Logo DBNL
Heike Kamerlingh Onnes. Een biografie (2005)

Heike Kamerlingh Onnes. Een biografie

(2005)–Dirk van Delft–rechtenstatus Auteursrechtelijk beschermd

De man van het absolute nulpunt


Vorige Volgende

25 Die Zustandsgleichung

De menukaart die op 8 februari 1904, de dies natalis van de Leidse universiteit, het diner van de Senaat vergezelde, had een uitgesproken natuurkundig voorkomen. Gerechten en wijnen, van ‘Huitres en Zélande’ en ‘Irroy demie Sec’ tot ‘Croûte de foie gras Germanique’ en ‘Bourg Pommard’, waren afgedrukt op een Gibbs-oppervlak zoals die sinds kort in het Natuurkundig Laboratorium uit gips werden vervaardigd. Het was een knipoog van rector Heike Kamerlingh Onnes. Ook op de kaart een tekening van het Rapenburg met zij aan zij Onnes' ouderlijk huis aan de Noorderhaven, het Groningse Academiegebouw, de ruïne van het Slot Heidelberg, de Polytechnische School aan de Oude Delft, het Leidse Academiegebouw en het Natuurkundig Laboratorium - een tekening van Menso. Aan de achterzijde Heike die in zijn ‘cyclopenhol’ onder toeziend oog van honden slingerproeven deed, en een foto van kamer e met de cascade voor vloeibare zuurstof.1

Op 21 september 1903, bij de opening van het academisch jaar, had Onnes, daarvoor secretaris van de Senaat, het rectoraat van de hoogleraar staathuishoudkunde H.B. Greven overgenomen. Dramatische taferelen bleven tijdens zijn beurt achterwege. Een commissie trok zich het lot aan van de soms in belabberde staat verkerende hoogleraarsportretten in de Senaatskamer. Om ‘verder verval der kostbare verzameling te stuiten’, aldus Onnes in het ‘Verslag van de Lotgevallen der Universiteit’, had de senaat uit eigen middelen het portret van Daniël Heynsius ‘van een wissen ondergang gered’ - laboratorium of schilderij, voor Onnes' woordkeus maakte het geen verschil.2 De dood van Paul Kruger, president van Transvaal en na de Boerenoorlog van 1899 balling, bood de Senaat de gelegenheid om, net als iedereen in Nederland, weer eens steun te betuigen aan de zaak van de ‘Zuid-Afrikaansche stambroeders’ - eerder dat jaar had Leiden een leerstoel Zuid-Afrikaans recht in het leven geroepen.

Tot de serieuzere zaken tijdens het rectoraat-Onnes behoorde de politieke druk om tot bijzondere leerstoelen en universiteiten te komen. De anti-revolutionair Abraham Kuyper, die in 1901 de verkiezingen had gewonnen, wilde een verdere ‘vrijmaking’ van het bijzonder onderwijs en in juni 1902

vroeg hij ook de Leidse universiteit om advies. De in meerderheid liberale senaat zag er bitter weinig in, sprak van ‘secte-katheders’ en ‘secte-universiteiten’ en vreesde bij benoemingen ‘partij-overwegingen’ die ‘noodlottig’ konden uitpakken voor het onderwijspeil.3 De filosoof Bolland, altijd goed voor pittige uitspraken, vond dat studies ‘vrij van theologischen druk’ moesten zijn - om eraan toe te voegen dat hij ‘een Roomschen en een gereformeerden philosoof’ aan zijn zijde rauw lustte.

Kamerlingh Onnes, die in 1902 het idee van bijzondere leerstoelen en universiteiten ‘te weinig doordacht’ vond, constateerde als rector zonder veel vreugde dat het plan in Den Haag ‘tot rijpheid’ was gekomen en dat Leiden er maar het beste van hoopte. Zijn visie op de universiteit: ‘[H]oofdzaak blijft voor ons, dat ons volk over de steun der wetenschap in den tegenwoordigen strijd om het bestaan in niet mindere, en zoo mogelijk in hoogere mate, beschikke dan andere natiën. Op den internationalen wedstrijd van het Universitair Onderwijs komt het aan. En van het hoogste belang is het, dat aan het Openbaar Universitair Onderwijs de noodige leerkrachten en hulpmiddelen worden verschaft, om in dien strijd niet te kort te schieten.’4

Het Leidsch Studenten Corps was ook tijdens het rectoraat van Onnes weer eens negatief in het nieuws geweest. De antropoloog De Groot hekelde het zware ‘dobbelen’ rond de dies op de studentensociëteit en vond dat Onnes als rector moest ingrijpen. Ook roulette was een onuitroeibaar kwaad. Zoals te doen gebruikelijk speelde de senaat dit soort incidenten niet al te scherp: de goede verhoudingen met het corps gingen voor.5 Onnes, zelf ooit rector van het Groningse studentencorps, had weinig trek in hard optreden. Ook toen er voor de zoveelste keer in de groentijd een noviet zwaar was afgetuigd, bleef het bij een beleefde brief naar het collegium. Onnes schreef overtuigd te zijn dat het corps ‘ruwheden’ jegens groenen die nu eenmaal ‘zeer beperkte vrijheid’ genoten niet zou tolereren. Het corps was het er roerend mee eens en antwoordde dat groenen altijd bij de praeses collegii konden klagen. De rector op zijn beurt nam van deze houding met ‘grote voldoening’ kennis. Dat was op 3 oktober, de viering van Leidens Ontzet, en diezelfde dag bezocht Onnes op de corpssociëteit het concert, alsof er niets gebeurd was.6

‘De herinneringen aan de uren, die mij in aanraking brachten met de studenten, behooren tot de aangenaamste van mijn rectoraat,’ zei Onnes toen hij het rectoraat september 1904 aan de classicus Van Leeuwen overdroeg. Daarbij dacht hij vooral aan het corps: ‘Het Collegium toonde zich één met ons in liefde voor Alma Mater.’ Het studentenleven bracht

jongelieden van de meest verschillende herkomst ongedwongen samen door gemeenschappelijke belangen, sympathieën, uitspanningen, liefhebberijen en genoegens en geven hun aanleiding tot gedachtenwisselingen, door welke zij elkanders verschillende idealen, overtuigingen en richtingen kunnen leeren waardeeren. Welk een tal van middelen om het latere leven te verrijken met herinneringen, die tot het einde toe verwarmen, om individualiteit en karakter te ontwikkelen en tevens den weg te banen, langs welken wij één volk van broeders moeten worden!

