Christiaan Huygens - Het luchtledige, voorbericht

Vertaling van

Travaux divers - Avertissement

Het luchtledige, voorbericht

IV. Verdichting en verdunning van lucht, pneumatische werktuigen, experimenteel onderzoek, enz.

In maart of april 1659, tijdens een verblijf in Antwerpen, zag Huygens — die zich tot dan toe met pompen alleen bezig had gehouden om lucht te kunnen samenpersen²) — voor het eerst, in het werk uit 1657 van G. Schott, Mechanica Hydraulico-Pneumatica, het bestaan van "bepaalde pompen" die het mogelijk maakten alle lucht uit een groot glazen vat te halen³).
Op 12 oktober 1660 ging hij naar Parijs⁴) en vandaar naar Londen; in zijn Dagboek schreef hij op 11 april: "Op de bijeenkomst [Gresham College] kwam de heer Boyle" en de dag erna: "De heer Boyle kwam me bezoeken, en we hebben lang gepraat".
Terug in Den Haag schrijft hij op 9 juni 1661 aan zijn broer Lodewijk⁵) in Gresham College te hebben gezien "... tal van mooie proeven betreffende het luchtledige, die ze niet doen met kwikzilver in buisjes, maar door met behulp van een bepaalde soort pomp [deze uitdrukking geeft aan dat Lodewijk zo'n soort pomp nog niet kende] alle lucht te halen uit een groot glazen vat, waarin ze vooraf een of ander dier zetten, en allerlei andere dingen". Bovendien belooft hij hem het boek van Boyle uit 1660 over dit onderwerp⁶) te laten zien.

²) Zie het stuk van 1658 op p. 305.
³) T. 2, p. 389 ... Hierin voor het eerst de luchtpomp, uitgevonden door O. von Guericke (p. 441, Ned.), en "argumenten van vacuïsten en Aristotelisten worden onderzocht, en aan de geleerden voorgelegd om verder te ziften [Lat.: ventilanda]". Het boek van Guericke zelf verscheen pas later, Experimenta nova (ut vocantur) Magdeburgica de vacuo spatio, Amst. 1672.
⁴) In zijn Dagboek schrijft Huygens op 6 januari 1661, na de hertog van Roannez te hebben genoemd: "Ik vertelde hem over mijn uitvinding voor de zuiger, om het vlas hoger aan te brengen". Dit slaat blijkbaar op de perspomp: zie wat in de tekst gezegd wordt over Lodewijk. Het Dagboek komt hierna nog aan de orde op p. 261 en 261.
⁵) T. 3, p. 276.
⁶) New experiments Physico-Mechanical touching the Spring of the Air, and its Effects. Boyle had dit boek aan Huygens gestuurd op 27 april (Dagboek). In nov. 1661 schreef Huygens aan Moray (T. 3, p. 384) over "de werkelijke redenen van de effecten van het luchtledige, die in het boek van de heer Boyle staan".

[ 259 ]

