free hit counter

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.

07-03-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Al duizenden vragen de mensen zich af wat materie eigenlijk is. Ze weten al heel lang dat er vaste stoffen bestaan (hout) en vloeibare stoffen (bier) en gassen (lucht). Maar waaruit bestaan al die stoffen? Bestaan ze uit een soort bouwsteentjes die je niet verder kunt splitsen, bouwsteentjes die men atomen noemt? Of bestaan ze uit moleculen, wat ook een soort bouwstenen zijn, maar dan anders dan atomen? Hoe anders dan? Of bestaan ze zowel uit atomen als moleculen? Of bestaan atomen en moleculen helemaal niet en bestaat er niet zoiets als bouwstenen?

Meer dan tweeduizend jaar geleden waren klassieke Griekse filosofen zoals Democritos en Epicurus ervan overtuigd dat materie uit hele kleine bouwsteentjes bestaat die niet verder te splitsen zijn. Ze noemden die bouwsteentjes “atomen”, afgeleid van het Griekse woord voor “ondeelbaar”. Het zijn dus elementaire deeltjes die niet verder gesplitst kunnen worden. Ze hadden daar geen wetenschappelijk bewijs voor, tenminste niet in de betekenis die we daar nu aan hechten, met verifieerbare experimenten en zo. Ze waren daar via filosofische weg op gekomen. Gewoon door erover na te denken. Maar dat was nu eenmaal eigen aan de klassieke Griekse filosofie: wetenschap en filosofie waren ondeelbaar met elkaar verbonden.

Dat idee van die atomen kwam later nu en dan zijn kop weer opsteken. John Dalton was de eerste die er een samenhangende theorie van maakte. In 1808 publiceerde hij zijn Nieuw Systeem van Chemische Filosofie. Dat was de start van de moderne chemie die zegt dat alle stoffen uit een klein aantal atoomsoorten bestaan. Alle vaste, vloeibare en gasvormige stoffen bestaan dus uit combinaties van een klein aantal atoomsoorten. In de tijd van Dalton waren er achttien verschillende atoomsoorten bekend. En hiermee worden dus alle stoffen gemaakt, van ijzer tot wol, van suiker tot hout, van water tot aarde, van lucht tot wijn en bier.

Dalton maakte nog wel het onderscheid tussen enkelvoudige en samengestelde atomen. Een enkelvoudig atoom is gewoon een atoom; dat is dus één van de achttien gekende atoomsoorten. Een samengesteld atoom is een combinatie van atomen, maar zodanig dat het de kleinst mogelijke hoeveelheid van een stof is. Bijvoorbeeld de kleinste hoeveelheid water die er bestaat, of de kleinste hoeveelheid suiker. Je kunt een watermolecule niet verder opdelen want dan heb je geen water of suiker meer.

Vandaag de dag noemen de meeste wetenschappers die erin geloven enkelvoudige atomen gewoon “atomen” en ze noemen samengestelde atomen “moleculen”. Atomen zijn dus de bouwstenen van alles en er zijn er maar een klein aantal soorten van. Een molecule is de kleinste hoeveelheid van een stof. En aangezien er miljoenen verschillende vaste, vloeibare en gasvormige stoffen bestaan, bestaan er miljoenen soorten moleculen.

Niet alle wetenschappers geloven in atomen en moleculen. De wetenschappers voeren vandaag nog verhitte discussies over de vraag of atomen en moleculen wel echt bestaan. Dat was meer dan tweeduizend jaar geleden bij de klassieke Griekse filosofen al het geval. En dat was ook zo toen Dalton zijn theorie publiceerde. En degenen die wel in atomen geloven, zijn het er niet over eens of er zoiets bestaat als enkelvoudige atomen en samengestelde atomen of niet. En ze zijn het ook niet eens over de goede benamingen van die dingen. De namen “atoom” en “molecule” worden gewoon door elkaar gebruikt en zelfs met een andere betekenis. Kortom een grote verwarring en verhitte discussies alom. Zelfs op het congres van chemici van Karlsruhe in 1860 werd er gediscussieerd over de vraag of het nodig was een onderscheid te maken tussen atomen en moleculen, in de zin dat moleculen de kleinste hoeveelheid materie is die in een chemische reactie deelneemt en een atoom het kleinste onderdeel van een molecule is. Ze zijn er niet uitgeraakt.

