Geschiedenis van de wetenschappen in België. 1815-2000

[p. 116]

Joseph Plateau. Unieke daguerreotypie Pelizzaro, 1813. Gent. Museum voor de Geschiedenis van de Wetenschappen ▪

[p. 117]

6 Joseph Plateau, een boegbeeld van de natuurkunde
Maurice F. Dorikens

Joseph-Antoine-Ferdinand Plateau werd geboren in Brussel op 14 oktober 1801. Na de dood van zijn ouders kwam hij op 14-jarige leeftijd onder de voogdij van zijn oom. Door zijn zwakke gezondheid verbleef hij vaak op het platteland, waar hij zich uitleefde in tekenen en vlinders verzamelen. In Brussel hield hij zich reeds bezig met ‘physique amusante’ of salonfysica. Hij bouwde zelf verschillende demonstratie-instrumenten, organiseerde kleine ‘séances’ en verbaasde zijn publiek met de originaliteit van zijn proeven.

Joseph Plateau studeerde van 1817 tot 1822 aan het atheneum van Brussel, waar Adolphe Quetelet (1796-1874) zijn leraar was. De rest van hun leven behielden beide geleerden een intense band. Dit komt onder meer tot uiting in een uitermate boeiende briefwisseling. Belangrijke artikels van Plateau verschenen vaak eerst in het door Quetelet in het leven geroepen tijdschrift Correspondance mathématique et physique, later in de publicaties van de Academie die eveneens door Quetelet werden geredigeerd.

Plateau, die door zijn oom op een loopbaan in de advocatuur werd voorbereid, werd in 1823 aan de universiteit van Luik kandidaat in de letteren en in 1824 kandidaat in de rechten. Tijdens deze studies was Plateau echter met heel andere zaken bezig: hij legde een herbarium aan, verzamelde mineralen, en had vooral een passie voor chemie. Hij had zijn studentenkamer omgevormd tot een klein laboratorium. Chloordampen veroorzaakten de nodige problemen met zijn gezondheid. Drie maanden na zijn kandidaatsproef in de rechten behaalde hij het kandidaatsdiploma in de fysische en wiskundige wetenschappen (26 oktober 1824). Zijn interesse ging in eerste instantie naar de scheikunde.

In 1827 werd Plateau leraar wiskunde aan het plaatselijke atheneum. In datzelfde jaar verscheen zijn eerste artikel in de Correspondance van Quetelet: ‘Construire un triangle équilatéral qui ait ses sommets sur trois circonférences données’. Kort daarop verscheen ‘Sur les sensations produites dans l'oeil par les différentes couleurs’, waarin hij aantoonde dat er voor bijna elke kleur een tint bestaat gelegen tussen de helderste en donkerste intensiteit, die in de verschillende mengingen een maximale indruk nalaat. Het was de aanloop tot zijn fundamenteel werk over de visuele waarneming.

Plateau's proefschrift Dissertation sur quelques propriétés des impressions produites par la lumière sur l'organe de la vue, verdedigd op 9 juni 1829, formuleerde een groot aantal zeer fundamentele conclusies. Het bevatte de eerste resultaten van het onderzoek naar de inwerking van kleuren op het netvlies (duur, intensiteit en kleur), het onderzoek in verband met de meetkundige samenstelling van bewegende krommen (meetkundige plaatsen), de waarneming van de vervorming van bewegende figuren en de reconstructie van vervormde figuren (anorthoscopische schijven).

Constructietekening van de meetkundige plaats ‘Coeur volant’, door Joseph Plateau. Gent, Museum voor Geschiedenis van de Wetenschappen ▪

[p. 118]

Naast de meting van de duur van de nawerking had het in het proefschrift beschreven onderzoek vooral te maken met het waarnemen van kleuren, de zgn. ‘accidentele’ (d.i. complementaire) kleuren en hun onderling verband. Zijn waarnemingen verklaarde hij door de ‘persistentie van de lichtindrukken’. Enkele belangrijke besluiten van Plateau zijn: elke visuele indruk heeft een zekere tijd nodig om zich te vormen, en om te verdwijnen; indrukken verdwijnen geleidelijk, niet plots; nadat een kleurwaarneming een maximum intensiteit bereikt heeft, duurt het gemiddeld ongeveer 0,34 seconden om volledig uit te doven; in de volgorde wit, geel, rood, blauw produceren deze kleuren de meest intense en de meest duurzame indruk. Plateau beschreef de nawerking van het beeld als rechtstreeks verbonden met de werking van het netvlies, wat in de 19de eeuw de gangbare opvatting was.

