© Huygens ING - Amsterdam. Bronvermelding: P.F.A. Klinkenberg, 'Zeeman, Pieter (1865-1943)', in Biografisch Woordenboek van Nederland. URL:http://resources.huygens.knaw.nl/bwn1880-2000/lemmata/bwn1/zeeman [12-11-2013]

ZEEMAN, Pieter (1865-1943)

Zeeman, Pieter, natuurkundige (Zonnemaire (gem. Brouwershaven) 25-5- 1865 - Amsterdam 9-10-1943). Zoon van Catharinus Forandinus Zeeman, Ned.-Herv. predikant, en Willemina Worst. Sinds 28-3-1895 gehuwd met Johanna Elisabeth Lebret. Uit dit huwelijk werden 1 zoon en 3 dochters geboren.

Na de lagere school in zijn geboorteplaats (thans deel der gemeente Brouwershaven) en de Rijks Hogere Burgerschool te Zierikzee nam hij voor het staatsexamen privé-lessen in de klassieke talen bij de conrector van het Delftse gymnasium, dr. J.W. Lely. Via deze kwam hij ook in aanraking met H. Kamerlingh Onnes, die te Leiden zijn promotor zou worden. De promotie geschiedde op 18 januari 1893 op een proefschrift, getiteld Metingen over het verschijnsel van Kerr... Het was een beknopt overzicht van het bekroonde antwoord op een prijsvraag, uitgeschreven door de Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen te Haarlem. Tot zijn leermeesters te Leiden behoorde ook H.A. Lorentz, met wie een warme vriendschap hem sindsdien heeft verbonden. In 1894 werd hij privaatdocent in de wis- en natuurkunde te Leiden. Twee jaar later volgde een benoeming tot lector in Amsterdam.

De internationale vermaardheid van Zeeman berust op zijn ontdekking, in 1896, van de invloed van een magnetisch veld op de atomen. Dit zg. Zeeman-efïect werd door hem waargenomen als een splitsing der uitgezonden straling in meer componenten van verschillende golflengte en frequentie, en ook van verschillende polarisatietoestand. Bij deze proeven, die een verfijnde experimenteerkunst vereisten, liet hij zich leiden door zijn kennis van de oudere litteratuur over magnetisme en licht (Faraday, Maxwell) en door opvattingen over de elektrische natuur van de bouwstenen der atomen, die geenszins onbestreden waren: de atomen zelfwaren nog maar ternauwernood aanvaard als harde bollen met een doorsnede van omstreeks 10 -10 m. Echter Lorentz slaagde er in een formule voor de Zeeman-splitsing af te leiden, gebaseerd op het idee, dat de straling wordt teweeggebracht door trillende elektrisch geladen deeltjes in de atomen. In die formule kwam het onbekende quotiënt van lading en massa (e/m) voor, zodat Zeeman dit uit zijn metingen kon afleiden. De uitkomst verbaasde Lorentz hooglijk, want die wees op het bestaan van een tot dusver onbekend deeltje - thans bekend als elektron - met negatieve lading en met een massa, die ongeveer 2000 maal zo klein is als die van een waterstofatoom. Eerst een halfjaar later bepaalde J.J. Thomson de waarde van e/m voor vrije elektronen, in overeenstemming met die van Zeeman, wiens resultaat hem ook bekend was zoals blijkt o.a. uit het werk van W. McGucken, Nineteenth-Century Spectroscopy (Baltimore, 1969). Ofschoon Zeeman de ontdekking van het elektron nooit voor zich geclaimd heeft, is hij zonder twijfel de ontdekker van het in het atoom gebonden elektron, en dat hij zich daarvan bewust was, blijkt uit de titel van zijn inaugurale rede bij de aanvaarding op 12 maart 1900 van het extraordinariaat aan de Universiteit van Amsterdam, Experimenteele onderzoekingen over deelen kleiner dan atomen (Amsterdam, 1900). In 1902 werden Zeeman en Lorentz gezamenlijk terecht geëerd door de toekenning van de Nobelprijs voor natuurkunde.