Om het nog ingewikkelder te maken, waren er mannen zoals Kekulé die een onderscheid maakten tussen fysische en chemische moleculen. Een fysische molecule is de kleinste hoeveelheid van een gas of vloeistof of vaste stof. Een chemische molecule is de kleinste hoeveelheid van een gas of vloeistof of vaste stof die in een chemische reactie deelneemt. Ze zijn beiden deelbaar (je kunt ze dus splitsen) maar dan heb je niet meer datzelfde gas of vloeistof of vaste stof. Atomen daarentegen zijn niet verder deelbaar: je kunt ze niet splitsen.

Een zekere Stanislao Cannizarro zei dat er geen enkele experimentele basis was om een onderscheid te maken tussen fysiche en chemische moleculen en dat het dus geen zin had om dat onderscheid te maken: er zijn gewoon moleculen, punt uit.

Die discussie tussen Kekulé en Cannizarro was heel typerend voor die tijd: chemici en fysici praatten gewoon langs mekaar heen: ze verstonden mekaar niet en ze luisterden ook niet echt naar elkaar. Chemici houden zich bezig met chemische reacties, waarbij dus stoffen in andere stoffen worden omgezet en ze hebben dus vooral interesse voor moleculen. Fysici houden zich vooral bezig met de kinetische gastheorie en meer bepaald met de tweede hoofdwet van de thermodynamica, waarover ik nu nog niet veel weet. En zelfs onder fysici en onder chemici is er geen eensgezindheid.

Als we in al die meningen toch een beetje structuur proberen te brengen, lijkt het grote verschil tussen atomen en moleculen te zijn dat atomen ondeelbaar zijn en moleculen niet. Of is het zo eenvoudig niet? Het is inderdaad zo eenvoudig niet. Maxwell was bijvoorbeeld van mening dat atomen ondeelbaar zijn maar toch een inwendige structuur hebben. Volgens Maxwell bestaat een atoom toch uit kleinere bouwsteentjes maar die bouwsteentjes kun je niet uit elkaar trekken. Anderen waren het er hier mee eens omdat ze net als Maxwell meenden dat je enkel op die manier de spectra van atomen (dus de verschillende stralingen die een atoom uitstraalt) kunt verklaren. Atomen bestaan volgens hen dus uit nog kleinere deeltjes maar je kunt de atomen niet in die deeltjes breken.

Zelfs Dalton, die we de vader van de chemie kunnen noemen en die allesbehalve een idioot was, sloeg de bal in deze discussie helemaal verkeerd. Zo ging hij niet akkoord met de fysische wet van Amedeo Avogadro van 1811, die zegt dat bij gelijke temperatuur en gelijke druk, gelijke hoeveelheden van verschillende gassen evenveel moleculen bevatten. Om het eenvoudiger uit te drukken: als je een gelijke hoeveelheid zuurstofgas en koolzuurgas (bijvoorbeeld elk een liter) onder dezelfde druk (bijvoorbeeld elk 10 bar) en temperatuur (bijvoorbeeld elk 20 graden Celsius) hebt, dan bestaan die hoeveelheden zuurstofgas en koolzuurgas uit evenveel moleculen. Dalton kon of wilde dit niet geloven en dat was een gevolg van het feit dat Dalton niet inzag dat de kleinste hoeveelheid van een gas een molecule is en niet een atoom.

Die wet van Avogadro was uiteraard gebaseerd op de veronderstelling dat moleculen bestaan. Avogadro was trouwens de allereerste die een wet formuleerde die expliciet steunt op de veronderstelling dat moleculen bestaan. Maar nu, meer dan vijfentachtig jaar later, geloven nog steeds niet alle wetenschappers in moleculen.

Dat is trouwens nog niet de volledige geschiedenis. Dalton was de eerste die in de moderne tijd een samenhangende theorie van atomen opstelde, maar hij was niet de eerste van de moderne tijd die er ideeën over had. In de achttiende eeuw dachten sommigen al dat gassen uit kleine deeltjes bestaan, heel kleine bolletjes. Daniel Bernouilli was misschien de eerste die zei dat de druk van een gas (bijvoorbeeld de druk van lucht in een ballon) het gevolg is van de botsingen van die deeltjes met de wand van het ding waarin ze zitten. De druk van lucht op de wand van een ballon is dus het gevolg van de ontelbare botsingen van de deeltjes waaruit lucht bestaat met de wand van de ballon. Die deeltjes zou men nu dus moleculen kunnen noemen. En in 1857 schreef Clausius al dat het onderscheid tussen gassen, vloeistoffen en vaste stoffen ligt in een verschillende manier van bewegen van de moleculen. Bij vaste stoffen zitten de moleculen dicht opeen op een vaste plaats. Bij vloeistoffen kunnen ze als het ware over elkaar glijden maar ze zitten toch dicht opeen. Bij gassen bewegen ze totaal onafhankelijk van elkaar en vliegen ze als het ware door elkaar.

