De Gids. Jaargang 172

[p. 46]

Ad Maas
Kroniek van een onvolkomen ontdekking

Ergens eind jaren zestig, tijdens een bijeenkomst van Gewina, de Nederlandse club van wetenschapshistorici, moet er een onderonsje zijn geweest tussen Pieter van der Star en Evert Marie Bruins. Van der Star was conservator bij het Rijksmuseum voor de Geschiedenis der Natuurwetenschappen en Geneeskunde (nu Museum Boerhaave), Bruins de notoire hoogleraar geschiedenis van de wiskunde van de Universiteit van Amsterdam. Het gesprek ging over de verbluffende metingen die de fysicus Jacob Clay tussen 1927 en 1932 had verricht op bootreizen tussen Nederland en Java, de metingen die onverwacht lieten zien dat de intensiteit van kosmische straling naar de evenaar toe afneemt. Daarmee - zo luidde de overlevering - was onomstotelijk aangetoond dat die kosmische stralen uit elektrisch geladen deeltjes bestonden. Kosmische stralen als deeltjes, het had een revolutie veroorzaakt. Fysici waren er algemeen van uitgegaan dat kosmische straling uit elektromagnetische golven bestond en hadden er soms verregaande hypothesen aan verbonden. Deze hypothesen, met Robert Millikans kosmische droom als meest meeslepende voorbeeld, konden de prullenmand in toen de stralen deeltjes bleken te zijn.

Bij dit gesprekje bleef het niet. Enkele jaren later, begin mei 1972, plofte er een brief op de deurmat van Museum Boerhaave. Afzender: E.M. Bruins. De brief telde drie kantjes en bevatte een gedetailleerdere beschrijving van wat hij eerder Van der Star had verteld. We weten niet hoe Van der Star op de brief reageerde. We weten wel dat de roemruchte instrumenten van Jacob Clay uit de museumcollectie sindsdien vrijwel anoniem staan te verstoffen in de spelonken van het depot.

De ontdekking van kosmische straling stamde uit de jaren 1911-1912 toen Victor Hess in een luchtballon naarmate hij hoger kwam een toename mat van de radioactieve straling die zich van nature in de lucht bevindt. Kennelijk kwam een deel van de straling uit de kosmos of -

[p. 47]

zoals sommigen dachten - uit de hogere lagen van de atmosfeer. In navolging van Hess trokken onderzoekers naar bergtoppen en diepe mijnschachten, kropen in vliegtuigen en boten, en begaven zich naar alle uithoeken van de wereld. De wetenschap der kosmische straling behoorde tot het meest romantische en avontuurlijke die de natuurkunde te bieden had.

De standaardinstrumenten om kosmische straling te meten waren elektrometers, apparaten om kleine ladingen te meten. De snelheid waarmee een geladen elektrometer ontlaadde, was een maat voor de hoeveelheid straling in de lucht. Bruins' brief richtte zich in het bijzonder op een specifieke elektrometer uit de museumcollectie. Het betrof een exemplaar van het Kolhörster-type, het meest geavanceerde type uit de tweede helft van de jaren 1920. Hij was, in Bruins' woorden, ‘jarenlang den volke [...] getoond als het instrument waarmee Jacob Clay het breedte-effect ontdekte...’ ‘Breedte-effect’, ofwel ‘latitude-effect’, was de benaming voor het afnemen van de intensiteit van de kosmische straling naar de evenaar toe - voor het feit dat een meting op zeeniveau in pakweg Amsterdam een hogere waarde oplevert dan in de buurt van de evenaar, zoals op Java. Dit afnemen was een sterke aanwijzing dat kosmische straling uit elektrisch geladen deeltjes moest bestaan: het magnetische veld van de aarde zal geladen deeltjes

Afbeelding 1. Jacob Clays elektrometer. Bron: Museum Boerhaave

[p. 48]

die vanuit alle richtingen de aarde treffen per saldo meer naar de polen leiden dan naar de evenaar. Elektromagnetische golven zouden daarentegen geen invloed van het aardmagnetisch veld ondervinden, en zouden dus ook geen breedte-effect vertonen. Met het Kolhörster-apparaat was iets niet in de haak, aldus Bruins, en hij kon het weten, hij sprak uit eigen ervaring.

Deze ervaring dateerde uit de periode van 1932 tot 1943, toen Bruins assistent van Clay was. Clay was anno 1932 net drie jaar hoogleraar aan de Universiteit van Amsterdam, waar - het waren de nadagen van de Tweede Gouden Eeuw van onze natuurwetenschappen - het wiskundige genie L.E.J. Brouwer en de Nobelprijswinnaar Pieter Zeeman de boegbeelden van de natuurwetenschappelijke faculteit waren.