Aan nihilisten - studenten die geen lid werden van een vereniging - had Kamerlingh Onnes een broertje dood. Hij hekelde de aanstaande Indische bestuursambtenaren die sinds 1902 aan de Leidse universiteit studeerden (tot dat jaar zaten ze in Delft) en grotendeels spoorstudenten bleven. ‘Ik acht het mijne plicht er op te wijzen,’ aldus Onnes in de Lotgevallen, ‘dat dit aan de Universitaire vorming van velen ernstig afbreuk doet en zeer voor de hand liggende nadeelen voor velen van hen medebrengt. [...] Wie als student geen partij trekt van het voorrecht zich in de studentenwereld te kunnen bewegen, zal een belangrijken steun in het latere leven ontberen.’7 Maar Onnes' ideaalbeeld was geworteld in het verleden, toen de studenten nog een homogene groep vormden, gerekruteerd uit de elite. Aan het begin van de twintigste eeuw groeiden de verschillen en daarmee de spanningen. Arm en rijk, liberaal en socialist, corpslid en nihilist: binnen een zich opsplitsende studentenpopulatie was de tijd van het ongedwongen samenzijn voorbij.

Hoogtepunt van het rectoraat was het uitspreken van de traditionele diesrede op 8 februari in het Groot Auditorium. Onnes nam op de 329ste verjaardag van de Leidse universiteit - zoals te doen gebruikelijk - de gelegenheid te baat de toehoorders een kijkje te bieden in zijn eigen onderzoek. Onder de karakteristieke titel ‘De beteekenis van nauwkeurige metingen bij zeer lage temperaturen’ gaf hij een overzicht van wat op cryogeen gebied in internationaal verband zoal was gepresteerd, om zich in de tweede helft van zijn rede uit te laten over de uitdagingen waarvoor het Leidse laboratorium stond.8

Onnes had zich terdege geprepareerd.9 Broer Menso vroeg hij een concept van de rede te becommentariëren en hij las zijn vrouw Betsy de tekst voor om zich ervan te vergewissen dat het verhaal ‘binnen 't uur afliep’. De nacht voor de dies kon hij de slaap niet vatten maar zodra hij 's middags de katheder in het ‘eivolle’ Academiegebouw beklom voelde hij zich ‘heel kalm en opgewekt’ en nam hij rustig de tijd de zaal te monsteren en bekenden te groeten: Bosscha, Van der Waals, Sissingh, Zeeman, andere oud-leerlingen,

zoon Albert, neefje Harm (vader Menso zat met Kitty in Algerije) en verdere familie. Als vanzelf dwaalden zijn gedachten naar de elfde november 1882, toen hij op dezelfde plek zijn inaugurele rede had uitgesproken. Onder het orgel zat toen zus Jenny, met een blik van: ‘hoe jammer dat moeder dit niet kan bijwonen!’ Ook nu was ze afwezig: Antje Coers was in 1899 overleden. ‘Wat zou voor innerlijke vreugde de dag meer waard geweest zijn zoo Moeder dien had mogen beleven,’ schreef Menso vanuit Grand Hôtel Mustapha Supérieur in Algiers.10

Maar veel tijd voor bespiegelingen was er niet en met vaste stem stak Onnes van wal. ‘Van 't begin af werd ik met aandacht gevolgd en merkte ik al aanstonds dat het pakte,’ blikte hij later die maand in een brief aan Menso terug. ‘[O]ok bij de moeilijker passages bleef er dodelijke stilte en kon ik door een beetje “schwungvoll” lezen de menschen vast houden tot er weer iets meer begrijpelijks kwam. Het geheel viel bijzonder in de smaak [...] het succes was volkomen.’

Ook het diner in het chique Levedag in de Breestraat verliep in aangename sfeer. Er was voor vaatjes vloeibare lucht gezorgd waar de genodigden, onder wie Heikes studievriend Tellegen, proefjes mee mochten doen. De rector bracht toasts uit op de koningin en de Leidse universiteit en het genoeglijke samenzijn werd afgesloten toen het studentencorps de serenade kwam brengen. Betsy, Albert en verdere familie sloegen het schouwspel aan de overkant van de Breestraat vanuit de kamer van Crommelin (toen nog student) gade. De rector wuifde allen vrolijk toe. Waarna hij in zijn dankwoord het corps toevoegde dat de ‘betreurenswaardige voorvallen’ van het afgelopen jaar nog niet vergeten waren, maar dat laster van ‘vijanden van Leidens geestelijk streven’ geen pas gaf en dat hij ervan overtuigd was dat het studentencorps ‘zal toonen kerngezond te zijn’.11

In zijn rede - die in gedrukte vorm een forse verdieping onderging - zong Kamerlingh Onnes de lof van wat Casimir in 1983 de ‘wetenschaptechnologiespiraal’ noemde:12 ‘Geheel nieuwe mogelijkheden te verwezenlijken daarin wedijvert de techniek met de experimenteele physica. De eerste volgt de laatste bijna altijd op den voet; de haar gegeven impuls beloont zij door onschatbare hulpmiddelen, voor de samenleving bestemd, tevens in dienst van het verdere wetenschappelijke onderzoek te stellen.’ Ook het Leidse cryogene werk had ‘tot een reusachtige ontwikkeling der techniek geleid’. Immers:

De milligrammen ammoniak van Van Marum, de grammen koolzuur van Faraday zijn tot honderdduizenden en millioenen kilogrammen geworden. Koelmachines, met vloeibare gassen werkende, maken het bedrijf in bierbrouwerijen

en slachthuizen doeltreffend, het leven aan boord van oceaanstoomers en in de tropen dragelijk. In honderdduizenden stalen flesschen, door het Mannesmannprocédé uit gloeiend staal even snel gewalst, als de glasblazer zijne flesschen uit vloeibaar glas vormt, doorkruist het koolzuur alle landen, om bij het bereiden en schenken van koolzuurhoudende dranken, bij brandblusschen en waar niet al, gebruikt te worden. Krupp koelt er de kanonnen mede af bij de bewerking van het krimpen. Zwaveligzuur spoort in tankwagens van roostovens naar fabrieken. Om vloeibare lucht te maken, zijn reeds machines van 100 p.k. gebouwd; destilleerderijen van lucht om goedkoope zuurstof te leveren zijn in voorbereiding.13

Maar Onnes' hart lag bij de zuivere wetenschap. In de tweede helft van zijn rede ontvouwde hij zijn programma: onderzoek naar de toestandsvergelijking en wet der overeenstemmende toestanden. Die golden slechts bij benadering en om betere aansluiting bij meetuitkomsten te verkrijgen stelde Onnes empirische formules voor met maar liefst 25 constanten.14 De vraag was nu wat die constanten zeiden over de ‘aard der moleculen en hun onderlinge werkingen’. Daarvoor waren metingen aan eenatomige stoffen als helium, argon en neon het interessantst, het liefst vanaf zo laag mogelijke temperaturen. Maar edelgassen waren in de jaren negentig, toen Onnes zijn cascade op orde had, nog niet voorhanden en in eerste instantie concentreerde de aandacht zich op waterstof. Alleen precisiewerk telde: ‘Daar de wet der overeenstemmende toestanden bij benadering het gedrag der normale stoffen reeds voorspelt, hebben alleen nauwkeurige metingen wetenschappelijke waarde.’