Ook hierover bestaan heel uiteenlopende meningen. Zelfs amper twee jaar geleden nog, in 1895, zei Friedrich Wilhelm Ostwald voor het Duits Genootschap van Natuuronderzoekers en Artsen dat het een foute mening is om te veronderstellen dat je alle natuurverschijnselen tot mechanische verschijnselen kunt reduceren. Bijvoorbeeld door te veronderstellen dat vaste stoffen en vloeibare stoffen en gassen uit bewegende bolletjes bestaan en dat je uit die beweging alle eigenschappen van de stoffen kunt verklaren. Bijvoorbeeld dat de temperatuur afhangt van de beweging van die bolletjes: hoe sneller ze bewegen, hoe hoger de temperatuur. Volgens Ostwald kan dat dus niet. Ostwald zei ook dat je atomen zelfs niet als een nuttig model van de werkelijkheid kunt gebruiken. Dat wil zeggen dat je atomen zelfs niet als een vereenvoudiging van de werkelijkheid kunt gebruiken om hiermee toch een groot deel van de werkelijkheid te verklaren. Volgens Ostwald kun je dit bewijzen omdat veel processen onomkeerbaar zijn: veel processen vinden slechts in één richting plaats. Een boom kan bijvoorbeeld alleen maar groeien; een boom zal nooit een zaadje worden. Net zoals een man alleen maar ouder wordt en nooit weer een jongen wordt. Het kan volgens Ostwald dus niet dat de mechanische verschijnselen (bijvoorbeeld bolletjes die botsen) voldoende zijn om natuur te begrijpen en te verklaren.

Ostwald was er dus van overtuigd dat moleculen en atomen niet echt bestaan. Je kunt ze hoogstens als wiskundige trucjes gebruiken maar ze bestaan niet echt. Volgens Ostwald bestaat er alleen maar energie, al is het dan energie die in verschillende vormen bestaat. Energie is materie en materie is energie als het ware. Dat lijkt me een heel vreemd idee. Materie en energie zijn volgens mij toch wel heel verschillend. Het zou natuurlijk wel wereldschokkend zijn indien zou blijken dat energie en materie wel hetzelfde zijn. Stel je voor dat je dit zou kunnen bewijzen en in een eenvoudige formule gieten. Dan wordt dat de beroemdste formule ter wereld en word je de beroemdste man ter wereld.

06-03-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Hier aan de ETH ben ik in de ban geraakt van de thermodynamica. Dat is een tak van de wetenschappen die bij het grote publiek onbekend is maar die uitermate boeiend is. En die overal in het dagelijkse leven meespeelt. Een stoommachine? Dat is thermodynamica. Een kachel of een koelmachine? Thermodynamica. Een auto? Thermodynamica. Gaat men ooit vliegen? Thermodynamica.

Thermodynamica kan men definiëren als de tak van de wetenschappen die zich bezighoudt met de wetten van de natuur die zeggen hoe je energie van de ene vorm in de andere vorm kunt omzetten en hoe je dat mechanisme van die omzetting van energie kunt gebruiken om allerlei machines te maken

Energie bestaat in verschillende vormen. We kennen bijvoorbeeld de warmte-energie. Een warm voorwerp bezit meer energie dan een koud voorwerp. Om een voorwerp op te warmen moeten we dus energie toevoegen aan dat voorwerp.

We kennen ook de kinetische energie, ook bewegingsenergie genoemd. Een voorwerp dat beweegt, heeft meer energie dan datzelfde voorwerp dat stilstaat. En een zwaar voorwerp dat beweegt, heeft meer kinetische energie dan een licht voorwerp dat met dezelfde snelheid beweegt. Het kost bijvoorbeeld veel meer moeite om een bol van twintig kilogram op te vangen dan een bol van één kilogram.