Inmiddels was uit de voortgezette proeven te Amsterdam, en ook elders, al gebleken, dat het Zeeman-effect een veel gecompliceerder verschijnsel was dan met de theorie van Lorentz viel te verklaren. Voor het uitvoeren van precisiewerk werd aan Zeeman, na benoeming tot gewoon hoogleraar in 1908, een nieuw gebouw, uitgerust vóór en mét de modernste instrumenten, in uitzicht gesteld. Maar mede door de Eerste Wereldoorlog kwam dit pas in 1923 tot stand. Van dit instituut, dat in 1940 officieel de naam Zeeman-laboratorium ontving, was hij directeur tot aan zijn afscheid als hoogleraar in 1935. In de loop der jaren was door de intrede van de quantumtheorie en de toepassing ervan op het atoom (Bohr: 1913) het theoretisch inzicht in het Zeeman-effect grondig veranderd; het primaire effect werd een splitsing van de stationaire energie-toestanden door het magnetische veld in zg. Zeeman-niveaus, waaruit het in de uitgezonden straling waarneembare effect voortvloeit. Ook deze theorie kon echter nog geen verklaring geven van de gecompliceerde splitsingen in vele componenten, het zg. anomale Zeeman-effect. Dit werd pas mogelijk toen in 1925 de elektronspin werd ontdekt en toen bleek ook, dat het anomale Zeeman-effect het machtigste hulpmiddel is om de karakteristieke eigenschappen der atoomniveaus te bepalen. De moderne analyse van spectra was hiermee geboren en in de volgende decennia hebben Zeeman en zijn leerlingen veel bijgedragen tot de ontsluiering van de structuur van de spectra van vele elementen.

Zeeman was ook onder de eersten, die de magnetische beïnvloeding van de zg. hyperfijnstructuur van spectraallijnen onderkenden en aantoonden, dat langs deze weg de kernspin kon worden bepaald (artikelen in Zeitschrift für Physik van 1930, met E. Back en S. Goudsmit, en in Proceedings Kon. Akad. van 1932 met J.H. Gisolf en T.L. de Bruin). Door de verbinding van het verschijnsel aan de niveaus heeft het begrip Zeeman-effect een betekenis gekregen, die ver uitgaat boven de door Zeeman hardnekkig aangehouden benaming 'magnetische splitsing der spectraallijnen'. De niveausplitsing is ook langs andere dan optische wegen voor meting toegankelijk geworden en zelfs van sommige kernniveaus is een Zeeman-splitsing vastgesteld. Het optische Zeeman-effect speelt een belangrijke rol in de sterrenkunde, waar het geleid heeft tot de ontdekking van een categorie magnetische sterren. Het eerst werd een astronomisch Zeeman-effect geconstateerd in de straling vanuit zonnevlekken (G.E. Haie: 1908); aan de interpretatie van de desbetreffende waarnemingen heeft ook Zeeman zelf een actief aandeel gehad.

Het spreekt vanzelf, dat in de glans van een zo schitterende ontdekking, die bovendien in de loop der jaren nog aan belangrijkheid en universaliteit won, elk ander resultaat wel moest verbleken. Zeeman zelf heeft zich echter door de enorme last van de algemene bewondering niet laten weerhouden steeds nieuwe onderwerpen te entameren. In de eerste plaats bestudeerde hij de magnetische dubbele breking en de magnetische draaiing van het polarisatievlak, verschijnselen, die aan het Zeeman-effect verwant zijn. Dit werk werd samen met de uitkomsten van het Zeeman-effect-onderzoek en met een reeks beschouwingen van instrumentele aard gepubliceerd in zijn boek Researches in Magneto-Optics (Londen, 1913). Daarna is hij vele jaren geabsorbeerd geweest in proeven over de voortplanting van het licht in bewegende media, een onderwerp, dat door de speciale relativiteitstheorie een nieuw aspect had gekregen en dan ook de levendige belangstelling genoot van Lorentz en Einstein. Door verfijning van de optische techniek en opmerkelijke prestaties op mechanisch gebied kon Zeeman de theorie met ongeëvenaarde precisie toetsen. Hierbij valt vooral te vermelden de constructie van een machine, die een lading kwarts- of glasstaven, met een totale lengte van 1 tot 1.40 m., kon heen en weer slingeren met een maximumsnelheid van 10 m/s. Deze onderzoekingen bestreken de jaren 1914 tot 1922 en werden beschreven in het artikel 'Expériences sur la propagation de la lumière dans des milieux liquides ou solides en mouvement' in Archives Néerlandaises des Sciences exactes et naturelles van 1927. Zeemans belangstelling voor experimentele verificatie van de relativiteit uitte zich ook in proeven over de zwaartekracht, waarin een eis van de algemene theorie, de evenredigheid van zware en trage massa, werd getoetst met een precisie van 1 op 2 x 10 7 . Ook de nauwkeurige meting "van het Doppler-effect van licht had zijn aandacht. Hoewel hij, ondanks jaren van ingespannen onderzoek, niet slaagde in zijn opzet om het kwadratische, of transversale, Doppler-effect waar te nemen, dat het gevolg is van de relativistische tijddilatatie, ontwikkelde hij de techniek, die in 1938 in het buitenland met volledig succes werd bekroond. Essentieel daarbij was de perfectionering van kanaalstralenbuizen ter verkrijging van snelle waterstofatomen. De ervaring, die met deze buizen werd verkregen, leidde tot opmerkelijke successen op ander terrein, nl. het massaspectrografisch onderzoek, dat Zeeman omstreeks 1930 aansneed. Soortgelijk werk was reeds sedert 1911 gedaan en door vele fysici vervolmaakt, maar op vernuftige wijze combineerde Zeeman de voordelen van nieuwe toestellen met die van het oudste type massaspectograaf, ook wel paraboolspectograaf genoemd, waardoor hij erin slaagde enkele 'vergeten' nucliden op te sporen, als 38 Ar en 64 Ni.