Omwille van gezondheidsproblemen nam Plateau in 1830 ontslag als leraar wiskunde aan het atheneum te Luik. Hij ging in Brussel wonen, waar hij in 1833-1834 leraar fysica was aan het Institut Gaggia, een onderwijsinstelling met een bijzonder goede faam. Plateau ging vaak naar de Sterren-

Anorthoscoopschrijf. Gent, Museum voor de Geschiedenis van de Wetenschappen ▪

wacht om met Quetelet te praten over fysica en demonstraties te doen.

Vanaf 1830 ging Plateau dieper in op de samenstelling van twee bewegende krommen tot één stilstaand beeld, ‘een geheel nieuwe soort anamorfose’. Plateau bedacht hiervoor een nieuw toestel, de anorthoscoop, waarbij de twee koppelingswieltjes die met de bewegende schijven waren verbonden op één as waren geplaatst en door een tandradoverbrenging werden aangedreven. De koppelingswieltjes waren uitwisselbaar zodat verschillende snelheidsverhoudingen instelbaar waren.

In ‘Sur un nouveau genre d'illusions d'optique’ beschreef Plateau de constructie en de werking van een schijf met 16 spleten en 16 tussenliggende sectoren. Werden in de sectoren 16 identieke figuren getekend, dan zag men bij het bekijken door de spleten van de draaiende schijf in een spiegel één stilstaande figuur. De geniale bijdrage van Plateau is dat hij in plaats van 16 maal dezelfde figuur te plaatsen, 16 figuren tekende die steeds iets veranderden. Door de ‘nawerking’ zouden de snel opeenvolgende figuren in mekaar overvloeien en werd een ‘beweging’ gesuggereerd. Om deze reden wordt Plateau geciteerd als de ‘voorloper van de film’, juister zou zijn ‘voorloper van de tekenfilm’.

Opmerkelijk is dat deze schijven of het experiment zelf in dit artikel alleen maar werden beschreven zonder dat er een naam voor was bedacht. Pas in 1831, in ‘Des illusions optiques sur lesquelles se fonde le petit appareil appelé récemment Phénakisticope’, dook een benaming op. Wie de schrijfwijze ‘phénakisticope’ heeft ingevoerd, is niet helemaal duidelijk. De titel van het artikel doet vermoeden dat het niet Plateau zelf was. Het is bekend dat de Parijse fabrikant Alphonse Giroux de schijven in Frankrijk introduceerde, eerst als ‘phénakisticope’, daarna onder de naamgeving ‘phénakistiscope’. Ackerman in Londen had de schijven in 1833 verkocht onder de naam ‘fantascope’. Plateau gebruikte ‘phénakisticope’ in veel van zijn brieven; het was dus een bewuste keuze. Toch wordt heden aan de schrijfwijze ‘phenakistiscoop’ de voorkeur gegeven.

In 1835 zette Quetelet Joseph Plateau aan om te solliciteren voor een benoeming aan de Gentse uni-

[p. 119]

Phenakistiscoopschijven Gent, Museum voor de Geschiedenis van de Wetenschappen ▪

versiteit. Plateau werd nog hetzelfde jaar benoemd tot docent. Hij werd belast met de cursus natuurkunde. Maar nog voor hij zijn eerste les gaf (15 januari 1836), vroeg hij aan de rector het aantal lesuren te verminderen wegens zijn zwakke gezondheid (ademhalingsproblemen, mogelijk een gevolg van zijn chemische experimenten in Luik). Hij moest dan ook slechts driemaal per week lesgeven. Hij slaagde erin zeer snel een groot aantal studenten naar de cursus fysica te krijgen, een uitzonderlijke prestatie aangezien de fysica te Gent in die tijd maar een oninteressante, droge wetenschap was die weinig aantrekkelijk werd voorgesteld. Er bestaan nog drie handgeschreven cursusnota's van

[p. 120]

studenten van Plateau. De nota's van Alexandre Fredericq zijn zeer gedetailleerd en bevatten uitstekende illustraties die ons een zeer goed inzicht geven in de stof die door Plateau werd behandeld.