Op 6 oktober 1661 schrijft Huygens: "dat ik het werktuig van meneer Boyle laat maken"⁷); we kennen niet de naam van de 'instrument maecker'⁸).
Het werktuig van Huygens (zie de figuur van p. 313) onderscheidt zich van dat van Guericke en dat van Boyle door de invoering van een belangrijk onderdeel, de plaat ['schoteltje'] met stolp ['fles'].
Op 22 oktober⁸) schrijft Huygens aan zijn broer Constantijn dat het instrument nog niet werkt, de wijdte van de buis was niet constant. Deze buis werd vervangen door een andere "van massief koper"⁹), zodat de pomp vanaf 29 november 1661 goed werkte. Op deze datum begon hij de reeks proeven die te vinden is op p. 313-331 hierna.*)
Het spreekt vanzelf dat Huygens allang bekend was met wat men gewoonlijk noemt het luchtledige van Torricelli¹⁰). Al in 1648 had Mersenne in zijn brieven aan vader Constantijn¹¹) en aan Christiaan¹²) gesproken over de experimenten van Blaise Pascal van 1646-1647¹³), over het Latijnse boek van 1648 van pater Noël, over de blaas die opzwelt in het luchtledige, enz. Christiaan had hem op 20 april 1648 geantwoord, in elk geval over de blaas, waarvan hij het opzwellen toeschrijft aan uitzetting of verdunning van de lucht erin.
Opgemerkt zij dat Descartes al voor Mersenne een briefwisseling had gehad met vader Constantijn over deze onderwerpen; zie met name de brief van Descartes van 8 december 1647 (ed. Roth [1926], p. 256), waar eveneens sprake is van Pascal.
Toen hij Mersenne beantwoordde kende Christiaan even goed als zijn vader de
⁷) T. 3, p. 359 [Samenvatting brief aan Thevenot].
⁸) T. 3, p. 371 ["De pomp en gaet noch niet. de buijs was so ongelijck van wijdte dat men geen of weynich lucht uyt de fles kost werken"].
⁹) T. 3, p. 384 [aan Moray, 4 nov.], 389 [aan Lodewijk, 23 nov.; "ik denk dat hij morgen klaar is"]. De cilinder van Boyle's pomp gemaakt door R. Hooke, was eveneens van koper; zo ook bij die van Guericke, beschreven door Schott.
[ *) Geschreven in het Nederlands; even bladzijden: Franse vertaling.]
¹⁰) Waarvan sprake is op de vorige blz ("kwikzilver in buisjes"). Zie b.v. Ch. Turot in T. 1 (1872) van Journal de Physique théorique et appliquée [en hier].
¹¹) T. 1, p. 75, 84. ¹²) T. 1, p. 91. ¹³) T. 1, p. 84.

[ 260 ]

Principia Philosophiae van Descartes¹), waarin deze in Cap. XVI [p. 41] en XVII van het tweede deel aanvoert "te bestrijden dat er een lege ruimte is, of waarin helemaal geen enkel ding is" en "dat een lege ruimte in het gewone spraakgebruik niet elk lichaam uitsluit" en in Chap. 6 van hetzelfde deel, om deze keer de Franse tekst te citeren (ed. Adam & Tannery, T. IX B, p. 66):

Pour ce qui est de la rarefaction & de la condensation, quiconque voudra examiner ses pensées, & ne rien admettre sur ce sujet que ce dont il aura une idée claire & distincte, ne croira pas qu'elles se facent autrement que par un changement de figure qui arrive au corps, lequel est rarefié ou condensé: c'est à dire que toutes fois & quantes que nous voyons qu'un corps est rarefié, nous devons penser qu'il y a plusieurs intervalles entre ses parties, lesquels sont remplis de quelque autre corps [nous soulignons].

[Ned. 1657, p. 47]

Wat de verdunning en verdikking aangaat, degeen, die op zijn gedachten merkt, en in dit stuk niets, dan 't geen wil toelaten, 't welk hy klarelijk en onderscheidelijk begrijpt, zal niet achten dat daar in iets anders gebeurt, dan een verandering van gestalte, dewelk aan 't lighaam overkoomt, dat verdunt of verdikt word: dat is dat, zo dikwijls als wy zien dat een lighaam verdunt word, wy denken moeten dat het veel tusschenheden tusschen zijn delen heeft, die van andere lighamen vervult zijn [cursivering van ons].

Bij verdunning komt volgens Descartes de subtiele materie precies de plaats innemen van verdichte materie. Het is te geloven dat Christiaan, toen hij in 1644 of 1645 deze passages van Descartes las, in het begin instemde met zijn ideeën of liever zich erdoor liet meeslepen²); wat hem er evenwel niet van weerhield in 1648 te spreken over de 'lege ruimte' zoals Democritus al in de Oudheid had gedaan. Ook later zien we Christiaan Huygens steeds geneigd het luchtledige aan te nemen³), waarin harde atomen in rust of in beweging zijn, maar kennelijk zonder de hele ruimte te vullen, bolvormig of met een andere vorm³), van heel kleine afmetingen.

