U wist het misschien al, maar net als een autootje van Lego, bestaat u uit bouwstenen. De Leidse natuurkundige Johannes Diderik van der Waals ontdekte hoe die bouwstenen – moleculen – aan elkaar ‘gelijmd’ zijn en bewees daarmee waarom u überhaupt bestaat.
Stelt u zich eens voor dat u een autootje van Lego heeft dat gemaakt is van blokjes zonder verhogingen op de bovenkant en uitsparingen aan de onderkant. Zo’n autootje zou direct uit elkaar vallen, want alleen door die specifieke vormgeving kunt u de legoblokjes in elkaar klikken. De Leidse natuurkundige Johannes Diderik van der Waals ontdekte de moleculaire variant van verhogingen en uitsparingen: een natuurkracht die tot op de dag van vandaag in vakkringen een ‘vanderwaalskracht’ wordt genoemd.
Stoommachines
Zijn ontdekking deed Van der Waals overigens niet door te kijken hoe dergelijke bouwblokken er nu precies uit zagen. In plaats daarvan bestudeerde hij een heel ander probleem. In de 19e eeuw komen stoommachines en koelmachines op in onderzoek en industrie. Daardoor komt een opmerkelijk feit aan het licht waaruit blijkt dat natuurkundigen een fundamenteel natuurproces niet goed begrijpen.
Dat is het proces dat gassen vloeibaar worden wanneer je ze afkoelt. Wie watergas (waterdamp) afkoelt, houdt bijvoorbeeld water over. Het omgekeerde proces (verwarmen maakt gas) heeft iedereen die weleens een eitje heeft gekookt in een pannetje water zelf kunnen waarnemen.
Alleen bleek in de stoom- en koelmachines een temperatuur te bestaan waarboven een gas niet meer vloeibaar kan worden gemaakt. Dat bewijst dat de natuurkunde eigenlijk helemaal niet goed weet hoe afkoeling en condensatie precies werkt.
Proefschrift
In zijn proefschrift bij de Universiteit Leiden toonde Van der Waals aan dat het probleem opgelost kan worden door een nieuwe aantrekkingskracht tussen moleculen te introduceren: de vanderwaalskracht. Dat heeft invloed op de overgang van gas naar vloeistof, omdat moleculen om een gas te worden hun onderlinge aantrekkingskracht moeten overwinnen. In een gas zweven moleculen namelijk min of meer ‘los’ door de ruimte rond.
Met de nieuwe kracht die Van der Waals introduceerde kunnen natuurkundigen hun formules zo bijstellen dat zij het vreemde gedrag in de stoom- en koelmachines kunnen verklaren. Bovendien blijkt deze kracht (mede) verantwoordelijk voor het feit dat moleculen überhaupt samen kunnen klonteren tot grotere structuren, zoals stenen, aardappels en zelfs menselijke lichamen. Sterker nog: hetzelfde argument gaat ook op grotere schaal op. Zonder krachten zoals de vanderwaalskracht zou alle materie in het heelal alleen bestaan uit losse deeltjes, uit stof. Daarom draagt deze Leidse ontdekking zelfs bij aan onze huidige kennis over de structuur van alle materie in het universum.
Tweede Gouden Eeuw
Sommige wetenschapshistorici beschouwen de publicatie van het proefschrift van Van der Waals als een keerpunt voor de Nederlandse wetenschap. Zij zien het proefschrift van Van der Waals als het startschot voor wat zij de Tweede Gouden Eeuw van de Nederlandse wetenschap noemen. Daarin werd in Nederland de ene na de andere fundamentele ontdekking gedaan en de ene na de andere Nobelprijs binnengesleept.
Die prestatie was destijds net zo indrukwekkend als nu, al ontbrak aan het begin van de twintigste eeuw nog de enorme persoonlijke verering van Nobelprijswinnaars die tegenwoordig gebruikelijker is. In 1910 was het de beurt aan Van der Waals om zijn Nobelprijs op te halen. Hij ontvangt hem voor zijn ontdekking van de vanderwaalskracht en zijn verklaring voor het bijzondere gedrag van gassen en vloeistoffen.
Ook vandaag de dag zingt de nalatenschap van deze onderzoeker nog rond in Leidse academische kringen. Studenten in collegezalen in de op het Leiden Bio Science Park gelegen gebouwen van de Faculteit Wiskunde en Natuurwetenschappen komen nog steeds in aanraking met zijn theorieën, die de tand des tijds bijzonder goed hebben doorstaan.