Het laboratorium voor natuurkunde was vóór het aantreden van Plateau zeer slecht uitgerust. Hij zag onmiddellijk in dat er instrumenten moesten worden aangekocht. Plateau vond de nodige fondsen bij de Belgische regering en bij graaf Jean-Baptiste d'Hane (administrateur-inspecteur van de universiteit). Hij ondernam verschillende reizen naar het buitenland om bij de beste instrumentenmakers bestellingen te plaatsen. In 1831, 1833, 1836, 1838 was hij in Parijs. Een leveringsnota vermeldt o.a. een cilindrische lens, een calorimeter, een haarhygrometer, een apparaat met 7 spiegels voor de wedersamenstelling van licht, een koperen reflector voor de experimenten van Leslie, een heliumthermometer, een tekenapparaat van Nachet (‘chambre claire de Wollaston’), enz. Een wel zeer diverse uitrusting die er op wijst dat Plateau apparatuur kocht voor alle takken van de fysica. In 1837 kreeg hij een extra subsidie om naar Londen te gaan. Hij bracht ‘five cases of merchandise’ mee. In 1839 of 1840 ging hij naar Duitsland en in 1840 was hij opnieuw in Parijs. In 1843 kon hij Minister Jean-Baptiste Nothomb (1805-1881) met enige fierheid melden dat het laboratorium van Gent één van de best uitgeruste van zijn tijd was.

Plateau was ook van nabij betrokken bij de installatie van een meridiaanlijn te Gent. Tot de oprichting van de Sterrenwacht in 1826 gebruikten uurwerkmakers een zonnewijzer om de klokken in de grote steden te regelen. Bij de aanleg van spoorwegen was een nauwkeuriger tijdsbepaling belangrijk voor de verbindingen. Een koninklijk besluit van 22 februari 1836 legde de verplichting op om een meridiaankijker te installeren in Antwerpen, Oostende, Brugge, Gent en Luik. Tevens zou in kathedralen, stadhuizen of andere geschikte plaatsen van iedere belangrijke stad een meridiaan worden aangebracht. Op 29 februari 1836 werd Quetelet belast met de uitvoering van deze beslissingen. In 1838 werd een meridiaan (middaglijn) aangebracht in de vestibule van de Aula van de Gentse universiteit. Plateau heeft er persoonlijk aan meege-

Meridiaanlijn in de vestibule van de Aula van de Universiteit Gent ▪

werkt. Hij ondervond daarbij veel moeilijkheden, maar slaagde er toch in de meridiaan te plaatsen. Thans loopt hij als een koperen lijn doorheen de vestibule tot op de trappen die naar de Aula leiden.

In 1833 publiceerde Plateau bij de Academie Essai d'une théorie générale des apparences visuelles. Plateau stelde vast dat bij het waarnemen van één kleur (op een zwarte achtergrond) na een zekere tijd de ‘glans’ van kleur langzaam verminderde (‘perdre son éclat’). Keek hij vervolgens naar een wit vlak dan zag hij hetzelfde voorwerp maar in de complementaire kleur. Plateau voerde het experiment uit met een 50 cm lange (inwendig gezwarte) buis waarmee hij een rood vlak bekeek en na een tijd naar een wit plafond keek en een groene vlek zag, daarna opnieuw een rode, daarna weer groen,

[p. 121]

enz. Het verschijnsel alterneerde tot vier maal toe. Plateau formuleerde een eerste reeks besluiten: alternerende complementaire kleuren werden gezien met afnemende intensiteit en duur: ‘Deze verschijnselen zijn onderdeel van diegene die men “accidentele kleuren” noemt, naar analogie met Buffon, die de eerste observaties van dit soort kleuren deed’; de ‘accidentele kleuren’ worden samengesteld zoals gewone kleuren. De interpretatie van het samenstellen van complementaire accidentele kleuren zou Plateau echter nog problemen opleveren.

In 1833 gebruikte Plateau de ‘verminderde gevoeligheid van de retina’ om de accidentele kleuren te verklaren. In 1834 verliet hij dat principe en publiceerde hij in Essai d'une théorie générale comprenant l'ensemble des apparences visuelles zijn gewijzigde theorie die dan steunde op de ‘reactie van de retina’. In 1875 werd dit nog eens uitvoerig hernomen in Sur les couleurs accidentelles et subjectives. De ‘couleurs accidentelles’ manifesteerden zich volgens Plateau op twee manieren: in de tijd en in de ruimte. Plateau sprak, in navolging van Chevreul, van twee klassen: ‘De accidentele verschijningen van de eerste klasse worden soms gevolgd door één of meerdere (her)verschijningen van de primitieve indruk. De kleuren van de tweede klasse bieden zich soms aan als een fenomeen dat voor de ruimte is wat het eerste voor de tijd is’. Plateau bestudeerde vervolgens het ruimtelijk effect van de beeldvorming op het netvlies (2de klasse) onder de benaming ‘irradiation’.

