de bereiding aan de glasmassa is toegevoegd, en telt men de met het ultramikroskoop in een zeker volume van het glas waargenomen lichtstippen, dan kan de massa van elk gouddeeltje en dus ook, met behulp van het soortelijk gewicht van het metaal, de grootte der deeltjes worden gevonden. De kleinste deeltjes, die men trouwens alleen met sterk zonlicht op een mooien zomerdag te zien kan krijgen, bleken op deze wijze afmetingen van 3 tot 6 millioenste millimeter te hebben. Daar de golflengte van de door Köhler gebezigde ultraviolette stralen 275 millioenste millimeter bedraagt, is het wel duidelijk dat aan een afbeelding dezer gouddeeltjes niet te denken valt, dat zij werkelijk ultramikroskropisch zijn. Trouwens, sommige gekleurde glazen hebben ongetwijfeld hun kleur aan nog kleinere deeltjes te danken, waarbij ook het ultramikroskoop ons in den steek laat.

Ter vergelijking kan dienen dat de bloedlichaampjes van den mensch een middellijn van ongeveer 8 mikron hebben, meer dan het duizendvoud van die der goudkorreltjes in het gekleurde glas.

De onderzoekingen met het ultramikroskoop hebben reeds veel licht verspreid over de structuur der in menig opzicht zoo merkwaardige colloidale stoffen, waarvan de scheikundige eigenschappen vooral door van Bemmelen onderzocht zijn. Hoogst verrassend is het, dat allerlei vroeger onoplosbaar geachte zelfstandigheden, zooals goud, zilver, ferrioxydhydraat in zoogenaamd colloidale oplossing kunnen worden verkregen, en men had reeds lang gemeend dat zulke oplossingen zich van de gewone onderscheiden doordat de stoffen er in veel grootere deeltjes in aanwezig zijn; inderdaad was de opvatting verdedigd, dat er een geleidelijke overgang zou zijn van de

[p. 309]

oplossingen in den gebruikelijken zin van het woord, tot vloeistoffen waarin vaste zelfstandigheden in fijn verdeelden toestaud zweven. Het is nu werkelijk gelukt, in menige colloidale oplossing de kleine deeltjes met het ulrramikroskoop te onderscheiden.

Dat de nieuwe wijze van waarnemen veel belooft voor de kennis van die colloiden, welke, zooals de eiwitstoffen, een voorname beteekenis hebben voor de levensverschijnselen, behoeft niet gezegd te worden; eenige stappen in deze richting zijn ook reeds gedaan. De mogelijkheid bestaat verder dat het bestaan van mikroben, klein genoeg om zich voor de gewone mikroskopische waarneming schuil te houden, op deze wijze aan het licht kan worden gebracht, al zullen die dan niet naar hun vorm van elkaar kunnen worden onderscheiden. Ik geloof niet dat men reeds iets nieuws van dezen aard heeft gevonden, maar wel hebben Cotton en Mouton de mikrobe van de longziekte van het rund, in welker cultures het mikroskoop niet meer dan een vrij onduidelijke korreling laat zien, in hun ultramikroskoop als afzonderlijke lichtstipjes waargenomen.

Vloeistoffen die ultramikroskopische deeltjes bevatten, vertoonen een verschijnsel dat nog een oogenblik onze aandacht verdient. Ik bedoel de sedert lang bekende Brown'sche beweging van zwevende deeltjes, die bij de zeer kleine lichaampjes waarover wij nu spreken, bijzonder in het oog valt. Het is een onophoudelijk onregelmatig heen en weer krioelen, vergelijkbaar, zooals Zsigmondy zegt, met het dansen van een muggenzwerm in den zonneschijn, en uit natuurkundig oogpunt merkwaardig, omdat het den schijn heeft dat men hier een onmiddellijk gevolg ziet van de snelle, onregelmatige, nu her- dan derwaarts gerichte beweging die men sedert lang aan de molekulen, de kleine deeltjes waaruit wij ons alle lichamen opgebouwd denken, toeschrijft. Toevallige schokken of stooten aan de vloeistof gegeven, stroomingen door kleine temperatuurverschillen teweeggebracht, en in het algemeen uitwendige invloeden, kunnen - dit staat wel vast - de oorzaak van het verschijnsel niet zijn. Wij moeten daarom aannemen dat de zwevende lichaampjes door krachten in het object zelf, dus door krachten die van het omringende water uitgaan,