Het gehele levenswerk werd in honderden publikaties vastgelegd, waarvan vele in samenwerking met zijn assistenten en leerlingen. Een 29-tal proefschriften kwam onder Zeemans leiding tot stand. Beroemd en druk bezocht was zijn college 'Experimentele grondslagen der moderne natuurkunde', met wisselende inhoud samengesteld uit recente litteratuur of congresmededelingen. Ofschoon door zijn leerlingen vereerd, was zijn verhouding tot hen in het algemeen weinig persoonlijk. En ook in de omgang met anderen was Zeeman tamelijk gereserveerd, nochtans volkomen openhartig, vriendelijk en zonder pose. Zijn denkrichting kwam het dichtst bij het rationalisme, zijn levensbeschouwing was die van de agnosticus. Hij verdiepte zich gaarne in de historie van de natuurkunde en zijn grote beoefenaars, en ook in de Franse letterkunde. De clarté latine trok hem aan, ook in het wetenschappelijke werk, en hij schreef en sprak het Frans voortreffelijk.

Vanuit het buitenland bereikten hem, behalve de Nobelprijs, talrijke eerbewijzen als eredoctoraten van een tiental universiteiten en lidmaatschappen, medailles en prijzen van vele buitenlandse academies en wetenschappelijke instellingen, zoals het Franklin Institute te Philadelphia. Zeeman werd in 1898 tot lid van de Koninklijke Akademie van Wetenschappen te Amsterdam benoemd, waarvoor hij van 1912 tot 1920 als secretaris optrad.

P: Een selectieve bibliografie in J.C. Poggendorff. Biographisch-literarisches Handwörterbuch... Bd. VI: 1923 bis 1931, 2957-2958.

L: Ph. Kohnstamm e.a., in Physica l (1921) 225-250; H.A. Lorentz, ibidem 5 (1925) 73-77; J.D. van der Waals, in Verhandelingen... aangeboden aan... Zeeman ('s-Gravenhage, 1935) 1-7; W. de Groot, in Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde 7 (1940) 249-251; J.D. van der Waals, ibidem 10 (1943) 345-348; W.A. Lub, ibidem, 348-349; J.D. van der Waals Jr., in Jaarboek der Nederlandsche Akademie van Wetenschappen 1943-44, 208-218; Rayleigh, in Obituary notices of fellows of the Royal Society 1944, 590-595; T.P. Sevensma, Nederlandsche Helden der Wetenschap (Amsterdam, 1946); G.C. Gerrits, Grote Nederlanders... (Leiden, 1948) 473-501; Nobel Lectures. Physics. 1901-1921 (Amsterdam, 1967); C.A.R. [= Colin Archibald Russell], in A biographical dictionary of scientists. Uitg. door T.I. Williams (Londen, 1969).

I: Jaarboek der Nederlandsche Akademie van Wetenschappen 1943-44 (Amsterdam 1945) Afbeelding tegenover pagina 207.

P.F.A. Klinkenberg

Bovenstaande biografie weerspiegelt de stand van het onderzoek tot aan het jaar van publicatie in het gedrukte deel van het BWN. Dit jaar is hieronder weergegeven. Alle daarna verschenen literatuur is niet in de tekst verwerkt en wordt evenmin vermeld in de literatuuropgave (onder L).

Oorspronkelijke versie opgenomen in: Biografisch Woordenboek van Nederland 1 (Den Haag 1979)
Laatst gewijzigd op 12-11-2013