Frêle alleskunner

In het depot van Museum Boerhaave liggen talloze stukjes geschiedenis van de natuurwetenschap opgeslagen achter gordijnen en in ladenkasten. Zoals de koolspitslamp van Léon Foucault.

In het Panthéon in Parijs bewaart Frankrijk de resten van zijn beroemde doden, maar de koepelkerk was ook het toneel van een van de beroemdste demonstraties uit de geschiedenis van de natuurkunde. In het voorjaar van 1851 voerde Léon Foucault er zijn befaamde slingerproef uit, onder het oog van een grote schare verrukte toeschouwers. Eindelijk was overtuigend bewezen dat de aarde om zijn as draait.

De triomf in het Panthéon was de culminatie van een serie proeven die Foucault op 3 januari van genoemd jaar in het souterrain bij hem thuis was begonnen. Daar, in de Rue d'Assas, waar hij als verstokt vrijgezel bij zijn moeder woonde, hing Foucault een koperen bol van 5 kilo aan een staaldraad van 2 meter en liet de zaak netjes slingeren. Bij de eerste poging knapte de draad, maar vijf dagen later ging alles goed en kon Foucault het resultaat aan zijn collega's meedelen. Dat was zo verrassend dat François Arago, directeur van de Parijse Sterrenwacht, hem uitnodigde de proef in zijn instituut nog eens over te doen, ditmaal met een draad van 11 meter. Ook die slaagde en via bemiddeling van Louis-Napoléon Bonaparte, toen president van de Tweede Republiek, volgde enkele maanden later de apotheose in het Panthéon.

Onder die majestueuze koepel hing Foucault een bol van 28 kilo aan een koord van 67 meter. Uit de onderkant van de bol stak een markeerpen en op de vloer, ter hoogte van de omkeerpunten van de slinger, lag een ring van vochtig zand. Nadat het touw (dat de bol opzij trok) was doorgebrand begon een lange serie hypnotiserende slagen. De essentie van de proef was dat de plek waar de pen om de 16 seconden door het zand ploegde, beetje bij beetje verschoof. Na vijf uur – pas toen werd de demping hinderlijk – was het slingervlak over zo'n zestig graden gedraaid, met de wijzers van de klok mee. Die draaiing is schijn: in werkelijkheid houdt dit vlak, zo leert de klassieke mechanica, zijn oriëntatie vast, zij het ten opzichte van de vaste sterren. Dus verraadt de slinger de aardrotatie.

Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) was een uitvinder pur sang. Als zoon van een welgestelde Parijse boekhandelaar annex uitgever bezocht hij het Collège Stanislas, een eliteschool. Maar Léon bleek een middelmatige leerling die, ook al vanwege zijn tere gestel, alleen dankzij bijles zijn baccalauréat wist te halen. Wel was hij gezegend met twee gouden handen: als kind bouwde Léon net zo makkelijk een modelboot als een telegraaf of een stoommachine. Omdat hij zo goed kon prutsen ging hij in 1839 geneeskunde studeren, met de bedoeling chirurg te worden. Maar Léon kon niet tegen bloed en zijn interesse verschoof richting natuurkunde.

Zo experimenteerde Foucault met daguerreotypen, een voorloper van de moderne foto. Voor Alfred Donné, een van zijn docenten op de École de Médicine, schoot Foucault microscopische opnamen van lichaamssappen en publiceerde ze in een atlas: een van de eerste toepassingen van fotografie in de wetenschap. Eerder had hij met Hyppolyte Fizeau, een klasgenoot van het Stanislas, ontdekt dat het gebruik van broomdamp de belichtingstijd van daguerreotypen aanzienlijk bekortte. Ook maakte Foucault de eerste geslaagde daguerreotype van de zon. Tussen de bedrijven door ontwierp hij de hier afgebeelde koolspitslamp. Die had een mechaniek (een soort uurwerk) om de afstand tussen de koolelektroden automatisch bij te regelen, zodat de lamp continu helwit licht verspreidde en zo tot de Opéra wist door te dringen.

Een jaar voor zijn optreden in het Panthéon had Foucault in een ander klassiek experiment ontdekt dat licht in water langzamer loopt dan in lucht. Eindelijk leek het debat over de aard van het licht beslist. Sinds was vastgesteld dat licht plus licht duisternis kon opleveren (interferentie) en dat het mogelijk was licht te polariseren, had de golftheorie van Huygens de deeltjeshypothese van Newton steeds meer verdrongen. Omdat Huygens voorspelde dat licht in lucht sneller ging dan in water, terwijl Newton het omgekeerde poneerde, lag hier voor de experimentator een prachtkans om met een sprekende proef voor eens en altijd uit te maken wie gelijk had. Probleem was alleen dat de lichtsnelheid ongehoord groot was, 300.000 km/s, wat een extreem nauwkeurige proef vergde. Centraal in Foucaults opstelling stond een roterend spiegeltje dat 800 slagen per seconde maakte. Overigens kregen de lichtdeeltjes in 1905 eerherstel toen Einstein om de eigenschappen van fotocellen te verklaren het lichtquantum invoerde.

Foucault mocht grossieren in briljante uitvindingen en, geleid door zijn instinct, het ene na het andere precisie-experiment uitvoeren, toch duurde het tot 1855 eer de academische gemeenschap hem onderdak bood. In dat jaar benoemde Napoléon, inmiddels keizer, de frêle alleskunner tot huisfysicus van de Parijse sterrenwacht. Tot die tijd had Foucault zich moeten behelpen met een geïmproviseerd laboratorium bij hem thuis. In zijn nieuwe functie ontwierp hij een baanbrekend procédé om spiegeltelescopen van verzilverd glas te maken en kwam hij met installaties die kijkers permanent op de zon of de sterren gericht hielden.

Waarom vond Foucault niet eerder erkenning? Een verklaring kan zijn dat de gevestigde wetenschappelijke orde hem voor een amateur hield die lang niet alle vakken van de fysica beheerste. Foucault mocht handig zijn, van wiskunde had hij weinig kaas gegeten. In zijn proefschrift – een nadere uitwerking van het experiment dat de lichtsnelheden in water en lucht met elkaar vergeleek – stonden algebraïsche blunders die Foucault tijdens het mondeling examen niet kon wegpoetsen. Niet opgeleid aan de École Polytechnique of de École Normale Supérieure, hoorde hij er niet bij.

Bovendien was Foucault geen aardig mens. Nooit toonde hij emotie of liet hij zich meeslepen, koel en zakelijk verdedigde hij zijn standpunten. `Net een mandarijn met drie krulstaarten', klaagde een tijdgenoot. En dat hij sinds 1845 voor de Journal des Débats, een invloedrijke Parijse krant, de wekelijkse maandagbijeenkomsten van de Academie van Wetenschappen in pittige bewoordingen becommentarieerde, werd hem niet altijd in dank afgenomen. Pas bij de zesde poging werd Foucault tot Academielid verkozen. Dat was in 1865, twee jaar voor de hersenziekte zich openbaarde waaraan hij op achtenveertigjarige leeftijd overleed. Zijn naam staat gegraveerd in de Eiffeltoren, maar een plekje in het Panthéon zat er niet in.

Dit is deel 10 van een maandelijkse serie over voorwerpen uit het depot van Museum Boerhaave. Het voorwerp staat voor de gelegenheid in het museum uitgestald. Adres: St. Agnietenstraat 10, Leiden. Geopend di t/m za 10-17u, zo 12-17u.