Onnes had een visioen: experimentele toestandsvergelijkingen zó nauwkeurig bepalen - een klus waar de fysica naar zijn idee de hele 20ste eeuw de handen vol aan zou hebben - dat de bijbehorende (overkoepelende) empirische formules de afzonderlijke formules voor soortelijke warmte, uitzettingscoëfficiënten, dampspanningen, enzovoort zouden verdringen. ‘Men zal van iedere stof de toestandvergelijking in een enkel beeld, dat al deze grootheden in zich sluit [...] hebben samengevat en het zal de empirische toestandvergelijking zijn, welke men in tafels zal opzoeken, zooals men thans de empirische formule voor een uitzettingscoefficient bijv. opzoekt.’ Een Gibbs-oppervlak, volgens Onnes ‘een model dat nog meer waarnemingsuitkomsten samenvat’, bood in principe nóg completere informatie, die in een tabel viel weer te geven. Grafisch aan de slag gaan met een Gibbs-oppervlak had vooral didactische betekenis: door met een plaat over zo'n oppervlak te rollen kon je een bijzondere situatie verduidelijken.

‘Waarheen wij den blik ook wenden overal wordt ontzaglijk veel, nauw-

keurig werk onverpoosd van de cryogene laboratoria gevraagd,’ legitimeerde Onnes zijn inspanningen sinds 1882 - inclusief specialisatie en het opgeven van het ideaal van een breed ‘Huygenslaboratorium’. Waarna het tijd was voor een bruisend slotakkoord: ‘Ongetwijfeld staan wij aan den vooravond van groote ontdekkingen op natuurkundig gebied, die in het geheele maatschappelijk leven een omwenteling zullen brengen. Een voorgevoel daarvan trilt door de geesten van natuurkundigen, bezielt hen bij hun werk. Het lichtschijnsel, hetwelk de aanwezigheid van radiumemanatie aanwijst, verdicht zich in een door vloeibare lucht afgekoelde buis; ditzelfde lichtschijnsel verdampt bij verwarming, en wordt door een gas meegevoerd. Zal misschien een der eerste stralen van den dageraad der toekomst worden opgevangen in een cryogeen laboratorium?’15

Thermometers, manometers en andere precisie-instrumenten

Cryogene precisiemetingen, daar ging het in Leiden om. De daarvoor benodigde toestellen en meetapparatuur werden onder leiding van Flim en Kesselring in de werkplaats en glasblazerij van het Natuurkundig Laboratorium ontwikkeld. In de cryostaten diende de temperatuur tot op enkele honderdsten van een graad constant te blijven, en dat uren achtereen. Er moest een standaarddrukmeter komen en een standaardthermometer, en daaraan geijkte secundaire manometers (piëzometers) en thermometers om de metingen hanteerbaar te houden. Onnes' instrumentmakers hadden er hun handen aan vol. Gedetailleerde beschrijvingen van toestellen en instrumentarium, inclusief prestaties, vonden in groten getale hun weg naar de Verslagen van de Akademie (en de Communications). Een kwart van de artikelen van Onnes en zijn leerlingen ging over methoden en technieken. ‘Menig jong physicus,’ aldus Keesom, ‘heeft aan de nauwkeurige calibraties van piezometers met toebehooren of van de thermometers de vuurproef, waaruit zijn geschiktheid voor nauwgezet quantitatief experimenteel werk zou blijken, moeten doorstaan.’16

Het ontwikkelen van die precisie-instrumenten mag minder tot de verbeelding spreken dan de vloeibaarmaking van het helium of de ontdekking van de supergeleiding, het vormde wel de ruggengraat van het Leidse programma.

De standaard open manometer17 in kamer g is door Flim in 1898 gebouwd en had toen een bereik tot 64 atmosfeer. Een onmisbaar instrument: alleen op een kwikmanometer viel de druk rechtstreeks af te lezen. Nu komt 1 atmosfeer overeen met circa 76 cm kwikdruk, wat bij 64 atmosfeer een kwikkolom van meer dan 40 meter zou opleveren. En inderdaad had in Parijs Regnault een reuzenmanometer ingericht in de toren van het Collège



illustratie
Standaard open kwikmanometer, in 1898 door Gerrit Flim gebouwd. Hij bestond uit vijftien in serie geschakelde 3.1 meter lange buizen en reikte tot 64 atmosfeer. Het was een nauwkeurig instrument maar omslachtig in het gebruik en in de praktijk werd hij vooral gebruikt voor het ijken van gesloten manometers.


de France. Maar in de directe omgeving van het Leidse cryogeen laboratorium was geen toren voorhanden en dus gooide Onnes het over een andere boeg. De kwikmanometer werd gesplitst in 15 partiële manometers van elk 3.1 meter lengte, overeenkomend met 4 atmosfeer. Was de eerste buis niet toereikend, dan werden net zo veel volle buizen aangekoppeld als nodig om de te meten druk ‘aan te kunnen’. Door de laatste zeven j-buizen als differentiaalmanometer te gebruiken, was in combinatie met een geijkte gesloten kwikmanometer in drie stappen 100 atmosfeer haalbaar.

De druk van de ene j-buis werd op de volgende overgebracht door samengeperst gas. Elders gebeurde dat met water, maar vloeistofoverbrenging had als nadeel dat de manometer verontreinigd raakte. Eerst was gedacht aan glazen buizen van 12 meter, gemonteerd op een muur naast een trap, maar

die opstelling had als nadeel dat het aflezen van de kwikhoogte met een kijker (kathetometer) lastiger - en daarmee tijdrovender - zou zijn. Om te corrigeren voor temperatuureffecten was de standaardkwikmanometer uitgerust met 8 thermometers. Om de kans op lekkages te verminderen zijn later de verbindingen tussen stalen capillairen en glazen buizen verbeterd: soldeer in plaats van kit (afgekeken van Cailletet).18 Ook werden kranen en koppelingen van de manometer ondergedompeld in olie, zodat lekken zich verraadden door opstijgende bellen.

In de praktijk werd de standaard open kwikmanometer - met alle kathetometers die vanaf balkonnetjes aan het plafond van kamer g moesten worden afgelezen omslachtig in het gebruik - vooral gebruikt voor het ijken van gesloten manometers, waaronder drukbalansen. ‘Secundaire’ manometers hadden als voordeel dat ze gemakkelijker te hanteren waren en, minstens zo belangrijk, dat de insteltijd kort was - bij de open manometer bedroeg die soms drie kwartier. Ook de precisie deed maar weinig onder voor die van de standaardmanometer. Die precisie werd bereikt door het volume van het samengeperste gas in de voluminometer tot op 0,01 procent nauwkeurig te bepalen. Bij zo'n precisie mocht de vorm van de kwikmeniscus in de manometerbuis niet langer als een halve bol beschouwd worden. Schalkwijk heeft het volume dat de kwikmeniscus innam experimenteel en theoretisch tot de bodem uitgezocht, resulterend in een Akademieartikel van 24 pagina's.19 De eerste ijking van een Leidse gesloten kwikmanometer vond plaats in 1902.20 In 1915 volgde een verbeterde ijking tot 100 atmosfeer, waarbij de gewenste nauwkeurigheid van 1 op 10.000 werd waargemaakt21 - tien keer zo goed als de Amsterdamse drukbalans van Kohnstamm.