Een absoluut lege ruimte, bestaat die wel of niet in de natuur? Democritus bevestigde het, Aristoteles ontkende het⁴); het gewicht van de vraag (nog steeds actueel) was dus duidelijk in de ogen van niet alleen natuurkundigen, maar ook van de geleerden, en in het algemeen van allen die interesse hadden, vanuit welk gezichtspunt dan ook, hetzij voor de meningen van deze filosofen zelf, hetzij voor die van modernere denkers die met meer of minder succes oude stellingen in hun filosofische systemen hadden opgenomen.
In het geval van het experiment van Torricelli was het deze vraag over het al of niet bestaan van een lege ruimte, en dus ook die over het al of niet bestaan van een 'horror vacui', die het publiek interesseerde zoals bijvoorbeeld Etienne Pascal en zijn zoon Blaise, die er aanleiding in vond zijn experimenten te doen van 1646 en

¹) Tenminste de Latijnse tekst van 1644 (zie p. 3-4 van T. 16), waarschijnlijk ook de Franse tekst van 1647 [Ned. 1657, p. 53-54].
²) Zie p. 4, al genoemd, van T. 16.
³) Zie b.v. de twee laatste alinea's van p. 231, en p. 185, van T. 16.
⁴) In het vierde boek van zijn Physica ('Peri phusikès akroaseôs'). [Engl.]

[ 261 ]

later⁵). De vraag of de lucht waaruit atmosfeer van de aarde bestaat al of niet zwaarte heeft, is duidelijk verbonden (hoewel de twee vragen niet dezelfde zijn) met die van een horror vacui⁶).

Op 19 september 1648 was de bestijging van de Puy de Dôme waarbij men vaststelde dat het kwik in de buis van Torricelli minder hoog stond naarmate men hoger kwam. Ongetwijfeld moet Chr. Huygens vanaf zijn jeugd aanwezig zijn geweest bij, of deelgenomen hebben aan discussies over de brandende vraag van het luchtledige, want na de bestijging van de Puy de Dôme kon het wel zo goed als zeker lijken⁷), dat de hoogte van de kwikkolom een maat is voor de atmosferische druk, toch moest nog antwoord worden gevonden op de vraag, wat te denken van de uitzetbaarheid van lucht en of het aannemelijk is dat het schijnbaar luchtledige van Torricelli geheel of deels in beslag genomen wordt door één of meer subtiele materies, die in dat geval misschien ook in de atmosfeer moeten bestaan.
In Parijs zag Huygens in 1660 proeven over het luchtledige; in zijn Dagboek schreef hij op 13 november:
Bij M. Rohault de proeven met kwik zien doen die volkomen bevestigen dat lucht gewicht heeft, en hoe de ons omringende lucht altijd veerkrachtig is; een platte karperblaas zwelt om deze reden op in het luchtledige
Hij bezocht Roberval en had verschillende keren een onderhoud met Pascal; op 9 februari 1661 leende Chapelain hem enkele brieven van Pascal over het luchtledige. Op 5 december 1660 had Thevenot hem gestuurd "de waarneming uit Florence [gedaan in de Accademia del Cimento, opgericht in 1657] van de rook die daalt in het luchtledige"*), die hij al kende (zie T. 3, p. 104) [Guisony, 1 aug. 1660] en op 2 februari 1661 had hij bij dezelfde geleerde "de brief van Ricci"⁸) gezien.
Het is niet verbazend, vooral na zijn gesprekken van 1661 met Boyle, dat Huygens zelf het instrument wilde bezitten dat het hem ongetwijfeld mogelijk zou maken de ideeën van de Engelse geleerde te bevestigen (zie noot 6 van p. 259 hiervoor), misschien ook nieuwe waarnemingen te doen.

⁵) Zie b.v. p. XXI van T. 1 van de Oeuvres complètes van Bl. Pascal, ed. Strowski [1923; ed. Brunschvicg & Boutroux (1923), p. 323 e.v., 331 e.v., sarbatane: sarbacane: blaaspijp]. In 1659 (T. 2, p. 469) vestigde Chapelain de aandacht van Huygens er opnieuw op.
⁶) Zie b.v. de brief van Descartes van 1631 aan Reneri (ed. Adam & Tannery, T. 1, p. 205) en de notities van de uitgevers erbij [p. 208: Beeckman, Math. Phys. Medit. Centuria (1644), p. 45 (Ned.) en p. 13 (Ned.)].
⁷) Zie op p. 319 en 440 van T, 3 wat Huygens zegt over de boeken van Linus en A. Deusing.