En er zijn nog andere vormen van energie die we uit het dagelijkse leven kennen: met elektrische energie doen we een lamp branden en wijzelf werken op chemische energie, zoals alle levende wezens.

Potentiële energie is een heel bijzondere vorm van energie en moeilijk om goed te begrijpen. Potentiële energie is een vorm van energie die te maken heeft met de zwaartekracht en die afhangt van de hoogte van een voorwerp. Een voorwerp op het dak van een huis heeft meer potentiële energie dan dat voorwerp op straat. Je kunt dat zien als je een voorwerp van een dak laat vallen. Hoe lager het voorwerp tijdens de val komt, hoe sneller het valt. Hoe lager het komt, hoe minder potentiële energie het voorwerp ook heeft. Omdat het steeds sneller valt, wint het aan kinetische energie. Een vallend voorwerp verliest potentiële energie maar het wint kinetische energie. Het zet dus potentiële energie in kinetische energie om.

Het is een van de grote inzichten van de negentiende eeuw geweest dat het mogelijk is om energie van de ene vorm in de andere om te zetten. Het heeft lang geduurd eer de wetenschappers tot het inzicht zijn gekomen dat warmte en hoogte en snelheid en elektriciteit eigenlijk allemaal vormen van hetzelfde “iets” zijn, en dat “iets” hebben ze energie genoemd. En dat bracht dan het inzicht met zich mee dat je energie van de ene vorm in de andere vorm kunt omzetten. Je kunt je bijvoorbeeld inbeelden dat je het water van een waterval in een draaiend wiel kunt opvangen, en dat je met dat draaiend wiel elektriciteit kunt maken.

Door allerlei experimenten heeft men niet alleen ontdekt dat je energie van de ene vorm in de andere vorm kunt omzetten maar ook dat je hierbij geen extra energie kunt maken en dat je hiermee ook geen energie kunt laten verdwijnen. De totale hoeveelheid energie blijft altijd gelijk.

Men heeft die vaststelling in een wet gegoten en men noemt die wet de eerste hoofdwet van de thermodynamica. Die wet zegt dus dat de totale hoeveelheid energie steeds gelijk blijft, wat er ook gebeurt.

Die eerste hoofdwet heeft een belangrijk gevolg, namelijk dat je geen perpetuum mobile van de eerste soort kunt maken. Dat is een machientje of machine of wat dan ook dat energie uit het niets kan maken. Op aarde kun je zelfs geen machine maken die zonder energietoevoer gewoon blijft draaien, zelfs zonder energie te produceren. Op aarde hebben we immers wrijving. Die wrijving zorgt ervoor dat er warmte geproduceerd wordt (denk bijvoorbeeld eens aan wat je voelt als je heel snel van een glijbaan naar beneden glijdt of als je heel snel langs een touw naar beneden glijdt) en die warmte is energie die je voor je machine kwijt bent. En je hebt bovendien nog de wrijving tussen de onderdelen van de machine. Hierbij wordt ook warmte geproduceerd. Ook op de maan, waar er geen luchtwrijving is, kun je dus geen machine maken die altijd zal blijven draaien.

Met al die dingen houdt de thermodynamica zich dus bezig. En zelfs met nog veel meer. Maar dat is voor later.

05-03-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

04-03-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

03-03-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Het Zeeman-effect heeft te maken met spectraallijnen die splitsen wanneer er een magnetisch veld in de buurt is.

Elke stof heeft zijn eigen karakteristieke spectraallijnen. Die spectraallijnen beschrijven heel precies welke elektromagnetische straling de stof uitzendt. Met elke spectraallijn komt elektromagnetische straling met één welbepaalde frequentie overeen. Als het om zichtbaar licht gaat, gaat het dus om licht van één welbepaalde kleur.

Als je een magnetisch veld in de buurt houdt, dan splitst elke spectraallijn in twee nieuwe lijnen. Die twee lijnen liggen dan zodanig dat de oorspronkelijke spectraallijn precies in het midden van de twee nieuwe spectraallijnen ligt. Dat wil dus zeggen dat de stof in een magnetisch veld andere straling uitzendt dan zonder magnetisch veld.

02-03-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

01-03-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Al bij al mag ik niet klagen over mijn persoonlijke situatie. De zaak van mijn vader is op de fles gegaan. Bijna al het geld van mijn familie is in rook opgegaan. Oom Jakob gaat voor een groot bedrijf werken. Mijn vader zal nog eens proberen een zaak op te zetten. Ik heb hem dat sterk afgeraden maar het helpt niet.