De hoogtijdagen van die Tweede Gouden Eeuw had Clay ook al meegemaakt, als student en assistent van de Leidse hoogleraar experimentele natuurkunde Heike Kamerlingh Onnes. Clay promoveerde in juni 1908, krap een maand voordat Onnes zijn finest hour beleefde door helium vloeibaar te krijgen, op het fabriceren van thermometers die ook bij extreem lage temperaturen nauwkeurig de temperatuur moesten weergeven. Het was geen onderzoek met veel diepgang en misschien wel van de weeromstuit bracht Clay zijn tijd buiten het lab door als volgeling van de bombastische hegeliaanse filosoof Bolland. Met zijn filosofische geschriften wist Clay zich in de jaren 1910 enige bekendheid te verwerven (hij werd zelfs genoemd als opvolger van Bolland). Hij verdiende intussen zijn brood als hbs-leraar tot hij in 1920 verrassenderwijs de leerstoel natuurkunde aan de net opgerichte Technische Hogeschool van Bandung kreeg toegewezen.

In Indië ging Clay zich bezighouden met onderzoek naar atmosferische elektriciteit en stralingsverschijnselen. Hij voegde zich daarmee in een traditie van onderzoekers die handig gebruikmaakten van de bijzondere klimatologische, geofysische, geografische en ecologische omstandigheden ter plekke. Veel indruk heeft het onderzoek niet op de fysische gemeenschap gemaakt (zijn metingen van de dikte van de ozonlaag ter plekke zouden ongetwijfeld sterk aan relevantie hebben gewonnen indien deze toen al door cfk's aangevreten zou zijn geweest). Waar Clay zich in Bandung vooral mee onderscheidde was het natuurkundige laboratorium naar Leids model dat hij er vanuit het niets wist neer te zetten, compleet met instrumentmakeropleiding. Het organisatietalent dat Clay hiermee tentoonspreidde gaf de doorslag bij zijn benoeming in Amsterdam in 1929, al zal het allicht ook hebben geholpen dat hij, aldus de Leids-Oostenrijkse hoogleraar Paul Ehrenfest, ‘dabei dennoch stets ein liebenwuerdiger, vertraeglicher, und zuverlaessiger Kamerad’ was. Hij kreeg onder meer de voorkeur

[p. 49]

boven de even briljante als grillige Frits Zernike, wat als gevolg had dat deze aan de Groningse universiteit verbonden bleef om er in 1953 de eerste en tot nu toe enige Nobelprijswinnaar te worden. Clay was in Amsterdam opvolger van de onverwacht overleden hoogleraar experimentele natuurkunde Remmelt Sissingh.

Clay had in Amsterdam twee experimenterende collega's. De ene was de teruggetrokken, fijnzinnige experimentator Zeeman, de andere de stoomwals Teun Michels, die - hoewel slechts lector - hard bezig was om een imposante afdeling voor hoge-drukfysica op te bouwen, mede dankzij gelden uit het bedrijfsleven. Er was ook een hoogleraar theoretische fysica, Johannes Diderik van der Waals jr. Hij had echter, omdat hij er toch niet in slaagde om in vaders beroemde voetsporen te treden, feitelijk de brui aan de natuurkunde gegeven. Hij draaide nog wel op venijnige toon ouderwetse colleges af - de kwantumrevolutie ging totaal aan hem voorbij - maar vertoefde liever in literaire kringen, zoals die rond De Gids. Clay kreeg het directoraat over het Natuurkundig Laboratorium, op dat moment een achterhaald en uitgeleefd onderwijslaboratorium, waarin echter verandering zou komen door een grootscheepse renovatie of zelfs door nieuwbouw. In de eerste jaren van zijn Amsterdamse professoraat werden ook de contouren zichtbaar van wat Clays wetenschappelijke claim to fame zou worden, maar daarover later meer.

Clay had de wind in de zeilen in de jaren twintig, het volgende decennium zou heel wat meer tegenwind brengen. Ten eerste sloeg de economische crisis zo hard toe in het Amsterdamse dat van de vernieuwing van het Natuurkundig Laboratorium vrijwel niets terechtkwam. Tandenknarsend kon hij vanuit zijn overbevolkte anachronisme dagelijks buurman Zeeman zijn peperdure spectroscopische laboratorium zien betreden en Michels' eersteklas Van der Waals-laboratorium zien verrijzen. Zij hadden de buit bijtijds binnen kunnen halen. Vervolgens greep de universitaire politiek Clay sterk aan. Met lastpakken als de intrigant L.E.J. Brouwer en de giftige Van der Waals jr. was de natuurkundige faculteit het toneel van slepende conflicten, met als dieptepunt een vijf jaar durende stammenstrijd over de opvolging van Zeeman. Tot overmaat van ramp werd Clay wetenschappelijk tegengewerkt, met name door de machtige Amerikaanse fysicus Robert Millikan, die nu weer zijn bevindingen bestreed en dan weer zijn prioriteiten weigerde te erkennen. In 1936 moet Clay een behoorlijk overspannen indruk hebben gemaakt.

Een gedegen wetenschappelijke reputatie kon behulpzaam zijn om in de facultaire en wetenschappelijke slangenkuilen staande te blijven. Zou dit hem tot roekeloos gedrag kunnen hebben aangezet?