[p. 310]

worden heen en weer geworpen, en zoodra wij weten dat de watermolekulen snelheden van honderden meters in de sekonde hebben, ligt het voor de hand aan de stooten te denken, die zij op de in hun midden geplaatste vreemde deeltjes uitoefenen. Men zal zich er niet over verwonderen dat men op deze wijze in een colloidale goudoplossing zoo iets als de muggenzwerm waarvan Zsigmondy spreekt, te zien krijgt. Ook is het begrijpelijk dat een gouddeeltje, omdat het veel grooter dan de watermolekulen is, zich veel langzamer dan deze verplaatst, zoodat men het op zijn weg kan volgen, wat bij de molekulen zelf, ook al kon men ze afzonderlijk zien, ondoenlijk zou blijken; die gaan daartoe veel te snel.

Ik moet erbij voegen dat er bij nadere uitwerking dezer verklaring belangrijke moeilijkheden blijven bestaan. Onoverkomelijk acht ik die echter niet, en er kan op worden gewezen dat het nauwelijks denkbaar is, dat in een vloeistof waarvan de kleine deeltjes in rust waren, zwevende lichaampjes onophoudelijk zouden heen en weer gaan.

Vergeleken met de watermolekulen zijn de gouddeeltjes van Siedentopf en Zsigmondy van reusachtige grootte, en ook wanneer wij de allerkleinste ultramikroskopisch zichtbare lichaampjes vergelijken met de molekulen van zelfstandigheden die veel meer samengesteld zijn dan water, blijft er nog een groote afstand. Van het zien der afzonderlijke molekulen zijn wij dus nog steeds ver af en wij kunnen niet verwachten dat het ons ooit zal gelukken. De hoeveelheid licht die door één molekuul verspreid wordt, is te gering om een indruk op ons netvlies te maken, en bovendien liggen de molekulen te dicht bijeen om van elkaar gescheiden gezien te worden.

De vraag is intusschen of niet het door al de molekulen te zamen verstrooide licht zichtbaar zal zijn, en of dus niet elk lichaam waar een lichtbundel door schijnt, ook dan wanneer het geheel vrij van stofjes is, iets dergelijks moet vertoonen als wij in de lucht van deze zaal zouden zien, wanneer er een bundel zonnestralen in viel, dien wij zich dan op al het zwevende stof zouden zien afteekenen. Lobry de Bruyn en Wolff hebben uit hunne proeven het besluit getrokken, dat inderdaad stoffen met hoog molekulair gewicht door de werking hunner molekulen het licht verstrooien,

[p. 311]

en de theorie verklaart dat elke stof dit in meerdere of mindere mate moet doen. Het naar alle zijden geworpen licht moet bij genoegzame dikte van de laag waarvan het uitgaat merkbaar worden, en de verzwakking van de stralen die het noodzakelijk gevolg van de verstrooiing is, moet zich doen gevoelen als men maar ver genoeg langs den bundel voortgaat.

Het meest interessante geval is dat van de atmospheer. Zal volkomen zuivere lucht, waarin niet het minste stofdeeltje of waterdruppeltje zweeft, alleen wegens de molekulaire structuur op de wijze van een fijnen nevel ondoorschijnend worden? Rayleigh heeft door een berekening de vraag beantwoord en ik kan u zijn gedachtengang, eenigszins naar moderne opvattingen gewijzigd, in weinig woorden aangeven. Van den invloed van een uit molekulen samengesteld lichaam op een lichtbundel geven wij ons rekenschap door ons voor te stellen, dat in elk molekuul, zelfs in elk atoom, nog veel kleinere deeltjes aanwezig zijn, die door het licht aan het meetrillen worden gebracht. Laat ik er bijvoegen dat de krachten die in een lichtstraal werken van electrischen aard zijn, en dat wij daarom, om te begrijpen dat de lichtrillingen vat op die kleine deeltjes hebben, aan deze electrische ladingen toekennen. Het zijn de electronen, waarmee wij tegenwoordig zoo veel te doen hebben.

Naar het beginsel van Huygens wordt elk electron, zoodra het aan het meetrillen geraakt is, zelf het middelpunt van nieuwe lichtgolven en hierin ligt de oorzaak van de verstrooiing waarover wij spreken.