Ik heb Maja geschreven dat de hele situatie mij veel pijn doet. Ik ben alleen maar een last voor mijn familie. Het ware beter geweest als ik niet zou leven. Er is maar één ding dat me overeind houdt: dat ik mezelf geen enkel pleziertje gun.

Nu ja, geen pleziertje. Zonder pleziertje kan niemand leven. Ik pik soms een concertje of een theatertje mee en ik ga soms een kopje koffie drinken. Ik houd van het gezelschap van de historicus Alfred Stern en van de familie van Marcel Grossmann, mijn medestudent.

28-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

27-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Ik heb vier klasgenoten: Marcel Grossmann, Louis Kollros, Jakob Ehrat en Mileva Maric. Jawel, een meisje. Schijnt niet dom te zijn. Lijkt een beetje stil. En mankt een beetje. Ze is vier jaar ouder dan ik. Maar ik val op oudere vrouwen. Hihihi. Eigenlijk val ik een beetje op alle vrouwen.

26-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Ik heb de deur van de school achter mij dichtgedaan en tegelijk een fase van mijn leven afgesloten. Dit was maar een tussenstap. Ik weet niet hoe erg ik mijn klasgenoten zal missen. Zal ik ze ooit nog terugzien? Cesar Hofer en Ernst Hunziker en Adolf Lüthy en Guido Müller en Oskar Schmidt en Emil Ott en Karl Wetter en Eduard Haury. En vooral dan Hans Frösch. Dat is een hele fijne gast.

Professor Fritz Mühlberg zal ik ook missen. Hij heeft ons veel dingen zelf leren ontdekken. Alleen jammer dat hij natuurwetenschappen gaf. Gelukkig was professor August Tuchschmidt die natuurkunde gaf ook niet slecht. Natuurkunde, daar wil ik verder in gaan.

ETH, hier kom ik.

25-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Ook mevrouw Winteler is een hele fijne dame. En met alle zeven kinderen kan ik goed opschieten.

24-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Wat ik het allerleukste vind, is dat ze interessante mensen zijn om mee te discussiëren. Veel mensen kunnen niet discussiëren. Die kunnen alleen ruziemaken.

23-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

22-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Maar zo een ter plaatse trappelende bobbel, zo een stilstaande lichtstraal, daar kan ik met mijn verstand niet bij. Een stilstaande lichtstraal kan niet volgens mij. Maar hoe zit het dan in mekaar?

21-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

20-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Het is nog niet duidelijk wat die X-stralen eigenlijk zijn. Zijn het elektromagnetische stralen of is het iets anders? Het zijn in elk geval heel harde stralen. Er zit zeer veel energie in want ze gaan door bijna alles heen. Het is niet zoals zichtbaar licht dat bijna door alles wordt tegengehouden.

19-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Ik vind dat zo fascinerend. Iemand voorspelt iets en later wordt dat bevestigd. Dat gebeurt alleen maar in de wetenschappen. Helderzienden voorspellen ook dingen maar die zijn altijd zo onduidelijk geformuleerd dat het wel moet kloppen. Dit jaar zal er iets gebeuren dat je erg raakt. Iemand die je dierbaar is, zal je ontvallen. Zo kan ik het ook.

18-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Mijn plannen dan. Als ik voor mijn examens slaag, dan wil ik naar de ETH in Zurich. Ik wil daar vier jaar blijven om wiskunde en fysica te studeren. Daarna zie ik mij als leraar, vooral dan voor de theoretische kant.

Waarom ik deze plannen heb? Ik ben sterk in wiskunde en ik kan goed abstract denken, ik heb niet veel verbeelding en ik heb twee linkerhanden. Toch is het geen negatieve keuze: ik wil dat ook werkelijk. Ik denk namelijk dat de mensen graag de dingen doen die ze goed kunnen. En bovendien biedt een wetenschappelijke loopbaan een zekere onafhankelijkheid. En onafhankelijkheid vind ik zeer belangrijk.

17-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein  

Als ik eerlijk ben, moet ik toegeven dat het allemaal best meevalt. Veel beter dan ik mij had voorgesteld.

Een mens kan zich vergissen. Zelfs ik.

16-02-1967, 00:00 geschreven door Albert Einstein