[ *) Figuur rechts: tekening in Collection Boulliau (1660), T. 21: BNF, ms Fr. 13039, f. 171 (f. 172v: B. aan prins Leopold, 30 juli 1660, noemt brief aan Rinaldini; ook over luchtledig: f. 101-115, met antwoord aan Rinaldini: f. 120).
Vergelijk de figuur in Saggi, 1667, p. 92-93, zie ook hier.]

⁸) Het gaat om een brief van Ricci aan Thevenot (T. 3, p. 248). Daar Huygens zegt allang te zijn ingelicht over de grote verdienste van Ricci, kende hij ongetwijfeld ook de inhoud van de brief van Ricci aan Mersenne, die deze noemt in het begin van het laatste hoofdstuk [p. 216], over waarnemingen van een vacuüm, van zijn Reflectiones physico-mathematicae van 1647.
Zie ook noot 2 van p. 327 hierna.

[ 262 ]

In een van de stukken die volgen (p. 317 en 321-329) zal men zien hoeveel belang Huygens hecht aan kleine luchtbelletjes (of ze gevormd worden door "oprechte" lucht of niet) die hij waarneemt in het water of kwik in de omgekeerde buis onder de stolp. Toen Pascal in 1647 zijn experimenten deed te Rouen

beweerden vooral enige Peripatetici ... dat er een heel klein en misschien onwaarneembaar druppeltje lucht was achtergebleven [bovenin de omgekeerde buis met vloeistof] dat daarna zich dermate verdunde, dat het zo de in gevaar komende natuur kon bijstaan.

Roberval, die dit vertelt in september 1647¹) verwerpt het idee dat deze kleine luchtbelletjes zich verdunnen zodat ze de hele ruimte vullen.
Maar in de tweede 'Narratio' van 1648 was hij

tot zijn stomme verbazing ertoe gebracht juist deze hypothese van verdunning van de lucht te ondersteunen, die hij eerder in zijn eerste brief met verachting opzij had geschoven²).

Hij merkte de luchtdruppels op, die aan de wanden van de buis kleven, sommige zichtbaar met het blote oog, andere met de loep, enz.³)
Hij bedacht ook het experiment met de blaas dat duidelijk de grote uitzetbaarheid van lucht aantoont³). Hij had veel succes:

Eenstemmig werd deze verdunning van de lucht bewonderd, die tot dusver onbekend was gebleven⁴).

Toch bleef het bestaan van het luchtledige hem waarschijnlijk lijken⁵).
Ongetwijfeld haalden de gesprekken die Huygens te Parijs had met de genoemde geleerden hem ertoe over, aandachtig te kijken naar de belletjes, en hun uitzetting als iets belangrijks te beschouwen.

bol A met buis eronder in bak water, onder vat, op voetstuk met kraan Maar in de loop van zijn experimenten (op 27 december 1661) merkte Huygens een nieuw verschijnsel op dat zijn ideeën min of meer omverwierp: wanneer het water dat de omgekeerde buis vult (zie fig. 39 van p. 317 hierna) goed gezuiverd is van lucht en er geen enkel belletje meer is, hoe klein ook, bovenin deze vloeistof, daalt die niet meer als de stolp wordt leeggemaakt⁶).

¹) P. 24 van T. 2 van Oeuvres de Bl. Pascal (ed. Brunschvicg en Boutroux). Pascal zelf zegt in zijn werk van 1647 (zelfde T. 2, p. 72) "dat de schijnbaar lege ruimte ... niet gevuld is met een beetje onwaarneembare lucht, dat bij toeval tussen de vloeistof en het glas is blijven zitten ... dat zich buitengewoon zou verdunnen en waarvan sommigen liever volhouden dat het zich genoeg kan verdunnen om de hele wereeld te vullen, dan dat ze het luchtledige aannemen".
²) Zelfde werk, p. 285 [en p. 325]. ³) Zelfde werk, p. 295. [Zie ook hier.]
⁴) Zelfde werk, p. 298.
⁵) Terwijl de Peripatetici volhielden dat "lucht, verdund of verdicht, een volkomen samenhang heeft" en dat "er geen reden is, de tussenkomst van een vreemd lichaam aan te nemen, en nog minder atomen en het luchtledige (zelfde werk, p. 299-300).
⁶) Het experiment lukte nog niet met kwik, zie p. 325.

