Whieieie-oeoeoew deed Buys Ballots klephoorn

Vandaag precies anderhalve eeuw geleden toonde fysicus Buys Ballot tussen Utrecht en Maarssen met een stoomlocomotief en een klephoorn het bestaan van het Doppler-effect aan....

De Aerdenhoutse gynaecoloog dr N. Exalto maakt aan de keukentafel thuis een gebaar alsof hij met de ellebogen vooruit door een menigte waadt. De beroemde 19de-eeuwse Utrechtse meteoroloog C. Buys Ballot, zover wil hij best gaan, was een man met de neiging zich op de voorgrond te dringen. Een wetenschappelijk haantje, zeg maar, en misschien wel daardoor later de grondlegger van het KNMI in De Bilt.

Toen Buys Ballot dus - vandaag precies anderhalve eeuw geleden - op de spoorlijn tussen Utrecht en Maarssen zijn proeven deed om het Doppler-effect aan te tonen, deed hij vervolgens alsof het zijn eigen ontdekking betrof. 'Bedrog van het gehoororgaan in het bepalen van de hoogte van eenen waargenomen toon', luidde de titel van het artikel in Caecilia, algemeen muzikaal tijdschrift van Nederland van 15 juli 1845. De naam Doppler valt pas in de zesde paragraaf en precies één keer.

Maar in dit geval, zegt Exalto, is dat ook wel terecht. 'Doppler bleek zich, toen ik het eens zorgvuldig nazocht, helemaal niet met geluid te hebben beziggehouden, maar met licht, sterlicht. Eigenlijk moeten we spreken van het Buys-Ballot-effect als je de toon van een voorbij razende sirene hoort veranderen of als ik in de kliniek met ultrageluid de doorbloeding van een placenta scan.'

Een uit de hand gelopen hobby, zo noemt Exalto zijn onverzadigbare interesse voor de geluid-proeven in 1845 van de jonge doctor Buys Ballot op de spoorbaan tussen Utrecht en Maarssen. Het begon met de simpele vraag naar de geschiedenis van de Doppler-scanners in zijn Spaarne Ziekenhuis Haarlem en het eindigt nu een jaar later met stapels documenten, foto's en brieven op de keukentafel. En een artikel voor enkele vakbladen, geschreven samen met voorlichter H. Geurts van het KNMI in De Bilt.

Al Buys Ballots artikelen heeft Exalto achterhaald, de briefwisselingen over het lenen van een locomotief van de Rijn-Spoorweg Maatschappij; hij heeft gangbare treintypes uit die tijd bestudeerd en de aard van de gebruikte blaasinstrumenten nagespeurd - zij het tevergeefs. Deze week vond hij in het Rijksarchief nog een brief waaruit was op te maken dat de Koning zelf door zijn minister werd verwittigd van het besluit een locomotief uit te lenen voor de experimenten.

Al in zijn proefschrift van 1844 blijkt dat het wetenschappelijk niet botert tussen Buys Ballot en Doppler, hoogleraar natuurkunde in Praag. In een stelling kritiseert de Utrechtse doctor de theorie waarmee zijn Praagse collega probeert te verklaren dat sterren aan de nachthemel niet allemaal dezelfde kleur hebben.

Dat komt, berichtte Doppler op 25 mei 1843 aan de Böhmischen Gesellschaft der Wissenschaften, doordat een waarnemer de toppen en dalen van een lichtgolf sneller op zich af ziet komen als een ster naar hem toe beweegt, dan wanneer die stil zou staan. Op ons toekomende sterren lijken dus blauw en van ons af bewegende sterren rood. Doppler leidde een keurige wiskundige vergelijking af waaruit de verkleuring als functie van de snelheid kon worden berekend.

De 27-jarige Buys Ballot geloofde in 1844 niets van Dopplers hypothese. 'De theorie moet worden getest. Ik denk niet dat het mogelijk is het kleurverschil van dubbelsterren ermee te verklaren', stelde hij. En terecht, want Doppler ging er ten onrechte van uit dat alle sterren hetzelfde witte licht uitzenden.