Thermometers met kwik (vriespunt -39oC) zijn in een cryogeen laboratorium niet aan de orde. Als primaire thermometers voor lage temperaturen waren in Leiden aanvankelijk waterstofgasthermometers in gebruik - in 1887 had het Comité international des poids et mésures dit gas uitverkoren. In de jaren negentig werkte Onnes met twee modellen: glazen bolletjes van 30 en 90 cc, op een steeltje van 0,25 mm inwendige diameter.22 Hoe groter het bolletje, hoe nauwkeuriger de thermometer maar hoe lastiger de constructie in een cryostaat - waar het woekeren was met de ruimte - viel in te bouwen. Het instellen van de kwikmeniscus in de voluminometer op een vast punt hield het thermometervolume constant. Omdat bij een ideaal gas de druk evenredig is met de absolute temperatuur, lag de schaal met twee meetpunten, in de praktijk geschaafd ijs (0oC) en kokend water (100oC), vast. Tot de benodigde correcties behoorden die voor het ‘valse volume’ (het volume tussen gasmeterbol en manometer) en het krimpen van glas bij afkoeling. Het laatste gaf Onnes aanleiding zijn assistenten W. Heuse

(1903) en Jacob Clay (1906) de uitzettingscoëfficiënt van Jenaglas 16111 en Thüringenglas te laten bepalen.23

In de praktijk was het waterstofgas niet ideaal. Om toch temperaturen tot op 0,01oC nauwkeurig te kunnen meten, was nog een extra correctie nodig. De omvang daarvan werd gedicteerd door de loop der waterstofisothermen. In de jaren 1906-1908 heeft Cornelis Braak die isothermen in kaart gebracht voor temperaturen tot die van vloeibare zuurstof.24 Wander de Haas voegde hier in 1912 het gebied voor vloeibare waterstof aan toe.25 Intussen was ook een heliumthermometer in gebruik genomen, waarvoor Onnes zelf de correcties bepaalde. In 1914 kwam daar nog een differentiaalthermometer bij: een dubbele gasthermometer, met een waterstof- én een heliumreservoir. De correcties, berekend uit loop der isothermen, vielen zo onderling te controleren. Beide thermometers bleken binnen 0,02oC met elkaar overeen te stemmen, waarmee de betrouwbaarheid van de Leidse gasthermometers vaststond. Met die differentiaalthermometer zijn vervolgens, steeds tegen waterstof, thermometers met zuurstof, stikstof, neon en argon geijkt. Deze experimentele aanpak had als voordeel dat het berekenen van de correcties, en daarmee ook het nauwkeurig bepalen van de isothermen, niet meer nodig was.

Gasthermometers zijn nauwkeurig maar traag en lastig in het gebruik. In de praktijk fungeerden ze vooral als ijkinstrument voor secundaire thermometers: thermokoppels, metaaldraden en dampspanningen. Die reageerden wel snel en waren stukken eenvoudiger in het gebruik. In eerste instantie nam Onnes, in navolging van Wroblewski, als secundaire thermometer een thermokoppel van nieuwzilver (een legering van koper, nikkel en tin) en koper.26 Een thermokoppel bestaat uit een metaaldraad die aan beide uiteinden aan een draad van een andere metaalsoort is vast gesoldeerd. Zodra beide contacten in temperatuur verschillen (het ene vast op 0 oC, het andere op de temperatuur in de cryostaat) ontstaat een zogeheten thermospanning die, afhankelijk van de combinatie aan metalen, kan oplopen tot 5 à 10 millivolt.

De keuze voor de combinatie nieuwzilver-koper was ingegeven door het feit dat de weerstand van nieuwzilver weinig met de temperatuur varieert. De uitkomst van een ijking was een empirische formule van de temperatuur als functie van de thermospanning. In 1885 had Wroblewski in Krakau drie ijkpunten genomen: kokend water (100oC), kokend ethyleen bij gewone druk (- 103oC) en kokend ethyleen dat werd afgepompt (- 131oC). Door die drie meetpunten (en het nulpunt) legde hij een derdemachtskromme: t = aV + bV2 + cV3 (met t de temperatuur ten opzichte van het vaste punt; V de thermospanning; a, b en c constanten). De nauwkeurigheid van de

Poolse formule kon Leiden niet imponeren.

Thermokoppels bleken lang niet de betrouwbare nauwkeurigheidsthermometers die Onnes voor ogen had. In 1903 stapte hij over op de combinatie constantaan-staal, die driemaal meer spanning gaf.27 Die spanning werd in een brugschakeling bepaald via een galvanometer. Toen Einthoven zijn snaargalvanometer presenteerde, hoopte Onnes dat dat instrument ook hem van pas kon komen - de oorlog met zijn buurman moest nog beginnen. Een ijking tot in vloeibare zuurstof (in totaal dertig meetpunten) werd vertaald naar een vijfdemachtsformule. Bij -200oC gaf dat altijd nog een fout van 0,15 graden. Toevoeging van twee ijkpunten in het waterstofgebied (-252 en -259oC) vermeerderde die foutmarge tot driekwart graad.28 Dat was mijlenver weg van de honderdsten van een graad die Onnes zich tot doel had gesteld. Of uitbreiding van de formule met een zesde macht zou helpen, was lang niet zeker; wel dat de hoeveelheid rekenwerk dan nog grotesker proporties zou aannemen. In 1914 probeerde Holst zeven combinaties metaal-koper uit en ijkte ze bij waterstof- en heliumtemperaturen.29 Maar ook die thermokoppels voldeden niet aan de verwachtingen.

Tot overmaat van ramp bleken thermokoppels instabiel. Bij dezelfde temperatuur viel de thermospanning, ondanks zorgvuldige preparatie van de draden, de ene keer anders uit dan de andere - er viel geen peil op te trekken. Tegen zo'n kwaal kon geen formule op. Zo viel het doek voor de Leidse thermokoppels. Tijdens de Eerste Wereldoorlog ruimden ze definitief het veld.

Intussen was in Leiden ruime ervaring opgedaan met thermometers van metaaldraad, waarbij de weerstand daalde bij toenemende koude. De eerste resultaten dateerden van 1902, toen Meilink een platinathermometer doormat.30 Vergelijkingen van platinathermometers met een waterstofthermometer waren eerder uitgevoerd door Olszewski, Dewar en anderen. Om er zeker van te zijn dat de temperaturen van waterstof- en platinathermometer in het vloeistofbad van de cryostaat niet uiteenliepen, werd de naakte metaaldraad (0,1 mm dik) om een glazen cilinder gewikkeld waarin een schroefdraad was geëtst (later: geslepen), terwijl in die cilinder het bolletje van de waterstofthermometer stak. De weerstand werd bepaald met een brug van Wheatstone. Twee takken in die elektrische schakeling bestonden uit klossen magnanindraad, de derde tak was een weerstandsbank (geijkt in de Reichsanstalt). Meilink stelde vast dat tot -180oC de meetpunten te vangen waren met een tweedegraadsfunctie van de weerstand tegen de temperatuur. De platinathermometer was in dat gebied tot op 0,2 graden nauwkeurig. Meer ijkpunten zou die prestatie ongetwijfeld verbeteren.