Hoeveel die nu bedraagt, hangt niet zoozeer van de afmetingen der molekulen en hunne massa af, als wel van wat er binnen in elk molekuul gebeurt, en hiervan kan men een denkbeeld krijgen wanneer men het brekend vermogen van het lichaam meet, dat op zijn beurt door de mate van het meetrillen bepaald wordt. Kent men den brekingsindex, de golflengte en het aantal molekulen per c.M³, dan kan worden berekend hoeveel van het invallende licht naar alle kanten verstrooid wordt, en hoeveel een lichtbundel die zich over zekeren afstand voortplant wordt verzwakt. Voor geel licht en voor lucht van de gewone dichtheid vindt men, met behulp van wat wij van het aantal molekulen weten, dat de sterkte van een lichtbundel na het door-

[p. 312]

loopen van ongeveer 100 K.M. tot de helft is verminderd.

Op de afstanden waarop wij gewoonlijk zien kan dus zuivere lucht wel doorschijnend genoemd worden, maar op grootere afstanden zooals die in den dampkring werkelijk voorkomen, is de verstrooiing volstrekt niet te verwaarloozen. De stralen van een ster in het zenith zouden volgens de berekening die ik u schetste, als zij het oppervlak der aarde bereiken, ongeveer 6% van hun sterkte verloren hebben. Wij kunnen dit vergelijken met de uitkomst, die men uit de waarneming der lichtsterkte bij verschillende hoogten van een hemellichaam heeft afgeleid; men heeft daaruit tot een vermindering van ongeveer 20% besloten.

Een bewijs voor de molekulaire structuur der lucht is hiermede niet gegeven, daar men altijd de verspreiding van het licht aan zwevende stofdeeltjes zou kunnen toeschrijven. Wij moeten er tevreden mee zijn, dat de molekulaire theorie door de waarnemingen niet weersproken wordt. Onze uitkomst, dat wij het derde gedeelte der waargenomen verstrooiing aan de luchtmolekulen zelf kunnen toeschrijven, is misschien zoo bevredigend als kon worden verwacht.

Ik moet er nog op wijzen dat naar de theorie van Rayleigh de verstrooiing, die hetzij door de luchtmolekulen zelf, of door kleine zwevende deeltjes wordt teweeggebracht, des te meer moet bedragen naarmate de golflengte kleiner is. In de meerdere verspreiding der blauwe stralen mogen wij de oorzaak van de blauwe kleur van den hemel zien, en volgens Rayleigh zou dus ook wanneer de lucht volkomen zuiver was, de hemel zich nog blauw, zij het dan ook zeer donker, aan ons voordoen. Wij zouden de lucht nog werkelijk zien en wel zou de zichtbaarheid hierop berusten dat hij uit molekulen is samengesteld. Inderdaad volgt uit de formule waarmee de aangevoerde getallen gevonden zijn, dat de verstrooiing bij een gegeven brekingsindex des te kleiner is naarmate de molekulen dichter bijeen liggen, en het medium dus fijnkorreliger is; in een volkomen homogeen en doorloopend medium zou de verstrooiing geheel ontbreken.

Zooals de lucht naar onze opvatting nu eenmaal is, moet hij op afstanden van eenige duizenden kilometers als een dichte mist werken, en zou het er wanneer hij zich van de aarde tot de zon uitstrekte treurig uitzien. Wij waren dan

[p. 313]

waarschijnlijk in zware duisternis en zouden zeker de zon niet zien. De voor zoover wij weten volkomen doorschijnendheid van den aether die de hemelruimte vult, pleit er zeer voor aan dit medium geen korrelige structuur toe te kennen, waar dan ook vele physici het wel over eens zijn.

Dat er nu bij zelfstandigheden als water, glas, kwarts en kalkspaath geen denken aan is, den molekulairen bouw door een verstrooiing der lichttrillingen zichtbaar te maken, behoef ik nauwelijks te zeggen. Maar, het is u wel bekend hoe de bestudeering der lichtverschijnselen ons langs indirecten weg veel over dien bouw en de eigenschappen der kleine deeltjes kan leeren. Uit de voortplantingssnelheid der stralen trachten wij tot gevolgtrekkingen te geraken over de in de molekulen aanwezige, tot meetrillen gebrachte electronen en over de rangschikking der molekulen in kristallen en organische weefsels. Verder leidt ons de richtingsverandering die in menige stof de trillingen bij hun voortplanting ondergaan, tot de voorstellingen waarop de tot zoo groote ontwikkeling gekomen stereochemie is opgetrokken. Weer in andere gevallen vestigen wij de aandacht op de opslorping van het licht in niet geheel doorschijnende stoffen; ook zoo komen wij tot eenig besluit over de trillende deeltjes in de molekulen en atomen. En het verst brengen wij het in dit opzicht wanneer wij de deeltjes niet door licht dat er van buiten op valt tot meetrillen brengen, maar ze, door het lichaam op deze of gene wijze lichtgevend te doen worden, tot zelfstandige middelpunten van trilling maken.

