Ik, Albert. Het geheime dagboek van Albert Einstein.

Naar het begin

Velen hebben het definitieve resultaat van de discussies over het bestaan van atomen en moleculen niet afgewacht. Ze waren ervan overtuigd dat die atomen en moleculen echt bestaan en vanaf het begin deden ze pogingen om de grootte van die elementaire deeltjes (waarbij we in het midden laten of ze hiermee atomen of moleculen bedoelden) te meten.

Thomas Young probeerde in 1816 de grootte van de deeltjes van water te meten. En Loschmidt in 1866 de grootte van de deeltjes van lucht. En in 1870 probeerde Kelvin dat voor de gassen in het algemeen. Hij schreef zelfs onomwonden dat het een onweerlegbaar wetenschappelijk feit was dat gas uit bewegende moleculen bestaat. In 1873 deed Maxwell pogingen om de grootte van de deeltjes van waterstof te meten. Zijn berekeningen kwamen overeen met de resultaten van van der Waals van datzelfde jaar.

In de jaren 1880 kwamen de verschillende berekeningen in verband met de grootte van de deeltjes van gassen en waterstof meer en meer met elkaar overeen. Onder andere hierdoor kon je rond 1880 bijna niet meer ontkennen dat moleculen echt bestaan. Maar desondanks zijn er dus die mensen zoals Ostwald en Mach die atomen en moleculen ook vandaag, in 1897, nog onzin vinden.

Anderen vroegen zich dan weer af hoeveel moleculen er dan wil zitten in een bepaalde hoeveelheid gas of vloeistof of vaste stof. Avogadro had al beweerd dat dezelfde hoeveelheid van verschillende gassen onder dezelfde druk en temperatuur evenveel moleculen bevatten. In verband hiermee definieerde hij een bepaald getal, het getal van Avogadro (soms ook het getal van Loschmidt genoemd), dat zegt hoeveel moleculen een bepaalde hoeveelheid gas bij een bepaalde druk en temperatuur bevat. Dat getal moest in elk geval heel groot zijn, vele miljarden keer vele miljarden maar hij wist niet hoe groot het dan wel was. Velen hebben pogingen gedaan om dat getal te berekenen of te meten. Loschmidt en Maxwell waren slechts enkele van de bekendste voorbeelden.

En nu kun je mij geloven of niet maar ik wil ook dat getal meten. Ik ben ervan overtuigd dat atomen en moleculen echt bestaan en ik wil ook helpen om dat te bewijzen. Dat kan ik nu nog niet doen maar het zal zeker geen tien jaar meer duren. Daar ben ik echt van overtuigd.

Ik weet dat licht en radiogolven een vorm van straling zijn, meer bepaald elektromagnetische straling. Maar niet alle straling is elektromagnetische straling; er bestaan ook andere vormen van straling. Bij radioactiviteit bijvoorbeeld komt er ook straling vrij maar ik weet niet wat soort straling dat is. Ik denk zelfs dat niemand weet wat soort straling dat is. En er bestaat ook zoiets als kathodestraling. Kathodestralen ontstaan als je een elektrische spanning zet in een met gas gevulde buis waaruit je bijna al het gas wegpompt. Die elektrische spanning zet je op twee draden die zich op een kleine afstand van elkaar in die buis bevinden. Die draden noemt men elektroden. De draad met de postieve elektrische spanning noemt men de anode; de draad met de negatieve elektrische spanning noemt men de kathode. Als de draden uit het goede materiaal bestaan en als de afstand tussen de draden goed is, treedt er een elektrische ontlading op: er springt als het ware elektriciteit van de kathode naar de anode. Hierbij gloeit het gas tussen de draden op. Er treedt dus een vorm van straling tussen de anode en de kathode op. Die straling noemt men kathodestraling want we kunnen zien dat ze bij de kathode ontstaat. Ze gaat dus van de kathode naar de anode.

Er is al lange tijd een discussie aan de gang of die kathodestraling elektromagnetische straling is, zoals licht en radiogolven, ofwel een stroom van moleculen of atomen. De discussie is tot op vandaag de dag onbeslist.

Het was vandaag een historische dag voor de wetenschappen. J. J. Thomson heeft in de Royal Institution in Londen de resultaten van zijn experimenten met kathodestralen bekendgemaakt. Zijn conclusie maakte hij ook bekend, en dat heeft schokgoven door de hele wetenschappelijke wereld gejaagd.

Met zijn experimenten wou J. J. Thomson beter begrijpen hoe kathodestralen zich gedragen. Op die manier wou hij erachter komen wat kathodestralen zijn. In zijn experimenten liet hij kathodestralen door elektrische en magnetische velden afbuigen en hij mat heel precies de grootte van die afbuigingen.

Het feit dat kathodestralen afbuigen, is op zich al een heel opmerkelijk resultaat. Het bewijst immers dat kathodestralen elektrisch geladen zijn. Elektromagnetische straling is niet elektrisch geladen, wat ons misschien kan verwonderen, maar zo is het nu eenmaal. De eerste belangrijke conclusie was dus: kathodestraling is geen elektromagnetische straling.