[p. 50]

Afbeelding 2. Jacob Clay (rechts) met instrumentmaker bij een meetvat.
Bron: Universiteitsmuseum Agnietenkapel

Bruins was in 1909 in Woudrichem geboren als zoon van een belastingontvanger. Na klassiek te zijn gevormd op het gymnasium vertrok hij naar Amsterdam waar hij studeerde, werkte en de leeftijd van 81 jaar haalde. Tijdens zijn kandidaats (met de vakken natuurkunde, wiskunde, scheikunde en sterrenkunde) kon hij het geringe animo ervaren waarmee Michels de eerstejaarscolleges natuurkunde afraffelde. Hij deed een doctoraal wiskunde met als bijvakken natuurkunde en scheikunde. Natuurkunde deed hij bij Zeeman, de scheikunde leverde hem zijn eerste wetenschappelijke publicatie op, in de Proceedings van de Koninklijke Akademie der Wetenschappen. Bruins was veelzijdig. Toen hij in oktober 1932, net 23 jaar oud, assistent werd bij Clay had hij ook al de basis gelegd voor zijn latere bekwaamheid in spijkerschrift en hiërogliefen. Met zijn wiskundige bagage zou hij tot 1943 Clays huistheoreet zijn.

Behalve veelzijdig was Bruins ook een querulant en een opschepper. Hij gaf hoog op van zijn scheikundige publicatie, waarmee hij een ‘nieuw gebied’ voor onderzoek zou hebben geopend, en beweerde de

[p. 51]

ware ontdekker te zijn van de stralingsgordel om de aarde die de naam draagt van James van Allen. In 1943 nam Bruins de dubieuze beslissing om de door de bezetter ontslagen Joodse lector in de mathematische analyse Hans Freudenthal op te volgen. Na enige discussie mocht Bruins deze positie na de oorlog behouden, maar het zal zijn verhouding tot Clay geen goed hebben gedaan, gezien diens anti-Duitse houding tijdens de oorlog. Waar Bruins' malicieuze trekken vandaan kwamen weten we niet, al valt het allicht niet mee om in Woudrichem op te groeien als zoon van een belastingontvanger.

De jaren na de oorlog ging Bruins' interesse steeds meer uit naar de geschiedenis van de Griekse, Egyptische en Babylonische wiskunde. Zo werkte hij tussen 1949 en 1952 regelmatig in Parijs aan zijn Texte Mathématique de Suse (gepubliceerd samen met M. Rutten in 1961), een bewerking van Sumerische (cuneiforme) teksten, opgegraven in Susa, Iran. De jaren tussen 1952 en 1956 brachten de overigens honkvaste Bruins regelmatig naar Irak. Als Unesco-expert ontcijferde hij er wiskundige kleitabletten en vervolgens was hij gasthoogleraar aan de Universiteit van Bagdad. Vanaf 1969 was hij buitengewoon hoogleraar in de geschiedenis van de wiskunde en werd hij ‘vermaard, en gevreesd tegelijkertijd’, zoals een necroloog verwoordt, in de wetenschapshistorische gemeenschap, waar Van der Star hem zijn brief ontlokte over de wetenschappelijke handelswijze van zijn vroegere baas.

Afbeelding 3. Evert Marie Bruins. Uit: E. Knobloch, ‘Bruins’

Bruins bevestigt in zijn brief dat de Kolhörster-elektrometer die gepresenteerd is als het apparaat waarmee Clay het breedte-effect zou hebben ontdekt, inderdaad dat is waarmee Clay zijn beroemde metingen had verricht. Echter, zo stelt Bruins in zijn typerende, wat cryptische manier van formuleren:

[p. 52]

Dit is nu het instrument, waarmede het breedte-effect zeker niet is ontdekt. De ionisatiestroom [de intensiteit van de kosmische straling, A.M.] nam af, gaande naar den magnetischen aequator... maar bleef afnemen, óók op de terugreis... toen er wederom de ‘vroegere’ waarde zou hebben moeten zijn gevonden! Alleen de afname naar den aequator toe werd gepubliceerd en in 1929 als de ontdekking van het breedte-effect aangegeven.

Kortom, de verandering in kosmische-stralingsintensiteit die Clay waarnam op weg naar de evenaar, had hij op de weg terug - richting pool - logischerwijs weer moeten registreren (zij het nu in de vorm van een toename in plaats van een afname). En dit was volgens Bruins niet het geval geweest. Hij vervolgt:

Het niet wederom toenemen op den terugweg, werd aan insiders ‘verklaard’ door het in désordre raken van de meetapparatuur. Het is duidelijk, dat men niet kan garanderen wanneer deze in désordre is geraakt... en wanneer dit kort ná het vertrek zou zijn gebeurd - mede aannemende dat deze ‘verkaring houdbaar is - dan zou het gehéél op désordre moeten worden teruggevoerd. Immers zonder een terugkeer op de oude waarde staat niets vast over welke, wanneer optredende en hoe groot zijn van een afname.^1.

Een essentieel onderdeel van de Kolhörster-elektrometer was een met gas gevuld meetvat. De te meten straling ioniseerde gasmoleculen in het meetvat, en het waren deze ionen die door het meetgedeelte - de eigenlijke elektrometer - werden geregistreerd. Bruins beweert met zoveel woorden dat het meetvat lek moet zijn geweest. En het is niet te zeggen of dit niet al op de heenreis het geval was. Volgens Bruins weigerde Clay de gasdruk in het apparaat te laten controleren. De manometer (drukmeter) van het apparaat bleef jarenlang onveranderd veertig atmosfeer aanwijzen, wat schijnbaar aantoonde dat het meetvat zijn druk behield. Toen echter assistent H. Bunschoten en instrumentmaker N. Breedeveld op eigen initiatief, stiekem, het apparaat toch nakeken, bleek ‘dat het vat zelfs geen zuchtje gas meer bevatte’. Terwijl ‘de nieuwe manometer, parallel geschakeld, één atm aangaf [bleef] de oude rustig op 40 atm [...] staan: de wijzer zat vast!’