Maar Dopplers formule bleef staan en de onderzoeker realiseerde zich na enig rekenen dat hij die zou kunnen testen met geluid en een stoomlocomotief. Zijn hoogleraar in Utrecht, Van Rees, verzocht de minister 'of het hem vergund zou kunnen worden om met den heer Dr Buys Ballot gedurende een paar uren, met eene snel loopende locomotief, eenige proeven omtrent het geluid te doen'. De minister ging akoord, al informeerde hij voor de zekerheid bij het staatshoofd of hij de geraamde kosten van vijftien tot twintig guldens voor zijn rekening mocht nemen.

Tussen hagelbuien en sneeuwjachten staat Buys Ballot op een februaridag in 1844 met twee bevriende muzikanten op het net geopende traject Utrecht-Maarssen. Gedrieën doen ze proeven over de draagwijdte van de gebruikte signaalhoorn. Later rijdt de locomotief voor, een van de tien waarover de Rijn-Spoorweg Maatschappij beschikt. Voor het eerst horen ze hoe de toon van hoog naar laag gaat als de blazer zich op de passerende trein bevindt. Hetzelfde gebeurt als de blazer stilstaat en Buys Ballot voorbij raast.

Op 3 juni pakt hij het systematischer aan. Uit het muzikale gezelschap rond de Utrechtse medicus Engelman, een goede bekende van de componist Johannes Brahms, heeft Buys Ballot 'eenige heeren' gerecruteerd als waarnemers, die in principe tot 5 juni beschikbaar zullen blijven. Ze zijn geselecteerd op 'hunne fijnheid van oor'. Onder hen is ook dr F. Kist, redacteur van het muziektheoretische maandblad Caecilia, waar Buys Ballot aanvankelijk zijn bevindingen zal publiceren.

Op drie plaatsen langs het traject worden telkens drie medewerkers geposteerd, een waarnemer, een blazer en een schrijver. Achter de locomotief, op 3 juni waarschijnlijk een Engelse Sharps & Roberts, hangt een wagon om meer personen te kunnen bergen.

Op 5 juni noteert Buys Ballot problemen om de locomotief op constante snelheid te laten rijden. Dat moet dan een Nederlandse loc zijn geweest, denkt Exalto na ruggespraak met historische spoorfanaten, want dat was niet veel soeps vergeleken met het Engelse spul.

In een ingewikkeld schema van waarnemen en blazen met klephoorns, alles bij een groot aantal toonhoogten en bij snelheden tot bijna 75 kilometer per uur, probeert Buys Ballot genoeg materiaal te verzamelen om de vergelijking van Doppler te kunnen verifiëren. De waarnemers worden geacht verschillen van achtsten in de toonhoogte te kunnen onderscheiden.

Dat lukt. De tabellen in Caecilia van augustus, in drie dagen tijd verzameld, zijn overtuigend consistent. Dopplers vergelijking klopt, voor zover is na te gaan, perfect voor geluidsgolven.

Wat Dopplers gelijk voor praktische betekenis zou kunnen hebben, zo noteert Buys Ballot aan het einde van zijn artikel in Caecilia, zou hij overigens niet weten. 'Maar men weet niet hoe onverwacht soms eene nieuw gevonden waarheid hare toepassing vindt', citeert gynaecoloog Exalto aan zijn keukentafel het muziektijdschrift van anderhalve eeuw oud, waarvan zelfs de bibliotheek van het KNMI tot voor kort geen exemplaar bezat. Scannen, dus.

In de Bilt wisten ze tot voor kort alleen van Buys Ballots beroemde artikel in Annalen der Physik und Chemie uit 1845, waarin hij de resultaten van de experimenten op het baanvak Utrecht-Maarssen wereldkundig maakt. 'Akustische Versuche auf der Nierderländische Eisenbahn, nebst gelegentlichen Bemerkungen zur Theorie des Hrn. Prof. Doppler vom Dr. Buys Ballot zu Utrecht.' Ere wie ere toekomt?

In tegendeel, wijst Exalto. De Utrechter zet pagina na pagina fijntjes uiteen dat zijn Praagse collega al lang had kunnen weten dat sterren van zichzelf kleur vertonen en dat dat met bewegingen allemaal niets te maken heeft.

Maar licht en geluid zijn toch beide golven waarvoor het Doppler-effect geldt? Dopplers voorspellingen voor verkleurend sterlicht bleken pas halverwege deze eeuw toch nog een kern van waarheid te bevatten, toen Edwin Hubble uit de roodverschuiving van sterspectra concludeerde dat het heelal gestaag uitdijt.

Martijn van Calmthout

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden