Het Kouter. Jaargang 3

[p. 356]

Dwalingen in de natuurwetenschap
Door Prof. H.A. Kramers

Dat er in de natuurwetenschap dwalingen voorkomen, wie zal er zich over verwonderen! Soms ziet het er echter naar uit, dat dwalingen een noodzakelijke voorwaarde vormen voor de ontwikkeling van nieuwe inzichten. Ter staving van zulk een opvatting zij het mij geoorloofd een mijns inziens typisch voorbeeld te bespreken.

Gedurende het laatste tiental jaren der vorige eeuw hield Max Planck, de in het afgeloopen voorjaar 80 jaar geworden nestor der theoretische natuurkunde, zich op hartstochtelijke wijze bezig met het vraagstuk der temperatuurstraling. Het ging er om theoretisch de samenstelling van de straling te begrijpen, welke een voorwerp, dat op bepaalde temperatuur gehouden wordt, in de ruimte uitzendt. Is het voorwerp voldoende sterk verhit, dan gaat het zelfs gloeien, d.i. het zendt behalve warmtestralen ook lichtstralen uit; de bedoelde samenstelling hangt dus van de temperatuur af. Ze kan door het experiment bepaald worden en men kan trachten het resultaat der metingen met behulp van een wiskundige formule te beschrijven.

Zulk een formule had in 1893 Willy Wien opgesteld; zij beschreef de toen ter tijde nog vrij onnauwkeurige metingen niet slecht. Planck vermoedde, dat de formule juist was en meende in 1899 haar te kunnen bewijzen op grondslag van zijn uitgebreide berekeningen over emissie en absorptie van straling. Ongeveer terzelfdertijd bewezen echter de metingen van zijn Berlijnsche collega's dat Wiens formule onmogelijk de juiste kon zijn; hierdoor aangewakkerd ontdekte Planck een fout in zijn beschouwingen en wel in dien zin, dat een vaste leidraad, die hij meende gegrepen te hebben, geen houvast bleek te waarborgen. Hij ving nu aan eenigszins in het ronde te dansen met het materiaal aan begrippen en formules, dat

[p. 357]

hij zich verworven had en ziet: in 1900 brengt een eenigszins veranderde theoretische afleiding hem tot een nieuwe stralingsformule, die zeer wel bij het experiment paste en die wij ook heden ten dage als de juiste mogen beschouwen.

In die afleiding treedt een ‘grootheid’ op, die Planck vroeger al eens was tegengekomen en die hij in 1899 met de letter h had aangeduid. Die grootheid wordt het ‘elementaire quantum van werking’ genoemd, ook wel de ‘constante van Planck’. Wij weten thans, dat zij een der meest fundamenteele constanten der ‘natuur’ is. Inderdaad, Planck schiep met zijn ontdekking de zgn. quantumtheorie, die heden ten dage de grondslag vormt van een grootsche en schier onoverzichtelijke theorie van de scheikundige en natuurkundige eigenschappen van stof en straling; een theorie, die haar bestaansrecht, haar ‘juistheid’, zelfs voor de bloote minnaar van het ‘practische’, reeds op dezelfde wijze heeft bewezen, als de klassieke mechanica en electriciteitsleer in vroeger jaren.

Plancks verwoede en zegenrijke werkzaamheid berustte op een grootsch inzicht in zijn probleem, maar tevens... op een grootsche dwaling. Dat inzicht nader te analyseeren zou mij dwingen al te zeer op vakkwesties in te gaan; het is trouwens de dwaling, die ons hier vooral interesseert. Deze was hierin gelegen, dat Planck ervan overtuigd was, dat het mogelijk moest wezen, om met behulp van de toen ter tijde aanwezige begrippen en inzichten der natuurkunde het vraagstuk der temperatuurstraling op te lossen. En in 1900 meende hij die oplossing zoo eenigszins gevonden te hebben.

Ja, hij had een eerste schets van een oplossing gevonden, maar die oplossing was revolutionnair; haar waarheidsgehalte berustte - zoo kunnen wij het thans zien - op de omstandigheid, dat er gebroken was met traditioneele inzichten, dat het oude verbond was opgezegd. Weinigen hebben dit zoo duidelijk ingezien als Lorentz en Einstein; bij de oudere Lorentz uitte dit zich in louterende kritiek, bij de jongere Einstein in bewust revolutionnaire constructies op de door Planck geschapen basis; terwijl Planck in de eerste jaren na zijn ontdekking met weinig succes de zoo vaak ondankbare rol van middelaar trachtte te spelen. Vooral voor de ingewijden vertoonen de eerste tien jaren dezer eeuw een dramatische spanning; het

[p. 358]

verslag van het eerste Solvay-congres, dat in 1911 onder het onvergelijkelijke voorzitterschap van Lorentz te Brussel gehouden werd, legt hier schriftelijke getuigenis van af.

Hoe de roman verder verliep doet thans niet ter zake. Volstaan zij met de mededeeling, dat zij zoo mogelijk steeds spannender werd en dat het laatste hoofdstuk ook thans nog niet geschreven is. Waarmede ook samenhangt, dat de vakman nog niet in staat is overal te beoordeelen, waar er in die latere ontwikkeling der theorie wel gedwaald zou zijn en waar niet.