Onontkoombare conclusie: ‘Daarmede staat vast, dat met het Kolhörster apparaat géén breedte-effect werd ontdekt’.

Dit bewust negeren van defecten in meetapparatuur stond volgens Bruins niet op zich, maar stond model voor Clays twijfelachtige wetenschappelijke ethiek. Althans dat leek hij te impliceren door nog een

1. Alle interpunctie als in het origineel, daarbij inbegrepen het ontbreken van het aanhalingsteken na ‘verklaring’.

[p. 53]

‘analoog geval van een niet betrouwbare meting volhouden’ aan te roeren. Dit speelde zich enkele jaren later in het Amsterdamse laboratorium af, toen de meetinstrumenten plots een toename in kosmische-stralingsintensiteit van 10% lieten zien. Clay zag in deze opmerkelijke toename een bewijs voor zijn hypothese dat kosmische straling ontstond bij supernova-explosies (helemaal geen slechte veronderstelling trouwens - kosmische straling blijkt inderdaad afkomstig van hoogenergetische gebeurtenissen als supernova's). Ogenblikkelijk publiceerde hij de gegevens in de Proceedings van de Koninklijke Akademie, met trouwens Bruins en een andere assistent, Wiersma, als coauteurs - ‘zij het met een zeker contre-coeur’. Echter, Bruins mat een week later dezelfde toename weer, en precies een week daarna nogmaals. De pieken bleken verrassenderwijs te corresponderen met de wekelijkse bezoekjes aan het lab van Clays echtgenote, zelf een praktiserend fysicus. Na enige tijd ontraadselde Bruins de opmerkelijke coïncidentie. Mevrouw Clay (ofwel Teddy Clay-Jolles) legde in het kader van haar eigen experimenten nietsvermoedend een preparaat radioactief radium in dezelfde ruimte waar de extreem gevoelige stralingsmeters stonden opgesteld. Volgens Bruins is Clay nooit bereid geweest om zijn overhaaste conclusie te herroepen. ‘“[D]e eerste keer kón toch óók een supernova zijn geweest”. Precies dezelfde kronkel als bij het leegloopende vat: het kón toch ook in Batavia lek zijn geworden’.

De oplettende lezer zal aan het schrijven van Bruins behalve de wat onheldere betoogtrant ook de archaïsche spellingswijze zijn opgevallen. Bruins was zo sterk gekant tegen de spellingshervorming van 1947 dat we nog in zijn (autobiografische) afscheidsrede van 1982 kunnen lezen over ‘een engelschen tekst’, ‘aangeteekend verzonden uit Delfzijl’ en over de wiskundige die ‘nog nooit zoo iets medegemaakt’ had.

Dat de kwestie met Clay diep zat, bleek wel uit dezelfde afscheidsrede, waarin hij - tien jaar na zijn brief - publiekelijk gewag maakte van Clays ‘ontdekking van het breedte-effect... met een “klein gebrek”’.^2.

Bruins mag in zijn brief en oratie nog zo hoog van de toren blazen over malversaties van zijn vroegere baas, er is nog niet mee gezegd dat zijn uitlatingen kloppen. Een belangrijke toetsing van Bruins' verhaal ligt natuurlijk besloten in de historie van Clays waarnemingen. Als zijn relaas juist is, moet er een publicatie te vinden zijn uit omstreeks 1929 waarin Clay zijn breedte-effect openbaart, maar waarin de terugreis Indië-Nederland ontbreekt, en waarin hij metingen deed met een Kolhörster-apparaat met gas onder druk. Ook moet het instrument

2. Ook hier weer alle interpunctie als in het origineel.

[p. 54]

Afbeelding 4. Bruins' brief. Bron: Museum Boerhaave

daarna niet meer zijn gebruikt, aangezien het in Bruins' herinnering jarenlang, ongebruikt dus, 40 atmosfeer bleef aanwijzen. Welnu, deze publicatie bestaat niet, zelfs als we enige variatie toelaten in jaartal, hoeveelheden atmosfeer en vaarrichting. Bovendien is er niet één publicatie waarin Clay met zijn breedte-effect komt, zoals Bruins suggereert, maar zijn het er in werkelijkheid minstens drie. Maar laten we bij het begin beginnen.

Dit begin is weinig heroïsch. Clay nam een toenemende kosmi-

[p. 55]

sche-stralingsintensiteit tussen evenaar en hogere breedtegraad voor het eerst waar in 1927 toen hij tijdens de lange en ongetwijfeld doodsaaie bootreis van Java naar Nederland (het was zomervakantie) de dagen doorlummelde door wat metingen te verrichten. Hij registreerde elektrische verschijnselen in de atmosfeer met een van de twee Kolhörster-elektrometers die hij een half jaar eerder had aangeschaft.