Met ‘irradiatie’ werd het effect omschreven dat optrad wanneer men een helder voorwerp waarnam op een donkere achtergrond. De beeldvorming op het netvlies ‘s'étend un peu au-delà de l'espace directement excité’. Het helder voorwerp werd dan schijnbaar groter dan werkelijk waargenomen.

Om dit effect systematisch te bestuderen onderzocht Plateau de heldere hemel met een speciaal door hem ontworpen toestel. Hij leidde daaruit af dat irradiatie optreedt onafhankelijk van de afstand waarop men ze waarneemt; dat irradiatie toeneemt bij langere waarneming van een zelfde voorwerp; dat de grootte van de irradiatie afhankelijk is van de waarnemer; dat irradiatie toeneemt met de helderheid van het voorwerp, maar niet lineair; en dat irradiatie maximaal is op een zwarte achtergrond - op een achtergrond van dezelfde helderheid als het voorwerp is ze nul.

De uitgebreide beschrijving en analyse van de irradiatie-experimenten werd medegedeeld op de Academie in november 1838 en verscheen in 1839 als Mémoire sur l'irradiation. De publicatie kende slechts een beperkte verspreiding, waardoor het werk van Plateau in de daaropvolgende jaren dikwijls verkeerd weergegeven en beoordeeld werd. In 1843 maakte de blindheid van Plateau een einde aan zijn persoonlijke waarnemingen van irradiatie-effecten en moest hij beroep doen op een aantal medewerkers.

Plateau voerde vele experimenten uit om zijn oscillatietheorie van 1834 te testen. Hij was bijzonder

Irradiatietoessel. Gent, Museum voor de Geschiedenis van de Wetenschappen ▪

[p. 122]

Proef van Plateau: tekeningen van de oliesfeer door Plateau-Bernaert. Gent, Museum voor de Geschiedenis van de Wetenschappen ▪

voorzichtig, want de waarnemingen konden gemakkelijk erg subjectief zijn. De verklaringen waren erg omstreden. Om alle kritieken en opmerkingen die tussen 1833 en 1875 werden geformuleerd te weerleggen, verschenen van de hand van Plateau in 1875-1876 drie lange artikels onder de gezamenlijke titel Sur les couleurs accidentelles ou subjectives waarin hij alle kritiek analyseerde en nogmaals zijn visie verdedigde.

In 1873 verscheen in twee delen Statique expérimentale et théorique des liquides soumis aux seules forces moléculaires. De twee delen bundelen het volledige werk van Plateau gepubliceerd tussen 1842 en 1868 onder de vorm van 11 ‘Mémoires’ die betrekking hebben op experimenten met oppervlaktespanning bij vloeistoffen. Hoewel minder bekend bij het grote publiek, was dit onderzoek belangrijker dan zijn visuele perceptie-experimenten.

Plateaus preparator, ‘conservateur du cabinet’ en instrumentenmaker Bernaert liet in 1840 toevallig een kleine hoeveelheid olie vallen in een water-alcohol mengsel. Plateau zag met verwondering dat er kleine bolvormige oliemassa's werden gevormd. Het was voor hem de aanzet tot een lange reeks nieuwe experimenten en talrijke publicaties. Naar een ontwerp van Plateau bouwde Bernaert dan een instrument dat bekend werd onder de benaming ‘Proef van Plateau’. Wanneer een druppel olie wordt geplaatst in een alcohol-water-mengsel, neemt de olie een bolvorm aan. Als de olie en het alcohol-water-mengsel dezelfde dichtheid hebben, lijkt de oliedruppel te zweven in het mengsel. De oliesfeer is dan volgens de terminologie van Plateau ‘onttrokken aan de wetten van de zwaartekracht’. Bij langzaam draaien van het recipiënt om de as (één omwenteling in 5 seconden) wordt de bol afgeplat. Als de rotatiesnelheid verder wordt opgedreven ontstaat een torus (volledig los van de

[p. 123]

Toestel voor de Proef van Plateau. Gent. Museum voor de Geschiedenis van de Wetenschappen ▪

as). Bij nog hogere omwentelingssnelheden breekt de ringvorm in drie grote en een aantal kleine druppeltjes die op zichzelf draaiend om de as bewegen. Het experiment met de oliedruppel maakte Plateau wereldberoemd.

