Hendrik Antoon Lorentz: niet bang voor formules

Eenvoudig, eindeloos geduldig, wijs, en ook nog eens briljant. Mislukt kun je Nobelprijswinnaar prof.dr. Hendrik Antoon Lorentz (1853-1928) niet echt noemen, afgaande op zijn prestaties en beschrijvingen van tijdgenoten. Bij zijn begrafenis in 1928 kwamen hele mensenmenigten, inclusief leden van het Koninklijk huis, op de been, en de telegraafdienst werd enkele minuten gestaakt. Toch was natuurkunde ook voor een genie als Lorentz soms tasten in het duister en worstelen, blijkt uit drie gebundelde lezingen uit 1913.

Bruno van Wayenburg

Wetenschapspopularisatoren wordt wel eens voorgehouden dat je met iedere wiskundige formule de helft van je publiek kwijt raakt. Die regel gold vast nog niet in 1913, toen de inmiddels al wereldberoemde natuurkundige prof.dr. Lorentz drie lezingen hield voor algemeen publiek over het nog verse ‘relativiteitsbeginsel’, de basis van de relativiteitstheorie van Albert Einstein uit 1905.
Achtentachtig wiskundige formules werden uitgestort over de blijkbaar behoorlijk geïnformeerde burgerij van Haarlem, waar Lorentz inmiddels verbonden was aan Teyler’s Stichting. Aan de Leidse universiteit was hij alleen nog bijzonder hoogleraar, omdat onderwijsverplichtingen en zijn status van beroemd natuurkundige hem daar het experimenteren onmogelijk gemaakt hadden.
Het moet voor Lorentz een vreemde tussenperiode geweest zijn. De op handen zijnde wereldoorlog van 1914 stond op het punt de contacten met de Duitse wetenschap ernstig te verstoren, en ook wetenschappelijk was er stilte voor de storm. Einsteins uitgebreidere ‘algemene’ relativiteitstheorie, die ook de zwaartekracht betrekt in een radicale herschrijving van de basis van de natuurkunde, moest nog verschijnen in 1916.
Uit de gebundelde versie van de lezingen (met nog drieënveertig formules in de appendices) komt die voorlopigheid duidelijk naar voren. Zo beschrijft Lorentz een op de algemene relativiteitstheorie vooruitlopende berekening, die voorspelt dat de baan van de planeet Mercurius langzaam zou moeten verschuiven. Zo’n verschuiving was inderdaad gemeten, en die bedroeg 44 boogseconden per eeuw. ‘De hier besproken wijzigigingstermen geven eene beweeging van 7,15 boogseconden. Feitelijk kan dus hier van eene bevestiging niet gesproken worden’, concludeert Lorentz wat spijtig maar in fraai Nederlands. Later zou de complete relativiteitstheorie de 44 boogseconden exact voorspellen, het eerste daverende succes voor de theorie.
Hoewel Lorentz aan die theorie substantieel bijdroeg, tekent het toch wel zijn spagaat tussen de klassieke natuurkunde van de negentiende eeuw, en de revolutionaire theorieën van het begin van de twintigste eeuw: de quantummechanica en relativiteitstheorie.
Ook aan die klassieke theorie had Lorentz zijn steentje meer dan bijgedragen, door helderheid te brengen in de warboel van theorieën over elektromagnetisme. Al doende voorspelde hij zo het bestaan van het elektron, en zorgde hij voor een sluitende omschrijving van licht als elektromagnetische golven.
Wát er dan precies golfde, was in die tijd een grote wetenschappelijke kwestie, legt hij zijn publiek uit. Volgens Lorentz en natuurkundigen van die tijd was het de ‘ether’, waarin zich de rimpelingen voortplantten. Maar terwijl de wetenschap voortschreed werd die ether steeds ongrijpbaarder.
Zo leek de ether onverwacht geen enkele invloed te hebben op de voortplantingssnelheid van licht. Dat was gebleken uit een nu klassiek experiment van de Amerikanen Michelson en Morley.
Het was Lorentz zelf die dit probleem verklaarde door voor te stellen dat voorwerpen in de lengte krimpen naarmate ze sneller bewegen. ‘Op het eerste gezicht lijkt deze hypothese zeer vreemd’, houdt hij de Haarlemmers terecht voor. Maar het werkte in ieder geval voorlopig.
Het was Einstein die deze transformatie liet volgen uit zijn ‘relativiteitsbeginsel.’ Dat ging er onder meer vanuit dat de lichtsnelheid de hoogst toegestane snelheid was, die gelijk was voor alle waarnemers, ongeacht hun eigen snelheid. Hoewel Lorentz het allemaal braaf uitlegt, was vooral die maximumsnelheid een conceptuele sprong waar hij niet helemaal aan wilde.
En ook aan de ether bleef Lorentz vasthouden, al was die dan door Einstein overbodig gemaakt. Dat de natuurkundige daarmee niet bepaald voorop loopt, lijkt hij zelf ook wel te beseffen.
‘Wat spreker zelf betreft, hij vindt wel eene zekere bevrediging in de oude opvattingen, dat de aether althans nog eenige substantialiteit bezit...’
In zekere zin was Lorentz daarmee zijn tijd ver vooruit. Bijna een eeuw later werd er voor miljarden ether geveild aan telefoniebedrijven, die vervolgens bijna failliet gingen. Dat was toen wiskundige formules niet zo populair meer waren.

H.A. Lorentz (bewerkt door dr. W.H. Keesom): Het relativiteitsbeginsel, drie voordrachten gehouden in Teyler’s stichting. De Erven Loosjes 1913. 60 pgs. Alleen nog antiquair verkrijgbaar.