De metingen die vanuit Java een noordwaartse toename van de kosmische-stralingsintensiteit verraadden, leken hem weinig belang in te boezemen. Ze verschenen als een soort aanhangsel bij een overzicht van zijn Indische kosmische-stralingsonderzoek, waarvan vooral het minimum aan intensiteit dat iedere ochtend in Bandung optrad hem bovenmatig leek te interesseren. Clay vermoedde dat kosmische stralen weleens uit de hogere lagen van de atmosfeer afkomstig konden zijn. Hij twijfelde niet aan de gangbare veronderstelling dat ze uit elektromagnetische golven bestonden - geladen deeltjes kwamen niet bij hem op. Zoals Clay later toegaf, waren de metingen op de boot onbetrouwbaar geweest. Het instrument was gaan lekken, waarschijnlijk omdat het op het dek aan grote temperatuurverschillen had blootgestaan. In 1928 publiceerde Clay een herhaling van zijn eerste bootreismeting, maar dan voor de omgekeerde route, van Nederland naar Indië, en hij vond dan ook een afname van de kosmische-stralingsintensiteit. Het lijkt voor de hand te liggen dat deze publicatie voortkwam uit de terugreis van de vorige trip, maar helemaal zeker is het niet.

In dezelfde tijd dat Clay deze vakantiemetingen deed, waren de kosmische stralen juist een opmars begonnen van de marge van de wetenschap naar het brandpunt van de contemporaine fysica. Deze opmars was in de eerste plaats op het conto te schrijven van Robert Millikan, de Amerikaanse Nobelprijswinnaar van 1923, die in deze jaren op het toppunt van zijn macht en kunnen verkeerde. Met een combinatie van flair, fantasie en vakmanschap zette hij de kosmische stralen als onderzoeksgebied op de kaart, om vervolgens met gekonkel en controverses het debat jarenlang te blijven domineren.

In de tweede helft van de jaren twintig kwam Millikan met een gedurfde en verregaande hypothese waarvoor het een noodzakelijke voorwaarde was dat de straling uit elektromagnetische golven bestond en dus niet uit geladen deeltjes. Uit zijn eigen metingen meende hij te kunnen afleiden dat in de ‘golven’ grosso modo drie energieniveaus te onderscheiden waren. Hij speculeerde dat deze energieniveaus de productie verraadden, ergens in het heelal, van heliumatomen, siliciumatomen, zuurstofatomen en stikstofatomen (waarbij de laatste twee elementen golven van een gelijk energieniveau voortbrachten). Met briljant gevoel voor public relations noemde Millikan

[p. 56]

kosmische straling de ‘birth cries of atoms’. Hij sprak van een eeuwige kringloop in het universum van opbouw en vernietiging van elementaire deeltjes, waarin hij de hand van de schepper zag die in zijn ogen nooit zo naargeestig kon zijn dat hij het heelal langzaam liet uitdoven onder de werking van de tweede hoofdwet van de thermodynamica (waaruit af te leiden was dat de energie in het heelal alsmaar meer uitgesmeerd raakt, zodat er uiteindelijk geen veranderingen meer kunnen optreden en het heelal feitelijk dood is). Tegenover deze ‘warmtedood’ stelde Millikan zijn ‘cosmic optimism’, wat leidde tot krantenkoppen als: ‘Millikan finds creation still goes on while Creator directs the universe’.

Nu is Millikan een van de beruchtste ritselaars uit de wetenschapsgeschiedenis. De wijze waarop hij omsprong met de resultaten van collega's was vaak van twijfelachtig allooi en dat gold ook voor de wel erg lenige wijze waarop hij zijn waarnemingen ten faveure van zijn eigen hypothesen interpreteerde. De energieniveaus die hij meende te hebben onderscheiden kunnen achteraf bezien nooit hebben bestaan. En metingen uit 1926 - een jaar voor Clays eerste observatie - waarin hij het eventuele optreden van het breedte-effect alvast falsifieerde, bleken later wel degelijk een geografische breedteafhankelijkheid te bevatten. Het was een kwestie van interpretatie.

Millikan kreeg weerwoord. Allereerst van de Duitse fysici Werner Kolhörster en Walter Bothe, die tijdens een laboratoriumexperiment in 1929 een lastig weerlegbare aanwijzing vonden dat kosmische straling toch elektrisch geladen deeltjes bevatte. Daarna van de fysicus die zijn grote tegenstrever zou worden: Arthur Compton, eveneens Amerikaan, Nobelprijswinnaar (1927) en liefhebber van het grote gebaar. In 1932 zou Compton een armada aan expedities (negen in totaal) organiseren, die zo overtuigend aantoonde dat het breedte-effect wel degelijk bestond dat zelfs Millikan daar niet meer onderuit kon.

In de tussentijd bleef Clay maar breedte-effecten registreren tussen Nederland en Indië. Na de twee eerdere metingen kwam hij in 1930 met een nieuwe publicatie. Het ging nu om een retourvaart en opnieuw liep de meter tussen Nederland en Indië terug, om op de weg terug weer richting uitgangswaarde te kruipen.