Daarop vergeleek Jacob Clay een platinathermometer met een goudther-

mometer.31 De gouddraad was getrokken uit 99,995 procent zuiver goud, geleverd door de Rijksmunt. Met een differentiaalgalvanometer werden bij een half dozijn temperaturen, van smeltend ijs tot afgepompt zuurstof, de relatieve weerstanden van beide metaalthermometers bepaald. De ijkcurve van goud bleek minder gekromd dan die van platina. Goudthermometers leenden zich dus beter voor extrapolatie.

Vanaf 1904 beschikte het cryogeen laboratorium in Leiden over een gekalibreerde platinathermometer, PtM gedoopt. De periode 1906-1908 hebben Clay en Onnes de metingen aan goud en platina tot vloeibare waterstof uitgebreid. Ook andere metalen en legeringen werden door hen - ook om theoretische redenen - uitgeprobeerd.32 De platinathermometer PtI die het duo afleverde verwierf zich de status van ‘secundaire standaardthermometer’. Ook toen de draad in 1906 onverhoeds brak en weer aan elkaar gesoldeerd moest worden, bleef deze platinathermometer onder de naam PtI' van waarde, zij het dat een nieuwe ijking nodig was. Kalibratie door Holst en Onnes in 1913 wees uit dat een nauwkeurigheid van 0,02 graden met PtI' zeker haalbaar was, en dat vergeleken met de ijking uit 1906-1907 de opgetreden verschuivingen minimaal waren.33

Het omzetten van een ijking in een formule van de temperatuur als functie van de weerstand gaf een vracht rekenwerk: alleen door veel termen in zo'n formule te stoppen kwam de vereiste nauwkeurigheid binnen bereik. Het bepalen van alle coëfficiënten en uitrekenen van temperaturen was een monsterklus. Ook al deed collega Ernst van de Sande Bakhuyzen, als astronoom door de wol geverfd als het ging om fits van series meetpunten, Onnes een ‘truc’ aan de hand die de kleinste kwadratenaanpak (de standaardmethode om de ‘beste’ lijn door een serie meetpunten te leggen) omzeilde zonder de nauwkeurigheid veel geweld aan te doen, dat nam niet weg dat men zich suf rekende. Om die kwelling te verlichten introduceerden Holst en Onnes een tweetrapsaanpak: een benaderingsformule met een beperkt aantal termen gaf zonder al te veel rekenwerk een ‘grove’ waarde van de temperatuur, waarna precisering volgde door in een ‘afwijkingskromme’ de correctie af te lezen.

In tegenstelling tot thermokoppels reproduceerden platina- en goudthermometers wel naar behoren: de uitkomsten veranderden na verloop van tijd niet. Het enige probleem kwam van eventuele verontreinigingen. De draden werden getrokken door Heraeus en het bleek dat het Duitse instrumentenbedrijf uit Hanau bij het bewerken verontreinigingen in het metaal introduceerde.

Getob met al dan niet reproducerende thermometers speelde niet bij een vierde vorm van thermometrie. Iedere vloeistof heeft zijn karakteristieke

dampspanningscurve: het verloop van de dampspanning boven de (afgesloten) vloeistof tegen de temperatuur. Het meten van de dampspanning komt in combinatie met die curve dus neer op het bepalen van de temperatuur. Dit type ‘thermometer’ verloopt niet en is internationaal ‘uitwisselbaar’. In 1907 bouwden Kamerlingh Onnes en Braak een dampspanningsapparaat dat als thermometer fungeerde.34 Ze concludeerden dat ‘een dampspanningstoestel bij uitstek geschikt is om temperaturen vast te leggen’. De nauwkeurigheid bedroeg 0,001oC, beduidend beter dan de gasthermometer (0,02oC) en de weerstandsthermometer (0,01oC).

In de jaren 1910-1918 zijn in Leiden van een serie vloeistoffen dampspanningscurves gemeten, zowel in het kader van onderzoek naar de toestandsvergelijking als uit oogpunt van thermometrie. Het ging om argon, helium, kooldioxide, chloormethyl (methylchloride), water, ammoniak, waterstof, zuurstof, stikstof en neon.35 Alles stond of viel met de zuiverheid van de vloeistof. In geval van waterstof, zuurstof en stikstof werd dat varkentje langs cryogene weg gewassen, wat inhield dat eventueel aanwezige verontreinigingen werden ‘uitgevroren’. Argon vereiste een andere aanpak. Die startte met ‘lucht voeren over een verhit mengsel van 90 % calciumcarbide en 10 % chloorcalcium’. Dit ruwe argon werd extra gezuiverd door het over een verhit mengsel van Hempel te leiden: twintig gewichtsdelen ongebluste kalk, vier magnesium en één natrium. Dan was het nog niet klaar: ‘De laatste sporen stikstof werden verwijderd, door de stikstof zich in een vlamboog met eventueel daartoe bijgevoegde zuurstof te doen vereenigen. De overmaat aan zuurstof werd daarna verwijderd door het gas over verhit koper te laten stroomen. Ten slotte moest nog de geringe hoeveelheid uit de lucht afkomstige neon verwijderd worden. Dit geschiedde door gefractioneerde destillatie bij -217oC (in vloeibare zuurstof onder sterk gereduceerde druk).’36 Crommelin, in Leiden de man van het argon, zal zich soms chemicus hebben gewaand.

De meetpunten resulteerden per stof in een dampspanningsformule. Als algemene vorm koos Onnes de betrekking: log p = a + b/T + c/T2 + d/T3 + A log T + BT + CT2 + DT3 (met p de druk, T de absolute temperatuur en a t/m D constanten). Van geval tot geval werden twee tot vijf termen uit bovenstaande reeks meegenomen, en de rest van de constanten op nul gesteld.

Al die lage temperaturen heersten in cryostaten, dewarglazen waarin vloeistof uit de liquefactor werd overgeheveld. Speciale voorzieningen (kleppenroerder, metaalthermometers, vacuümpomp, et cetera) zorgden ervoor dat de temperatuur in die cryostaten zo nodig voor langere tijd tot op 0,01oC constant bleef. Omdat het blazen van grotere dewarglazen aanvankelijk een brug te ver was - spanningen in het glas leidden tot breuk - bleef na de



illustratie
Kamerlingh Onnes aan het werk in zijn cryogeen laboratorium; tekening Menso Kamerlingh Onnes, 1904.


introductie (in 1902) van de eerste Leidse cryostaat de technisch aanzienlijk complexere kookkast tot in de Eerste Wereldoorlog in gebruik. Pas toen Kesselring cryostaten van 12 centimeter en breder aankon, raakte de kookkast in onbruik.