[ 263 ]

Hij twijfelde: "ofte daer moet behalven het gewight en de Elater [elasticiteit] van de lucht noch iets anders daer in te considereren sijn, tot noch toe onbekent". Tot dan toe had hij inderdaad geloofd dat hij alle experimenten kon verklaren met de zwaarte en veerkracht van de lucht (T. 3, p. 320).
Toch deed hij echt moeite om het nieuwe verschijnsel te verklaren zonder dit principe op te geven, wat hem lukte omdat hij er nog geen idee van had volgens welke wet de veerkracht van de lucht verandert bij verdunning: hij werd ertoe gebracht te veronderstellen, dat de sterk verdunde lucht onder de stolp niettemin genoeg veerkracht heeft om de waterkolom te ondersteunen. En aangezien het inbrengen van een klein luchtbelletje in de buis voldoende was om het water te doen dalen tot ongeveer het niveau van het water erbuiten, moest hij bovendien veronderstellen dat de uiterst verdunde lucht die toen in de buis zat, eveneens een aanzienlijke veerkracht bezit, ongeveer gelijk aan die van de verdunde lucht onder de stolp.
Op 19 april erna (T. 4, p. 111) hield hij tegen zijn broer Lodewijk nog vol (zie ook p. 98 van T. 4) "dat niet aangenomen moet worden dat deze vering verzwakt naarmate de lucht uitzet, hoewel hij al in maart (T. 4, p. 85) op de hoogte was gesteld van de wet die Boyle pas had ontdekt.

Hij aanvaardde blijkbaar deze wet⁷) toen hij op 12 juli de nieuwe verhandeling⁸) had ontvangen waarin Boyle zijn experimenten hierover beschrijft, en hij trok er zeer terecht de conclusie uit dat de verklaring die hij van zijn verschijnsel had gegeven foutief was. In Engeland slaagde men er pas in dit verschijnsel te reproduceren, zowel met water als met kwik dat van lucht gezuiverd was, in 1663 (T. 4, p. 437-440). In januari 1665 schreef Huygens nog (T. 5, p. 221) geen rekenschap te kunnen geven van zijn verschijnsel. Pas in 1668 zien we hem definitief een hypothese aannemen om het te verklaren⁹).

⁷) Hij gebruikte deze onmiddellijk, na op 16 juli een logaritmische berekening over hyperbolische oppervlakken te hebben uitgevoerd, om de dichtheid van de atmosfeer op verschillende hoogtes te berekenen; zie p. 436-438 en 483-490 van T. 14. In dit laatste stuk (p. 485) maakt Huygens enig voorbehoud over de toepasbaarheid van de wet van Boyle op lucht die zeer verdund is ["een bepaalde hoeveelheid deeltjes"]. Zie nog p. 491-494 van T. 14.
⁸) T. 4, p. 171: antwoord van Boyle van 1662 [A defence ...] op de tegenwerpingen van F. Linus.
⁹) Zie p. 186 van T. 16 (bij de brief van 1668 over botsingen), en de brief, eveneens aan de schrijver van Journal des Sçavans, van 1672 (T. 7, p. 201-206). Toch moet opgemerkt worden, enerzijds dat al in 1663, en misschien eerder (zie noot 2 van p. 321 hierna), het idee dat het kwik of water werd ondersteund door "iets anders ... dan de druk van de buitenlucht" zich aan Huygens had voorgedaan (zie regel 6-9 van p. 439 en 1-3 van p. 440 van T. 4); anderzijds dat Huygens in 1672 zelfs bekende (T. 7, p. 205) dat zijn verklaring gepaard gaat met een "moeilijkheid, die inderdaad zeer groot is".

[ 264 ]

Hij aanvaardde het bestaan van een subtiele materie, in staat door het glas heen te gaan als tenminste de opgesloten vloeistof het glas niet precies aanraakt, ook veronderstellend dat ze in staat is een heel sterke druk uit te oefenen op zowel vloeistoffen als vaste lichamen; bovendien achtte hij deze hypothese zeer nuttig om de vering van lucht te verklaren¹). Ondanks Pascal keerde hij min of meer terug tot Descartes (hoewel hij nog steeds het luchtledige aannam).

¹) T. 16, p. 185.

Home | Huygens | XVII | Het luchtledige, voorbericht (top) | Experimenten