Van de drie genoemde publicaties (zie tabel 1) van Clay is er maar één die enigszins in aanmerking zou kunnen komen als mikpunt van Bruins' verwijten. De eerste valt af aangezien Clay zelf al (in 1930) erkend heeft dat de metingen onbetrouwbaar waren. Het lijkt daarnaast onwaarschijnlijk dat hij de nog vrijwel nieuwe elektrometer vervolgens jarenlang ongebruikt 40 atmosfeer liet aanwijzen. De laatste publicatie kan het ook niet zijn, omdat die netjes een heen- en terugreis

[p. 57]

rapporteert. Clay vermeldt trouwens niet wat voor instrumenten hij bij deze reis gebruikte. De middelste reeks metingen komt het dichtst in de buurt. Het betreft een reis Nederland-Indië, met Kolhörster-apparaat, zonder gegevens voor de omgekeerde richting. Vanwege de problemen met de eerste metingen zouden de observaties wellicht kunnen gelden als de eerste betrouwbare meting van het breedte-effect, waaraan ze een primeurstatus zou kunnen ontlenen. Toch valt ook deze serie observaties af als kandidaat voor Bruins' beschuldiging. De simpele reden is dat Clay in die tijd het meetvat van zijn elektrometer helemaal nog niet onder druk zette, laat staan onder 40 atmosfeer.

Tabel 1. Clays ‘vakantiemetingen’. Uit: Clay, Doordringende straling
Reis	Datum observaties	Plaats and datum	Maximale intensiteitsverschil
Java - Nederland	juli 1927	Bandung 1927	40% (toename tussen de Rode Zee en de Middellandse Zee)
Nederland - Java	(ten minste enkele maanden) voor juni 1928	december 1928	43% (afname tussen Leiden en Suezkanaal/Singapore - Batavia)
Nederland - Java en terug	juni 1928	Voorgedragen tijdens knaw-bijeenkomst op 27 september 1930	17% (afname tussen Messina en Suezkanaal/Singapore - Batavia)
	sept./okt. 1929		25% (toename tussen Sabang - Singapore en Amsterdam)

De eerste keer dat Clay dat wel deed was tijdens een nieuwe reeks metingen uit 1932, toen hij een meetvat volpompte met argon onder 11 atmosfeer druk. Het was voor Clay de eerste keer dat hij de geografische metingen uit de vrijetijdssfeer haalde. Hij organiseerde de expeditie (waarbij hij niet zichzelf maar assistent H.P. Berlage op de boot naar Batavia zette) als onderdeel van zijn onderzoeksprogramma als Amsterdams hoogleraar - er zouden nog diverse expedities volgen. Jammer genoeg voor Clay verbleekte deze reis bij de grootse armada van Compton, die bovendien enkele maanden eerder met de resultaten

[p. 58]

naar buiten kwam. Clay gaf Berlage tijdens deze expeditie apparatuur van een nieuwe generatie mee. Het tijdperk van de Kolhörster-elektrometers was voorbij.

Afbeelding 5. Wereldkaart met isocosmen (lijnen van gelijke kosmische-stralingsintensiteit) door Compton samengesteld in 1936. Te zien is dat op hogere breedten de intensiteit van de straling hoger is. Het glooien van de lijnen wordt veroorzaakt door de wat excentrische ligging van de magnetische as in de aarde. Dit ‘longitude-effect’ werd voor het eerst beschreven door Clay na een expeditie in 1933.

Als er al een kern van waarheid in Bruins' uiteenzetting schuilt, dan wordt die aan het zicht onttrokken door een combinatie van een falend geheugen en doelbewuste laster. Toch kan die kern er wel degelijk zijn geweest, alleen al omdat Bruins ongetwijfeld te intelligent was om volledig uit de lucht gegrepen leugens te vertellen. Ook is het met alle onvolkomenheden van Bruins' beweringen nog niet gezegd dat het Kolhörster-apparaat zonder meer in ere moet worden hersteld als het apparaat waarmee Clay het breedte-effect ontdekte.

Tijd voor het rekenliniaal. We weten sinds Comptons expedities dat een correcte meting van het breedte-effect een intensiteitsverschil van ongeveer 15% moet opleveren. Clays eerste reeks gaf 40%, wat goed mogelijk is met een lekkend apparaat op het dek. De tweede meting viel echter nog hoger uit: 43%. En terwijl de heenreis van derde reeks een alleszins realistische 17% laat zien, gaf de terugreis wederom een te hoog getal op: 25%. Verontrustend was verder dat van de derde reeks de heen- en de terugmetingen op gelijke locaties heel verschillend waren. Op Kreta bijvoorbeeld gaf het apparaat op de heenreis 1,41 I aan, tegenover 1,12 I op de terugreis (I= het aantal ionen per seconde per kubieke centimeter meetvat). Nog kwalijker was het dat ook de inter-

[p. 59]

vallen tussen de locaties sterk van elkaar afweken: Kreta en Suez gaven op de heenreis respectievelijk 1,43 I en 1,18 I (een afname van 17%), en op de terugreis 1,00 en 0,95 (een toename van slechts 5%). Weliswaar is met dit rekenwerk niet onmiddellijk een waarachtige kern van Bruins' beschuldigingen blootgelegd, maar we kunnen wel concluderen dat alle vakantiemetingen van Clay ernstige tekortkomingen vertonen.