Uit het vele dat wij dan uit het onderzoek van het spectrum kunnen afleiden wil ik nu maar een enkelen greep doen.

Wanneer een lichaam dat lichttrillingen van een bepaalde snelheid van opeenvolging uitzendt, en dus op een bepaalde plaats in het spectrum een lichte lijn geeft, tot den waarnemer nadert, wordt het aantal trillingen dat per seconde de spleet van den spectroskoop bereikt vergroot; de spectraallijn gaat een weinig naar den kant van het violet. Omgekeerd heeft een verplaatsing der lichtbron van den waarnemer af een verschuiving der lijn naar de zijde van het rood tengevolge. Dit zijn de verschuivingen der spectraallijnen,

[p. 314]

die men in menig geval in het spectrum van hemellichamen heeft waargenomen en waaruit men de snelheid van hunne beweging in de richting der gezichtslijn afleidt.

Dergelijken invloed van een verplaatsing der lichtbron op het waargenomen trillingsgetal heeft men met goed gevolg ook in het geval van zich bewegende molekulen of atomen trachten op te sporen. Bij de electrische ontlading door verdunde gassen ontstaan onder geschikte omstandigheden de zoogenaamde kanaalstralen, die men goeden grond heeft, voor zwermen van positief geladen atomen te houden, die zich met aanmerkelijke snelheid, alle in dezelfde richting bewegen. Van de ruimte waarin zij dit doen, gaat een zwakke lichtstraling uit. Prof. Stark te Hannover heeft het spectrum van de in verschillende richtingen uitgezonden stralen onderzocht en bevonden dat de lijnen des te meer naar den kant van het violet staan, naarmate de richting van het uitgezonden licht een kleineren hoek met de richting van de kanaalstralen zelf maakt. De grootte der verschuiving komt goed overeen met de snelheid die men op andere gronden aan de voortvliegende atomen meende te moeten toeschrijven, en zoo is het bewezen dat het werkelijk deze atomen zijn, die als trillingsmiddelpunten werken. Ook is Stark tot het voor de theorie der uitstraling belangrijke besluit gekomen dat bij vele elementen het lijnenspectrum uitsluitend door een bepaald soort van trillende deeltjes wordt voorgebracht, nl. door deeltjes die in hun geheel een positieve electrische lading hebben.

Op een ander en zeer algemeen geval waarin eveneens het door Stark gebezigde beginsel toepassing vindt, heeft ettelijke jaren geleden Michelson opmerkzaam gemaakt. Een onregelmatige beweging der molekulen in alle richtingen, zooals wij ons die straks in het water voorstelden, bestaat ook in gassen; in een lichtgevend gas verbeelden wij ons dus tal van heen en weervliegende trillingsmiddelpunten. Wordt nu het uitgestraalde licht met een spectroskoop onderzocht, en is het van dien aard dat, zoo de molekulen stilstonden, een volkomen scherpe spectraallijn zou worden verkregen, dan zal wegens de beweging der molekulen in verschillende richtingen het licht van sommige iets meer naar den kant van het violet, dat van andere iets naar de zijde

[p. 315]

van het rood terecht komen; de spectraallijn krijgt een zekere breedte. Michelson heeft bewezen, dat dit werkelijk het geval is. Hij heeft naar een vernuftig bedachte indirecte methode de breedte gemeten en gevonden dat het bedrag daarvan overeenstemt met de verwachting waartoe onze voorstelling omtrent de snelheid der molekulaire beweging ons aanleiding geeft. Schönrock, die in den laatsten tijd de beschouwingen en berekeningen van Michelson met meerdere nauwkeurigheid heeft herhaald, is tot hetzelfde besluit gekomen, en wij mogen nu wel zeggen dat de beweging der molekulen op dezelfde wijze waarneembaar wordt als de verplaatsing der sterren in de richting van de gezichtslijn.