Dwalingen hebben ook vaak haar nut en beteekenis, zonder dat men ze daarom juist noodzakelijk zou willen noemen. Menigvuldig zijn de voorbeelden in de natuurwetenschap, waar er op grond van een of andere voorstelling geëxperimenteerd of gerekend werd en waar ten slotte een heel onverwacht resultaat de onderzoeker in de schoot viel. Dat zijn van die voorbeelden, waar zoo te zeggen ‘bij ongeluk’ een nieuw verschijnsel of een nieuwe wet ontdekt werd. Dit behoort echter tot de gewone gang van zaken. Of nu dat nieuwe verschijnsel, die nieuwe wet, het oorspronkelijk inzicht omverwierp of niet, doet niet ter zake. Ons menschelijk kunnen en denken is zoo beperkt, dat we al dankbaar zijn, wanneer we een inzicht, een houvast hebben, dat tot nader onderzoek inspireert; in de wetenschap is men er zich gewoonlijk zeer wel van bewust, dat dat inzicht verkeerd kan wezen of althans slechts een beperkt waarheidsgehalte zal hebben, zonder dat we de aard dier beperking kunnen omschrijven.

Henri Becquerel meende in 1896, dat uranylzouten onder invloed van het zonlicht wel eens Röntgenstralen zouden kunnen uitzenden; zijn proeven leerden hem, dat genoemde zouten uit zichzelf reeds stralen van tot dusver onbekende aard uitzenden. Het verschijnsel der radioactiviteit was gevonden. Becquerels verdienste was, dat hij het als een nieuw, onverwacht verschijnsel erkende. Mag men echter zeggen, dat hij het krachtens zijn dwalen gevonden had? Toch alleen maar inzooverre als alle werkzaamheid van de menschelijke geest een partieel dwalen is.

De zoo beroemde ontdekking van de planeet Neptunus naar aanleiding van Leverriers berekeningen, geliefd voorbeeld van de triomf der natuurwetenschappelijke methode, toont aan,

[p. 359]

dat het ook wel zonder dwalen kan. Leverrier voorspelde: daar en daar moet de onbekende planeet staan; Galle vond een nieuwe planeet ongeveer op de voorspelde plaats. En wat bleek gelukkig? Het nieuwe hemelkindje, zoo triomfantelijk binnengehaald, had juist de massa, die vereischt was om de eigenaardigheden van de baan van Uranus, waarop Leverrier gesteund had, te verklaren. Ook in de sterrenkunde zijn er echter voorbeelden te over, waar de waarneming niet overeenkwam met wat men vermoedde en zoo tot iets nieuws leidde. Klassiek is het geval van Bradley: hij zocht van 1725 tot 1728 de parallax van een ster en vond de aberratie.

Waar ligt nu wel het verschil tusschen zulke partieele dwalingen en de ontdekking van de quantumtheorie, waarvan ik in de aanvang gewaagde? Dat verschil precies te willen bepalen heeft nauwelijks zin, maar ik zou het zoo willen omschrijven: in de normale gevallen van dwalen had zelfs de knapste, de wijste mensch dat dwalen niet kunnen verhinderen; het hoorde bij het peil, waarop het menschelijk inzicht en kunnen stond. In een geval als dat van de stralingswet echter - ik zou hier van een radicale dwaling willen spreken - had een wijzere kunnen weten, dat de ingeslagen weg onmogelijk was. In zekere zin is er, in het geval der stralingswet, ook zoo een wijzere aan het woord geweest. Lord Rayleigh publiceerde in 1900, nog voor Plancks wet bekend was, een artikel, waarin hij aangaf, welke stralingswet de traditioneele physica ons wel zou doen verwachten. Deze wet, later ook nog door Lorentz op andere wijzen afgeleid, was niet alleen in flagrante tegenspraak met de ervaring, maar was bovendien geheel niet aan Planck bekend, toen deze de juiste wet opstelde. Gezien het onvermoede, revolutionnaire karakter der quantumtheorie kan het ons nu ook niet verwonderen, dat een man als Bohr, die zelf zooveel tot de latere ontwikkeling en vertolking dezer theorie heeft bijgedragen, bij een of andere gelegenheid eens zeide: het was bijkans een noodzakelijkheid, dat het bij de ontdekking van het quantum toeging zooals het toegegaan is.

De these, dat radicale dwalingen een noodzakelijkheid zijn in het proces van de ontwikkeling van de menschelijke geest, is natuurlijk gevaarlijk. Wellicht doen we voorzichtig zulk een noodzakelijkheid althans als een historische te betitelen; waar-

[p. 360]

mee dan in ieder geval tot uitdrukking gebracht is, dat we hier niet die enge vorm van noodzakelijkheid voor oogen hebben, die in de natuurwetenschap zulk hoog aanzien geniet. Hoe het ook zij, het lijkt mij de overdenking waard of genoemde these ook op specifiek niet wetenschappelijk terrein geldigheid mocht bezitten. Ik ben er mij wel van bewust, dat een nadere bepaling van wat onder dwaling te verstaan ware dan nog veel moeilijker wordt dan in de wetenschap; het is al bezwaarlijk genoeg, dat reeds hier die bepaling grootendeels een historische is. Toch kan ik mij niet geheel onttrekken aan de opvatting, dat op een gebied als het religieuze eeuwige waarden bereikt zijn en bereikt worden juist krachtens radicale dwalingen.