De temperatuur in de cryostaat liet zich fijnregelen via de druk boven de aanwezige vloeistof. Hoe lager de druk, hoe kouder - tot een zeker minimum. Omwisselen van vloeistof opende een ander temperatuurgebied. Chloormethyl bracht je van -24 tot -90oC, lachgas (stikstofoxydule) van -90 tot -102oC, ethyleen van -104 tot -160oC, methaan van -161 tot -183oC, zuurstof van -183 tot -217oC, waterstof van -253 tot -259oC en met helium was -269 tot -272oC bereikbaar. Daarmee was niet het hele temperatuurgebied afgedekt. Om het gat tussen zuurstof en waterstof te dichten werd vloeibaar neon gebruikt. Dat bood alleen soelaas voor het gebied -246 tot -249oC, terwijl aan het gebruik van dit gas bezwaren kleefden. In 1917 introduceerde Onnes daarom de waterstofblaascryostaat37 (in 1921 verbeterd). Daarin hield een stroom waterstofgas, fijngeregeld door een stookweerstand in combinatie met een metaalthermometer, de experimenteerruimte op de gewenste constante temperatuur, gelegen tussen die van vloeibare waterstof en van afgepompt vloeibare zuurstof.

De eerste experimenten met vloeibaar helium werden in de liquefactor zelf gedaan. Onnes wilde, net als bij waterstof, een losstaande heliumcryostaat, maar dat bleek een tour de force. In 1910 lukte het vloeibaar helium over te hevelen naar een apart vat,38 maar dat bleek een ‘gelukje’: volgende pogingen faalden. Een jaar later deed de heliumcryostaat na de nodige aanpassingen alsnog zijn intrede.39 Een aparte cryostaat bood meer ruimte voor instrumenten en nog in 1911 bepaalde Onnes heliumdampspanningen bij temperaturen boven het normale kookpunt.40 Aanvankelijk zat de heliumcryostaat vast aan de liquefactor; pas december 1923 lukte het helium naar een andere ruimte in het laboratorium te vervoeren.41 Ook de bouw van een heliumblaascryostaat voor temperaturen tot 13 kelvin stuitte op technische moeilijkheden, die Onnes en Flim in 1922 de baas waren. Onder in het verzilverde dewarglas met vloeibaar helium kwam een tweede dewarglas, maar dan op zijn kop.42

De empirische toestandsvergelijking

Al die instrumentmakerskunst, calibreerwoede en rekenarij stonden in dienst van het Grote Plan: onderzoek naar de toestandsvergelijking, de wet der overeenstemmende toestanden en aanverwante thermodynamica. Als eerste richtte zich de aandacht op de bepaling van de isothermen van waterstof - toen in 1893 de eerste voorbereidingen werden getroffen, moest Ramsay het helium op aarde nog ontdekken. In 1901, toen Onnes over geijkte manometers, thermometers en piëzometers beschikte, nam Schalkwijk de eerste waterstofisotherm voor zijn rekening: die bij 20oC. De jaren erna kwamen de lagere temperaturen aan bod, waarna de cirkel rond was toen

in 1915 de isotherm van 20 graden nog eens werd overgemeten. Bij 100 atmosfeer bleek de overeenstemming met de experimenten van de Franse hoge druk-pionier E.H. Amagat beter dan 99.9 procent.

De toestandsvergelijking van Van der Waals was in de praktijk onbruikbaar. Hij kon zo slecht met de gemeten isothermen uit de voeten dat Onnes in 1901 zijn toevlucht zocht tot een empirische toestandvergelijking.43 Ter bepaling van de formule dienden - bij gebrek aan Leidse resultaten - Franse series metingen van Amagat aan waterstof, stikstof, zuurstof en koolzuurgas. Na vele varianten beproefd te hebben koos Onnes voor de betrekking pV = A + B/V + C/V2 + D/V4 + E/V6 + F/V8. De viriaalcoëfficiënten A t/m F waren nog functies van de temperatuur. Uit iedere nauwkeurig bepaalde isotherm lieten zich, na heidens rekenwerk, waarden voor de viriaalcoëfficiënten destilleren. Om stoffen onderling te kunnen vergelijken werden temperatuur, druk en volume in de kritische waarden van die grootheden uitgedrukt. Dat leverde een gereduceerde empirische toestandsvergelijking op met gereduceerde viriaalcoëfficiënten. Die laatste waren in betrekkingen gegoten met ieder vier constanten, later opgehoogd tot vijf. Waarmee de gereduceerde empirische toestandsvergelijking maar liefst 25 constanten bevatte.

Probleem bij het onderzoek naar de toestandsvergelijking was dat de experimenten bij één- en tweeatomige stoffen zich slechts uitstrekten over betrekkelijk kleine intervallen van gereduceerde temperatuur en druk. Intervalletjes aan elkaar ‘plakken’ tot een overkoepelende experimentele gereduceerde toestandsvergelijking was problematisch: alleen bij een strikt geldende wet der overeenstemmende toestanden was dat toegestaan. Maar ook al ging het om een benadering, toch had zo'n gemiddelde gereduceerde toestandsvergelijking zijn waarde, met name als referentie. In 1908 werd er een ‘bij elkaar geharkt’ op basis van waarnemingen aan waterstof, zuurstof en stikstof (Amagat), isopentaan (Young) en ether (Amagat, Ramsay, Young).44 Hetzelfde jaar boog Keesom zich over een ‘storingsfunctie’ om deze ‘vii.i.’, zoals de gemiddelde gereduceerde toestandsvergelijking gedoopt was, in de buurt van het kritische punt te verbeteren.45 Nog beter was het de zaak te verengen tot een empirische gereduceerde toestandsvergelijking voor eenatomige stoffen: die was nóg nauwkeuriger. In 1911 zette Crommelin de eerste stap in die richting door publicatie van de gereduceerde empirische toestandsvergelijking van argon.46

De uitdaging was nu de 25 constanten, product van een fenomenologische benadering, te relateren aan de bouw van de moleculen en hun onderlinge aantrekking. Vooral Keesom zou zich op theoretisch gebied onderscheiden. In 1912 leidde hij uitgaande van de statistische aanpak van Boltzmann voor diverse typen interacties tussen de moleculen formules af

voor de tweede viriaalcoëfficiënt.47 Ook paste Keesom de nieuwe quantumtheorie van Planck toe op de toestandsvergelijking. Daarover in hoofdstuk 28 meer. Overigens heeft Onnes' empirische toestandsvergelijking uit 1901 vele alternatieven overleefd en nog altijd wordt hij door fysici gebruikt.