Plateau vroeg zich af welke krachten deze sfeervorm genereren. Omdat de zwaartekracht geen invloed meer heeft op de druppel, overheersen de moleculaire krachten aan het oppervlak. Plateau bewees experimenteel dat deze krachten optreden in een zeer dunne laag. Hij wist (uit de theorie van Laplace) dat een vloeistof op zichzelf in elk punt van het oppervlak een kracht uitoefent gelijk aan een constante (functie van de vloeistof) vermenigvuldigd met de gemiddelde kromtestraal van het oppervlak in het beschouwde punt. Daardoor kunnen een aantal evenwichtsoppervlakken ontstaan, zoals een bol (druppel), maar daarnaast ook de cilinder en het plat vlak. Plateau vond nog drie andere omwentelingsoppervlakken die aan de wetmatigheid voldoen: de onduloïde, nodoïde en catenoïde (benamingen ingevoerd door Plateau). De experimenten met oliedruppels in het water-alcohol-mengsel waren nogal omslachtig. Ze werden later hernomen met dunne vliezen op draadmodellen, waarbij dezelfde experimenten véél eenvoudiger uit te voeren waren en in grote trekken dezelfde besluiten opleverden. Het meest bekende voorbeeld is de zeepbel die een sfeervorm heeft net zoals de oliedruppel in de Proef van Plateau. Door interferentie van het invallend licht vertoonden de laminaire vliezen allerlei kleureffecten. Plateau slaagde er in de dikte van de vliezen te berekenen en kon daarmee een schatting maken van de actieradius van de moleculaire krachten die deze vliezen samenhouden.

In 1844 diende Plateau zijn onderwijs stop te zetten. Hij was volledig blind geworden. Hij kreeg in 1847 wel de toelating om thuis verder lessen te geven, wat hem toeliet zijn volledige wedde te behouden. Pas in 1871 werd hij tot het emeritaat toegelaten.

[p. 124]

Plateau werd omwille van zijn blindheid soms ‘martelaar van de wetenschap’ genoemd. De oorzaak van de blindheid van Plateau werd en wordt in vele (populaire) publicaties direct toegeschreven aan een experiment van 1829 waarbij hij meer dan 25 seconden recht in de zon keek. Recent onderzoek weerlegt definitief deze benadering. Het is niet aan te tonen dat Plateau's blindheid in rechtstreeks verband stond met enig wetenschappelijk werk. De juiste datum van de blindheid is moeilijk te bepalen omdat het een geleidelijk proces was dat zich afspeelde in de loop van 1843. Plateau schreef zelf zeer weinig over de oorzaak van zijn blindheid. Hij publiceerde wel in enkele artikels de zo wetenschappelijk mogelijke beschrijving van zijn eigen waarnemingen. Na 40 jaar blindheid had hij bijvoorbeeld nog regelmatig subjectieve visuele gewaarwordingen. Plateau werd zowel voor de experimenten als voor het bijbehorende schijfwerk geholpen door collega's en familieleden. Zijn vrouw hielp dagelijks bij het voorlezen van teksten en artikels. Zijn zuster Joséphine hielp waarschijnlijk bij schrijfen misschien wel tekenwerk. Voor de irradiatie- en hydrostatica-experimenten kon hij rekenen op de hulp van familieleden en collega's Duprez, Lamarle, Manderlier, Donny en natuurlijk ook Quetelet. Zijn schoonzoon Gustave Van der Mensbrugghe (1835-1911) voerde de demonstraties uit op de lezingen die Plateau hield voor verschillende genootschappen. Men kan alleen maar de grootste bewondering hebben voor de enorme mentale inspanning die de blinde Plateau moest leveren om de ingewikkelde analytische problemen op te lossen.

Plateau overleed op 15 september 1883. Zijn begrafenis had plaats op het kerkhof van Maria-kerke nabij Gent op 18 september, in aanwezigheid van vele personaliteiten. Vandaag bestaat het graf niet meer.