Dat zijn collega's zich bewust waren van de mankementen van Clays metingen blijkt uit een brief van Bowen, een medewerker van Millikan, aan Clay, waarin hij schrijft dat diens ‘discovery was to quite [an] extent more due to good fortune than to accurate measurement’. Clay zelf heeft echter, met uitzondering van de eerste reeks waarnemingen, zover we hebben kunnen nagaan, zijn metingen nooit de kanttekeningen gegeven die ze verdienen. Hij heeft zich het meest uitgebreid over zijn vakantiemetingen uitgesproken in een populariserend boekje, Kosmische stralen (uit 1953). Hij schrijft daarin dat hij in 1927 tussen Batavia en Genua ‘een duidelijke toename’ vond, en dat hij bij een reis van ‘Genua naar Batavia met een ionisatie-electrometer in een pantser van 8 cm ijzer een afname van 12% [vond], welke uitkomst in 1929 bij terugreis van Batavia naar Europa weer werd bevestigd’. Met deze gegevens, waarbij het opvalt dat hij zijn tweede reis in het geheel niet noemt, suggereert hij dat zijn metingen (volgens de berekening hierboven 17% en 25%) betrouwbaar waren.

Clay laat in Kosmische stralen niet na te melden dat tot 1932 de enige betrouwbare metingen van breedte-effect van hem afkomstig waren. Clays resultaten werden inderdaad tegengesproken door diverse andere (waaronder niet alleen die van Millikan, maar typisch genoeg ook van diens criticasters Bothe en Kolhörster), die geen significant breedte-effect lieten zien. Wel werd nog door A. Corlin tussen Noorden Zuid-Zweden een verschil in intensiteit gevonden, maar daarvan moest, aldus Clay ‘de realiteit, gezien onze latere ondervindingen, betwijfeld [...] worden’. Ergo, de eerste spijkerharde waarnemingen van het breedte-effect waren van hem. Nu kunnen Corlins resultaten achteraf gezien inderdaad niet hebben geklopt (op de hoge breedten waarop ze werden waargenomen treedt geen breedte-effect op), maar het rekenwerk hierboven onthult dat van Clays eigen metingen evenzeer ‘de realiteit betwijfeld moet worden’.

Wat Clays resultaten verder hun intellectuele glans ontneemt, is dat hij geen enkel benul had van hun implicaties. Nog in 1929, in zijn Amsterdamse inaugurele rede, gaf hij de kosmische stralen zonder voorbehoud een plaats in het elektromagnetische spectrum (en dus een golfkarakter). Niet vermoedend dat zijn meter telkens het tegendeel

[p. 60]

aanwees, bleek hij zelfs geheel te zijn gezwicht voor Millikans kosmische barensweeën. Pas in zijn derde publicatie uit 1930 (de heen- en terugreis) sluipt er voor het eerst enige twijfel aan het golfkarakter van kosmische straling tussen de regels. Twee jaar later blijkt hij uiteindelijk volledig om te zijn. Zijn professionele expeditie van 1932 was er expliciet op gericht om met het breedte-effect het deeltjeskarakter van kosmische straling aan te tonen. Clay had er, kortom, tot 1930 geen enkel idee van dat hij de bijl aan de wortel van Millikans theorie aan het zetten was. Voor zover Clay al iets belangwekkends aan het onthullen was, had hij geen idee wat het was.

Clays status als de ontdekker van het breedte-effect en (bijgevolg) van het deeltjeskarakter van kosmische straling is vooral in de Nederlandse media gecreëerd, die in de jaren 1930 de aandacht op hem vestigden vanwege zijn expedities. In navolging hiervan hebben tal van historische artikelen, biografische schetsen en necrologieën hem als zodanig geëerd. Clays collega-onderzoekers en wetenschapshistorici zijn altijd een stuk zuiniger geweest in hun oordeel. Ze gunnen Compton het breedte-effect, negeren Clay soms geheel, of noemen hem op zijn best degene die een toename van de intensiteit mat, zonder daaraan het predicaat van ‘ontdekker’ van het effect te verbinden. Ongetwijfeld heeft Clays reputatie te lijden gehad - zoals wel beweerd is - van de aandacht die Millikan en Compton op zich vestigden met de grootschaligheid van hun expedities en met hun mediagenieke optredens. Maar daarnaast blijken er ook voldoende inhoudelijke redenen te bestaan voor hun aarzeling om Clay de eer van de ontdekking toe te kennen. De grote verdienste van Clays metingen is dat ze ertoe hebben bijgedragen dat het breedte-effect op de wetenschappelijke agenda bleef staan, in een tijd waarin bijna alle andere waarnemingen een negatieve uitkomst hadden.

Dat Jacob Clay niet zonder meer kan worden beschouwd als de ontdekker van het breedte-effect, volgt uit een eenvoudige evaluatie van zijn meetresultaten en hun historische context, en niet uit de beschuldigingen van Bruins. Deze dragen voornamelijk bij tot het in diskrediet brengen van een fysicus die ooit in een historisch artikel geroemd werd om zijn ‘hoge morele standaard’ (wat dit ook precies moge betekenen). Misschien verraden de beschuldigingen nog het meest over Bruins zelf, ofschoon ook de wijze waarop Clay met zijn resultaten is omgegaan vraagtekens oproept.