Kritische lichtverstrooiing

Een buitenbeentje in het Leidse onderzoek naar de toestandsvergelijking was kritische opalescentie. Een zuivere stof (of mengsel van twee stoffen) verstrooit invallend licht in een mate die afhangt van de kleur licht, de hoek waaronder je kijkt en de temperatuur. Bij zonlicht dat door de aardatmosfeer dringt speelt hetzelfde effect - de blauwe hemel is het gevolg van een grotere verstrooiing (opalescentie) van blauw licht. De lichtverstrooiing, zo stelde de Brit Rayleigh in 1899, vindt plaats aan dichtheidsfluctuaties: luchtmoleculen zijn op microschaal niet gelijkmatig over de ruimte verdeeld maar hopen zich door hun kriskras-beweging lokaal toevallig voor korte tijd op.

November 1907 begonnen Kamerlingh Onnes en Keesom samen een onderzoek naar lichtverstrooiing in ethyleen bij temperaturen afdalend tot de kritische waarde van ruim 11oC.48 Keesom, die het leeuwendeel van de werkzaamheden voor zijn rekening nam, hield de mogelijkheid open dat, los van moleculaire dichtheidsfluctuaties, in de buurt van het kritische punt het ethyleengas zich tot een nevel van uiterst fijne druppeltjes zou condenseren. De proef moest het formaat van die druppeltjes uitwijzen - als ze bestonden - en de lengteschaal van de fluctuaties. Daartoe was een optische opstelling gebouwd met een Nernst-lamp, de nodige lenzen, prisma's en nicols en een spectroscoop. Onnes en Keesom spraken in hun Akademieartikel (februari 1908), dat het idee van druppeltjes weersprak, van ‘voorloopige’ metingen. De race om vloeibaar helium ging voor en het werk aan kritische opalescentie werd op de lange baan geschoven - het zou niet tot een vervolg komen.

Dat had ook te maken met de vorderingen elders. Drie weken voor publicatie van het Akademieartikel gaf de Poolse theoretisch fysicus Marian von Smoluchowski in Annalen der Physik een theoretische beschrijving van kritische opalescentie,49 waarvan de belangrijkste resultaten nog net door Keesom konden worden verwerkt. Zo had Keesom, voortbouwend op de theorie van Smoluchowski, een opalescentieformule afgeleid die hem in staat stelde de Poolse theorie te toetsen aan de Leidse metingen - Smoluchowski bleef keurig overeind. Keesoms formule kwam in de Verslagen van de Akademie uit de lucht vallen maar in de Engelstalige Proceedings (en Communication 104b) stond in een noot hoe die formule was afgeleid.

Twee jaar later leidde Einstein langs strengere weg ook een opalescentie-

formule af, om op Keesoms resultaat uit te komen.50 Februari 1911, toen Einstein op uitnodiging van studenten in Leiden een lezing gaf en ook Onnes en Keesom opzocht, kwam het gesprek vanzelf op opalescentie. Einstein zei uit te zien naar een experimentele verficatie van zijn opalescentieformule, waarop Onnes antwoordde dat die toets door Keesom was uitgevoerd. Einstein erkende onmiddellijk de prioriteit die in die paar regels noot van Communication 104b was vastgelegd en drong er bij Keesom op aan zijn formule nog eens afzonderlijk in Annalen der Physik te publiceren - hetgeen geschiedde.51 Overigens was Einstein weinig onder de indruk van Keesoms afleiding. Toen het er in 1911 om spande wie in Utrecht de jong overleden hoogleraar Wind moest opvolgen, en Julius zich tot Einstein wendde met de vraag wie nu de betere fysicus was, Keesom, Debije of Ornstein,52 antwoordde de vader van de relativiteitstheorie vanuit Zürich dat Debije hem toch de betere theoreticus leek, en dat Keesom om zijn formule uit de theorie van Smoluchovski te kunnen afleiden een stap had gezet die de Poolse fysicus om goede redenen als ongegrond had gekenschetst.53 Prompt ging de Utrechtse leerstoel naar Debije.54

Intussen had de Amsterdamse student scheikunde Frits Zernike in het kader van een prijsvraag van de Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen zich ook over kritische opalescentie gebogen. Hij won goud - maar had liever geld - en werkte zijn inzending, die zowel een theoretisch als experimenteel deel omvatte, uit tot proefschrift.55 In 1914, toen hij in Groningen assistent was van de astronoom Jacobus Kapteyn, publiceerde Zernike met Leonard Ornstein een baanbrekend artikel op het gebied van opalescentie, waarin tekortkomingen in Einsteins artikel van 1910 werden gerepareerd.56 Met het proefschrift van 1915 waren Onnes en Keesom niet blij. Onnes schreef direct een brief op poten aan zijn vriend Haga, hoogleraar-directeur van het Natuurkundig Laboratorium te Groningen. Het stak dat Zernike nergens had vermeld dat Onnes en Keesom de eersten waren geweest met metingen aan opalescentie bij enkelvoudige stoffen. Ook een theoretisch bezwaar tegen de Leidse aanpak werd ontkracht.57 Eerder had Zernike kritiek geleverd op Keesoms statistische aanpak van gassen. Opnieuw tot ergernis van Onnes, die meende dat Keesom ‘diep in de theorie der verschijnselen weet door te dringen’ - een overschatting waar het kritische opalescentie betrof. Jean Perrin, de Franse fysicus die kritische opalescentie gebruikte om het getal van Avogadro te berekenen (en zo de realiteit van de moleculen aantoonde), mocht in zijn boek Les Atomes over ‘le beau travail de Mr. Keesom’ spreken, en Keesoms experimentele aanpak van kritische opalescentie mocht elders navolging vinden, het heeft de carrière van Onnes' theoretisch conservator weinig vooruit geholpen.

Waar Keesom wel eer mee inlegde was het schrijven, samen met Kamerlingh Onnes, van ‘Die Zustandsgleichung’, een mammoetartikel dat in 1912 in de Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften verscheen.58 Het bood een totaaloverzicht van de resultaten die het (theoretisch) onderzoek naar de toestandsvergelijking en de wet der overeenstemmende toestanden tot op dat moment had opgeleverd. Keesom, die het leeuwendeel van het werk had verricht, oogstte alom lof voor zijn prestatie.59 Pieter Zeeman sprak van ‘een prachtig monument van maar ook voor Hollandsche wetenschap’, de Fortschritte der Physik noemde het ‘das umfassendste und volständigste Werk’ dat de toestandsvergelijking tot onderwerp had, Jellinek had het in deel 11 van zijn leerboek der fysische chemie over ‘eine unerschöpfliche Fundgrube’ en Lorentz prees de ‘groote grondigheid en volledigheid’ van het stuk.60 Dezelfde brief waarin Einstein weinig waardering toonde voor Keesoms theoretische bijdrage aan de kritische opalescentie, was vollof over het Enzyklopädie-artikel - waarvan op dat moment alleen drukproeven beschikbaar waren. ‘Es ist das Mehr als ein blosses Referat,’ oordeelde Einstein. ‘Es zeigt zich überall ein scharfer Blick für das Wichtige und Interessante, ferner eine grosse Klarheit und wohltuende Anschaulichkeit des Denkens.’61 Max Planck, aan het begin van de eeuw wegbereider van de ‘oude’ quantumtheorie, prees de nauwgezetheid en collega Arnold Sommerfeld vond het werk ‘monumental’.