Omdat kathodestralen elektrisch geladen zijn, kon J. J. Thomson veronderstellen dat ze uit elektrisch geladen deeltjes bestaan, een soort heel minieme kogeltjes die elektrisch geladen zijn. Op de beweging van die deeltjes paste hij de elektromagnetische wetten van Coulomb en de bewegingswetten van Newton toe. Die wetten van Coulomb zeggen aan welke elektrische krachten elektrisch geladen deeltjes onderhevig zijn. De wetten van Newton zeggen hoe deeltjes onder invloed van krachten bewegen. Door die twee wetten te combineren, kon hij dus berekenen welke beweging elektrisch geladen deeltjes maken. Of meer specifiek in zijn experiment, hoe ze worden afgebogen door elektrische en magnetische velden.

Hij combineerde de berekeningen met de resultaten van zijn metingen. Op die manier kon hij de elektrische lading en de massa (de massa kun je min of meer beschouwen als het gewicht) van de deeltjes berekenen. En zo constateerde hij een tweede hoogst opmerkelijk feit. De massa van de deeltjes bleek onafhankelijk te zijn van het gas waarmee hij werkte en ook onafhankelijk van het materiaal dat hij voor de draden gebruikte: welk gas je ook gebruikt en welk materiaal je voor de draden ook gebruikt, het maakt geen verschil voor de massa en de elektrische lading van de deeltjes.

Er was nog een derde heel verrassend resultaat. Die geladen deeltjes zijn duizend keer lichter dan de massa van het waterstofatoom. De massa van waterstofatomen had men vroeger al via een bepaalde techniek, namelijk elektrolyse, kunnen meten.

Uit dat alles trok Thomson enkele wereldschokkende conclusies. Namelijk dat elektrische lading door kleine deeltjes gedragen wordt en dat die deeltjes ongeveer duizend keer kleiner zijn dan waterstofatomen. En dan moet je weten dat waterstofatomen de kleinste gekende atomen zijn! Dus de kleinste gekende bouwstenen van de materie. En dan moet je ook weten dat atomen niet gesplitst kunnen worden! Thomson was dus van mening dat hij een nieuw bouwsteentje van de materie had ontdekt. Of zachter (en wetenschappelijker) uitgedrukt: zijn experimenten leveren resultaten op die duidelijk de hypothese van het bestaan van die bouwsteentjes ondersteunen. Wetenschappers zijn altijd heel voorzichtig wanneer ze ophefmakende ontdekkingen hebben gedaan. Ze zijn ook maar mensen en ze beseffen dat ze zich ook kunnen vergissen.

Ik probeer de conclusie van Thomson een beetje anders uit te leggen. Thomson heeft het eerste soort elementair deeltje ontdekt: het elektron. Waarom noemen we het een elementair deeltje? Omdat het elektron blijkbaar in alle stoffen voorkomt; het is een bouwsteentje dat in alle stoffen voorkomt: ijzer, water, bier. Want dat elektron is hetzelfde in alle experimenten die Thomson deed met alle soorten gassen en met alle soorten materialen als elektroden. Nu ja, hij heeft het niet echt getest met ijzer en water en bier maar zo werkt de wetenschap, zo werkt de wetenschappelijke methode. Je doet een aantal experimenten met zoveel mogelijk materialen en dan probeer je conclusies te trekken voor alle materialen, ook voor de materialen waarmee je geen experimenten hebt gedaan. Vandaar dat ik daarnet schreef: “zijn experimenten leveren resultaten op die duidelijk de hypothese van het bestaan van die bouwsteentjes ondersteunen.”

Het resultaat van Thomson luidt meteen het einde in van de discussie of kathodestralen een stroom van moleculen of atomen is ofwel elektromagnetische straling. Het is geen van beide. Het zijn elektronen, een nieuw soort materie. Een nieuw soort materie! Je kunt je voorstellen dat de wetenschappers ongelovig hebben gereageerd toen Thomson zijn resultaten voorstelde. De meeste wetenschappers denken dat hij ze voor het lapje houdt. Hier zullen nog vele dagen en nachten over gediscussieerd worden, dat geef ik je op een briefje.

Ik heb vandaag een brief geschreven aan Rosa Winteler, bij wie ik woonde toen ik op de kantonnale school van Aargau zat. Ik heb haar geschreven dat het harde werken en het aanschouwen van Gods natuur de engelen zijn die mij door het tumult van het leven leiden. Ik heb er haar niet bijverteld dat mijn aandacht vooral uitgaat naar de vrouwelijke aspecten van Gods natuur. Maar als God niet wou dat we de vrouwtjes zouden bekijken, zou hij ze toch niet zo mooi hebben gemaakt? Of ons geen ogen hebben gegeven? Er is er vooral eentje waar ik mijn pijlen op richt: mijn klasgenote Mileva Maric. En met succes overigens: ze ziet mij ook wel zitten.

Naar het begin

Copyright Frank Vermeulen

Contacteer ons: Nils de Waarnemer