Voorbeelden als dit zijn wel geschikt om te doen zien dat, al zijn dan de kleinste deeltjes der materie onzichtbaar, grootheden die op de afzonderlijke molekulen betrekking hebben toch niet zoo ontoegankelijk voor ons zijn als het wel eens wordt voorgesteld. De merkwaardigste toelichting van deze bewering kan ik misschien aan de theorie der warmtestraling ontleenen. Verbeelden wij ons dat deze zaal volkomen door ondoorschijnende lichamen was afgesloten, en dat de wanden en alle aanwezige voorwerpen dezelfde temperatuur hadden; dan zou de lucht, of liever de aether, in alle richtingen doorkruist worden door warmtestralen van zeer verschillende golflengte, waaronder echter stralen van één bepaalde golflengte de overhand zouden hebben. Men kan het vergelijken met een verward gedruisch waarin één toonhoogte domineert. Wij kunnen nu een kleinen kubus in het oog vatten, waarvan de ribben de lengte van die het meest voorkomende golven hebben, en op de hoeveelheid arbeidsvermogen letten, die wegens de straling in zulk een ‘kubieke golflengte’ aanwezig is. Wie de onderzoekingen over de warmtestraling van de laatste jaren gevolgd heeft, kan er nauwelijks aan twijfelen dat dit arbeidsvermogen van dezelfde orde van grootte is als het arbeidsvermogen van beweging van één enkel gasmolekuul bij de beschouwde temperatuur. Nu is een golflengte een zeer goed waarneembare grootheid en heeft men dus het in een kubieke golflengte bevatte arbeidsvermogen werkelijk kunnen meten, waardoor dan tevens dat van een molekuul bekend is geworden. Inderdaad is dit een van de beste wegen om

[p. 316]

de grootte van molekulen en atomen te weten te komen.

De beschouwingen die ik mij veroorloofd heb u voor te dragen, zijn een pleidooi geworden voor de molekulaire en atomistische theorieën waarvan de physici zich zoo menigmaal bedienen om zich een levendige en heldere voorstelling van de verschijnselen en hun onderlingen samenhang te vormen.

Met opzet heb ik mij daarbij niet beroepen op de behoefte van onzen geest om in de bedoelde kleinste deeltjes der materie een eindpunt voor onze analyse der verschijnselen te vinden. Men doet geloof ik wel, met het verwijzen naar een dergelijke behoefte voorzichtig te zijn. Immers, de ervaring leert dat vele theorieën waarin men zich de materie als continu verspreid voorstelt, ons goed voldoen, dat menige physicus aan zulk een opvatting beslist de voorkeur geeft en molekulaire beschouwingen liefst vermijdt, en dat velen er, zooals wij reeds zagen, vrede mee hebben, den aether als een continuum op te vatten. Dit neemt niet weg, dat wanneer in andere gevallen de atomistiek meer dan iets anders geschikt wordt bevonden, ons een klaar inzicht te geven, dit niet alleen aan den aard der dingen buiten ons, maar ook aan de gesteldheid van onzen geest moet liggen, zooals in het algemeen het begrijpen van een verschijnsel der natuur een zekere verwantschap tusschen deze en den geest onderstelt.

Hoe men hierover moge denken, de beste verdediging der atomistiek is ten slotte in haar vruchtbaarheid en doelmatigheid te vinden.

Zeker, er zijn op zuiver natuurkundig gebied nog tal van moeilijkheden, die ik, gij zult het wel willen gelooven, niet onvermeld heb gelaten, ten einde alles op zijn mooist voor te stellen, maar alleen omdat ik ze inderdaad bij deze gelegenheid bezwaarlijk kon uiteenzetten. Intusschen, hoe ernstig zij ook mogen zijn, het is onloochenbaar dat wij tegenover eenige verschijnselen die ik nu besproken heb, en vele andere die ik daarbij had kunnen voegen, zonder molekulairtheorie zoo goed als machteloos zouden staan. Wie over het doen en laten der physici een oordeel wil vellen, zal zich dan ook niet kunnen onttrekken aan de verplichting om van zulke verschijnselen kennis te nemen, zich daarin min of meer te verdiepen, en een beschouwingswijze niet af te keuren zonder

[p. 317]

zich ook eens de vraag te stellen, hoe men dan wèl had moeten te werk gaan.

