Frits Zernike (1888-1966)

Frederik (Frits) Zernike werd in Amsterdam geboren op 16 juli 1888. Zijn ouders werkten in het onderwijs (beide als leraar wiskunde) en stonden bekend om hun progressieve pedagogische opvattingen. Zij stimuleerden Zernike’s vroege voorkeur voor de natuurwetenschappen en lieten vele (soms gevaarlijke) experimenten toe in hun huis. Zernike bouwde in zijn jeugd een camera en later een telescoop waarmee hij kometen kon fotograferen. Als scholier had hij niet de financiële mogelijkheden om met dure onderdelen te werken, maar met een oude verrekijker, een tafelpoot, een grammofoonmotor en wat schroot lukte het hem ook. Deze doe-het-zelf-houding zou hem ook tijdens zijn latere wetenschappelijke loopbaan kenmerken.

Zernike ging in 1905 scheikunde studeren in Amsterdam, met natuur- en wiskunde als bijvakken. Een goede manier om je als student te onderscheiden bestond in die jaren uit het deelnemen aan prijsvragen, die door verschillende instellingen werden uitgeschreven. In 1908 won hij een gouden medaille in een prijsvraag van de Universiteit Groningen. Toen hij vier jaar later een prijs won van de Hollandse Maatschappij der Wetenschappen in Haarlem, waarbij hij kon kiezen tussen een geldbedrag en een medaille, koos hij voor het geld, een gouden medaille had hij immers al, zo liet hij weten. De jury, waar onder andere Lorentz en Van der Waals deel van uitmaakten, stond het welwillend toe.

In 1913 studeerde hij af in de scheikunde, om zich daarna op instigatie van de beroemde astronoom Kapteyn, die hem de prestigieuze post van zijn assistent had aangeboden, aan de astronomie te wijden. Twee jaar later wisselde hij weer van hoofdvak en werd lector in de mathematische fysica. Dit was een direct gevolg van zijn kennismaking met Leonard Ornstein, de deze post vóór hem bezette. Toen Zernike in 1915 promoveerde op een uitbreiding van zijn prijswinnende inzending op de prijsvraag van de Hollandse Maatschappij der Wetenschappen , bedankte hij Ornstein uitgebreid. Zijn dissertatie richtte zich op de lichtverstrooiing van stoffen en mengsels nabij de kritische temperatuur.

Als lector, en vanaf 1920 als hoogleraar, leverde hij waardevolle bijdragen aan de statistiek en aan de oplossing van mathematische problemen. Zernike bleef desalniettemin in de avonduren doorwerken aan zijn hobby, het knutselen in het natuurkundig laboratorium. Hij ontwikkelde eerst een gevoelige galvanometer en keerde zich daarna naar de optica.

De microscoop leek uitontwikkeld te zijn toen Zernike aan zijn onderzoekingen begon. De Zeiss-fabrieken in Jena hadden het instrument dichtbij de perfectie gebracht. Er waren nog wel problemen, maar die konden niet binnen het bestaande instrument worden opgelost, omdat ze te maken hadden met de eigenschappen van licht. Een van de problemen was dat transparante objecten (zoals micro-organismen), alleen een mistig beeld opleverden. Door het te onderzoeken materiaal te kleuren kon men dit wel ondervangen, maar als het om levend materiaal ging, overleefde dat de behandeling nooit. Zernike bedacht een andere oplossing, gebaseerd op de golfeigenschappen van licht. De intensiteit van licht wisselt voortdurend, maar op zo'n hoge frequentie dat het menselijk oog dat niet kan constateren. Het stadium waarin de golf zich bevindt wordt de fase genoemd. Door nu de verschillende fasen in de lichtgolf te manipuleren met behulp van aanpassingen in de microscoop, slaagde Zernike erin om ook transparante objecten helder voor het vergrotende oog van de microscoop te krijgen. Zernike werkte jaren aan de ontwikkeling van deze zogeheten fase-contrast microscoop.

Nadat hij zijn vinding in 1932 geperfectioneerd had, wendde hij zich tot de Zeiss-fabrieken. De ontvangst van zijn vinding daar was op z’n zachtst gezegd teleurstellend: ‘Als dit ook maar enig praktisch nut heeft, dan zouden we het zelf al lang geleden hebben uitgevonden’. Ook in Zernikes omgeving wist men er geen gebruik van te maken. Het was, wrang genoeg, de Wehrmacht die ruim tien jaar later het belang van Zernikes ontwikkeling inzag. Na de oorlog kreeg de fase-contrastmicroscoop de erkenning die hij verdiende. De vernieuwde microscoop bewees met name in de medische wetenschappen belangrijke diensten.

De Nobelprijs die Zernike in 1953 werd verleend was in die zin uitzonderlijk dat hij deze kreeg voor een hele praktische vinding, terwijl in de voorgaande jaren de prijs altijd gegaan was naar de ontwikkelaars van fundamentele theorieën en gedurfde hypothesen. De Nobelcommissie honoreerde echter zijn grote bijdrage aan de medische wetenschap. Een jaar na de toekenning van de Nobelprijs huwde Zernike voor de tweede keer (zijn eerste vrouw was in de oorlog overleden). Hij overleed in 1966.

Literatuur

Frits Zernike. Groninger Nobelprijsdrager 1888-1966 / H. Brinkman (red.). - Amsterdam: North-Holland, 1988. – 32 p. (herdrukt in 2003)