De ontrafeling van het breedte-effect is een voorbeeld van hoe gecompliceerd zoiets als een wetenschappelijke ontdekking kan zijn. Waar een ontdekking vaak probleemloos op een enkel experiment en een enkele persoon wordt vastgepind, blijkt er in werkelijkheid een

[p. 61]

Afbeelding 6. Clays eerste metingen van het breedte-effect

complex proces aan ten grondslag te hebben gelegen, over een langere periode en met meerdere actoren. Zoals de bekende wetenschapshistoricus Thomas S. Kuhn in zijn artikel ‘Historical Structure of Scientific Discovery’ beschreef, is dit vooral bij ontdekkingen van onverwachte, niet-voorspelde verschijnselen het geval. Wetenschapshistorische studies hebben aangetoond dat Herschel niet als enige aanspraak mag maken op de ontdekking van Uranus, en ook kunnen we Priestley niet meer onbekommerd de ontdekking van zuurstof toeschrijven. De (nogal onverwachte) ontdekking van het breedte-effect blijkt al even problematisch toe te schrijven aan een enkele (serie) proefneming(en).

Waar Jacob Clays elektrometer ooit een belangrijke wetenschappelijke ontdekking representeerde, een glorieus hoogtepunt uit Neerlands wetenschapsgeschiedenis, blijkt hij bij nader inzien op voorbeeldige wijze allerlei contextuele aspecten van de wetenschappelijke

[p. 62]

praktijk uit te beelden. Zou ook een prima reden kunnen zijn om hem een mooiere plaats in het museum te gunnen.

Literatuur

Berkel, K. van, Citaten uit het boek der natuur: opstellen over Nederlandse wetenschapsgeschiedenis (Amsterdam 1998), pp. 241-263.

Bruins, E.M., ANAΓKH [Anagkè] (Amsterdam 1982).

Clay, J., ‘Doordringende straling’, Verslag van de vergadering der Wis- en Natuurkundige Afdeeling der Koninklijke Akademie van Wetenschappen 36 (Amsterdam 1927), pp. 1265-1277.

Clay, J., ‘Doordringende stralen ii’, Verslag van de vergadering der Wis- en Natuurkundige Afdeeling der Koninklijke Akademie van Wetenschappen 37 (Amsterdam 1928), pp. 976-983.

Clay, J., ‘Ultra Radiation (Penetrating Radiation) iii’, Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen 33 (Amsterdam 1930), pp. 711-718.

Clay, J., ‘The Earthmagnetic Effect and the Corpuscular Nature of (Cosmic) Ultra-Radiation’, Proceedings of the Section of Sciences, Koninklijke Akademie van Wetenschappen 35 (1932) pp. 1282-1290.

Clay, J., Kosmische stralen (Den Haag 1948).

Jongen, H.F., ‘Clay, Jacob’, in: J. Charité (red.), Biografisch woordenboek van Nederland, ('s-Gravenhage, 1979-2001) Vol. 5, pp. 111-113.

Klinkenberg, P.F.A., ‘Honderd jaar natuurkunde aan de Plantage Muidergracht’, in: R.F. Roegholt (red.), Wonen en wetenschap in de Plantage: de geschiedenis van een Amsterdamse buurt in driehonderd jaar (Amsterdam 1982), pp. 117-155.

Knobloch, E., ‘In memoriam Evert Marie Bruins (1909-1990)’, Historia Mathematica 18 (1991), pp. 381-389.

Kuhn, Th.S., ‘Historical Structure of Scientific Discovery’, Science 136 (1962), pp. 760-764. Herdrukt in: Th.S. Kuhn, The Essential Tension: Selected Studies in Scientific Tradition and Change (Chicago, London 1977), pp. 165-177.

Maanen, J. van, ‘In memoriam prof. dr. E.M. Bruins (1909-1990)’, Gewina, 14 (1991), pp. 116-118.

Maas, A., ‘Institutionalised Individualism: Amsterdam Physics between the World Wars’, Centaurus 47 (2005), pp. 30-59.

Maas, A., ‘Machinations, Manipulations and Cosmic Ray Measurements: Jacob Clay's Electrometer and the Discovery of the Latitude Effect’. In voorbereiding.

Maas, A., Atomisme en individualisme: de Amsterdamse natuurkunde tussen 1877 en 1940 (Hilversum 2001).

Maria, M. de & A. Russo, ‘Cosmic Ray Romancing: the Discovery of the Latitude Effect and the Compton-Millikan Controversy’, Historical Studies in the Physical and Biological Sciences 19 (1998), pp. 211-266.

Prins, J.A.,‘Clay (Claij), Jacob’, in: Charles C. Cillispie (red.), Dictionary of Scientific Biography (New York, 1970-80) Vol. 3, pp. 312-313.

Pyenson, L., Empire of Reason: Exact Sciences in Indonesia 1840-1940 (Leiden e.a. 1989), pp. 133-157.