Vergeten wij bij de beoordeeling ook niet dat wij overtuigd zijn van de realiteit van heel wat dingen, die wij niet zoo rechtstreeks waarnemen als een steen of een stuk ijzer, en tot wier bestaan wij besluiten, wel is waar op grond van waarneming, maar van een waarneming aangevuld door een kortere of langere reeks van redeneeringen. Niemand twijfelt er aan dat de lichtstipjes bij de ultramikroskopische waarneming even zoovele gouddeeltjes vertegenwoordigen, dat de halo's om zon en maan te wijten zijn aan fijne ijskristallen, hoog in den dampkring, dat de scheikundige elementen onzer aarde op de zon en de verst verwijderde hemellichamen worden teruggevonden, en dat een ster, die blijkens de heen en weergaande beweging der spectraallijnen beurtelings tot ons nadert en van ons weggaat, een kring om een ander lichaam beschrijft; het komt bij niemand op er den sterrekundige hard over te vallen, dat hij de massa van dat misschien onzichtbare lichaam uit zijn waarnemingen afleidt. Wel beschouwd, gaan wij in onze onderstellingen over molekulen en atomen slechts in dezelfde richting een stap verder en behoeven wij van de realiteit dier deeltjes niet zoo heel veel minder verzekerd te zijn dan van die van de ijsnaaldjes in de atmospheer.

Iets anders dat overweging verdient is de rijke, alle beschrijving te boven gaande organisatie der materie. In een kubieken centimeter der ons omringende lucht liggen zooveel molekulen, dat hun aantal met een twintigtal cijfers zou moeten worden geschreven. Terwijl zij zich rusteloos door elkaar bewegen, telkens en telkens weer tegen elkaar botsende, worden hunne electronen door de tallooze elkaar doorkruisende licht- en warmtestralen in beweging gebracht en zenden zij op hunne beurt naar alle zijden hunne golven uit. Niet minder, allicht nog wat meer ingewikkeld zou het beeld zijn, dat een milligram van een eiwitstof ons te zien zou geven, en zoo wordt het, ik wil niet zeggen begrijpelijk maar iets minder wonderbaarlijk, dat uiterst kleine hoeveelheden materie de dragers kunnen zijn van eene tot in fijne bijzonderheden gaande erfelijkheid.

Ook wanneer wij het wagen, onze gedachten te laten gaan over den samenhang tusschen de stoffelijke en de geestelijke

[p. 318]

verschijnselen, houden wij de fijne organisatie der materie in het oog. Het is ver van mij, geestelijke werkingen tot processen in de materie te willen terugbrengen; het ongelijksoortige kan men niet uit elkaar afleiden. Maar wel kan men de opvatting voorstaan, dat aan elken toestand en elke werkzaamheid van onzen geest een bepaalde gesteldheid en een bepaalde verandering der hersenen beantwoordt. Zal zulk een korrespondentie tot in de kleinste bijzonderheden toe bestaan, dan moet, - dit is duidelijk - het aantal elementen waaruit de hersensubstantie is opgebouwd ontzettend groot zijn. Hoe groot het moet zijn, kunnen wij niet zeggen, maar wanneer wij weten dat een milligram materie een aantal atomen bevat, veel grooter dan het gezamenlijke aantal letters in alle boeken der Leidsche Universiteitsbibliotheek, en aan den rijkdom van gedachten denken, die in de rangschikking dier letters ligt opgesloten, dan gevoelen wij eenigszins dat werkelijk de materieele veranderingen in de hersenen genoeg verscheidenheid kunnen bieden om de afspiegeling te zijn van een hooge en ingewikkelde geesteswerkzaamheid.

Maar ik zou gevaar loopen, de grenzen der physica te overschrijden, wat niet in mijne bedoeling ligt, en door u niet kan worden gewenscht. De natuurkundige, en dit geldt van ons allen, moet er zich toe beperken, op zijne wijze in het boek der wereld te lezen. Zonder zich te laten terneerdrukken door het besef, dat de diepe zin hem verborgen blijft, gevoelt hij zich in zijne pogingen gesterkt door de overtuiging dat zich binnen de grenzen van het bereikbare, naarmate hij verder gaat, uitgestrekte en onverwachte vergezichten voor hem zullen openen.

H.A. Lorentz.