De Enzyklopädie der mathematischen Wissenschaften was een idee van Felix Klein, Heinrich Weber en Franz Meijer. In 1894 vatten zij het plan op om ter gelegenheid van de eeuwwisseling de verworven kennis op het gebied van de zuivere en toegepaste wiskunde in samengevatte vorm bijeen te brengen, inclusief de wiskunde van natuurkunde en techniek.62 Het project, uitgegeven door de gezamenlijke Academies van Wetenschappen in Göttingen, Leipzig, München en Wenen, dijde fors uit en zou uiteindelijk tientallen banden omvatten, in totaal meer dan dertigduizend pagina's. Pas in de jaren twintig was het klaar. Beroemd is het Enzyklopädie-artikel van Wolfgang Pauli over de relativiteitstheorie, Lorentz schitterde in artikelen over zijn elektronentheorie en Maxwells theorie van het elektromagnetisme en ook de bijdrage van Paul en Tatiana Ehrenfest over de grondslagen van de statistische mechanica verwierf zich de status van klassieker. Niet alle bijdragen haalden dat niveau maar als geheel was de encyclopedie een monument van menselijke denkkracht.

Coördinator van beide natuurkundedelen was Arnold Sommerfeld, toen hoogleraar theoretische fysica in Aken. Ter voorbereiding reisde hij samen met Felix Klein in 1898 naar Leiden, waar hij zich van de medewerking van Lorentz verzekerde - Kamerlingh Onnes hield toen nog een slag om de

arm. De correspondentie tussen Onnes en Sommerfeld over de Enzyklopädie (vooral Onnes' brieven zijn bewaard gebleven) begon op 13 september 1899. Onnes liet weten van medewerking af te zien. Het was hem onduidelijk, zo schreef hij, wat de redactie precies voor ogen stond, ook al omdat de fysicus heel anders (veel minder streng) met wiskunde omging dan de mathematicus. Wel was het ‘sehr schön’ dat in Nederland naar auteurs werd gezocht.63

Sommerfeld was niet voor één gat te vangen en suggereerde dat Korteweg, die immers over Gibbs-oppervlakken had gepubliceerd, Onnes als wiskundige zou bijstaan. Een handige zet: in zijn antwoord verzuchtte Onnes dat het hem ‘fast unmöglich’ was om opnieuw nee te zeggen. Korteweg zou de wiskunde voor zijn rekening nemen, terwijl Onnes toezegde ‘einige Seiten’ over de experimentele kant van de zaak te schrijven. Nu aan omvang en inleverdatum minder strenge eisen werden gesteld, aldus Onnes, wilde Leiden wel een artikel leveren. Een leerling of hijzelf zou het voor zijn rekening nemen, over een paar maanden kon Sommerfeld een stuk tegemoet zien.64

Dat was optimistisch gedacht. Mei 1900 liet Onnes weten dat een toezegging van zijn kant om met Pasen 1901 het artikel in te leveren er niet in zat. Om ‘ganz sicher’ te zijn stelde hij oktober voor, dan had hij de zomervakantie als ‘Zeitreservoir’.65 Sommerfeld ging direct akkoord.66 Bij die ene vertraging zou het niet blijven. Maart 1901 gaf Onnes te kennen dat, nu zijn asssistent Max Reinganum naar Münster was vertrokken, hij prijs stelde op een vervanger die hem bij het schrijven van het Enzyklopädie-artikel kon helpen. Kon Sommerfeld niet bij Klein informeren of deze soms een leerling wist die aardigheid had in Gibbs-modellen en die hem in Leiden kon bijstaan?67 Ook elders in Duitsland stak Onnes zijn licht op, waarna in 1902 W. Heuse, een leerling van Emil Warburg van de Reichsanstalt in Berlijn, in Leiden aan de slag ging als assistent.

Mei 1903 bood het naderende Leidse rectoraat Onnes de gelegenheid Aken de volgende vertraging door te geven. In dezelfde brief vroeg hij Sommerfeld, nu Heuse was vertrokken, opnieuw na te willen denken over een assistent.68 Het leidde tot de komst van H. Happel - die Onnes zwaar teleurstelde en binnen een jaar kon vertrekken. Intussen begonnen collega's die aan de Enzyklopädie meewerkten artikelen over verwante onderwerpen (Bryan over thermodynamica, Boltzmann over kinetische gastheorie, Minkowski over capillariteit) in te leveren. Onnes moest oppassen voor doublures en kreeg steeds minder speelruimte.69 Maar opgeven was niet aan de orde: Onnes achtte het zijn plicht ‘het aandeel, dat Van der Waals en de Nederlandsche physici, die in zijn voetspoor zijn getreden, aan de ontwikkeling van de toestandsvergelijking hebben gehad, goed tot zijn recht te doen

komen’. Holland sprak een woordje mee en dat moest voor het voetlicht.

In 1904 - van ‘einige Seiten’ was geen sprake meer - nam de zaak een wending toen Onnes zijn assistent Willem Keesom, zojuist gepromoveerd, bij het Enzyklopädie-artikel betrok. Dat bleek een gouden greep. Acht jaar lang heeft Keesom, naast zijn bezigheden als assistent en conservator, systematisch en met grote toewijding aan het project gewerkt - juist door die degelijkheid schoot het opnieuw niet op. Juni 1905 moest Onnes toegeven dat de achterstand op het tijdschema alleen maar was toegenomen. Het voorstel om een deel van het artikel alvast te drukken bleef hangen. In 1909 schreef Lorentz, die ook laat was, Sommerfeld dat Keesom vlijtig in de weer was maar dat onduidelijk bleef of er nog veel te doen was. Na nog drie jaar ploeteren was december 1911 het leed eindelijk geleden en kwam het alsnog tot een afronding.

Maar toen lag er ook wat. Met 327 pagina's is Die Zustandsgleichung het op een na grootste artikel uit de Enzyklopädie - Smekals stuk over quantumtheorie uit 1925 is twintig pagina's langer. Bijna alle 1125 voetnoten kwamen van Keesom en getuigden van een brede kennis van de bestaande literatuur. ‘[V]eeleer dan aan omvang en volledigheid dankt het zijne beteekenis aan de diep indringende kritiek, met welke Dr. Keesom elk deel heeft nagegaan,’ aldus Onnes. De monografie kwam als ‘supplement 23’ in de Communications en werd daar wél voorzien van een auteurs- en een zaakregister. Een afgerond geheel was het niet. Kort na verschijning in 1912 publiceerde Keesom, nog op stoom, een paar theoretische artikelen over de tweede viriaalcoëfficiënt die zo in Die Zustandsgleichung hadden gepast. Gemarmerde archiefdozen vol handgeschreven probeersels getuigen nog altijd van Keesoms titanenarbeid en Onnes' commentaren.


Vorige Volgende

Over het gehele werk

auteurs