Zernike, Frits (1888-1966)

 
English | Nederlands

ZERNIKE, Frits (1888-1966)

Zernike, Frits, hoogleraar in de wiskundige en technische natuurkunde en de theoretische werktuigkunde aan de R.U. te Groningen (Amsterdam 16-7-1888 - Amersfoort 10-3-1966). Zoon van Carl Friedrich August Zernike, schoolhoofd en pedagoog, en Antje Dieperink. Gehuwd sinds 28-1-1930 met Theodora Willemina van Bommel van Vloten. Uit dit huwelijk werd 1 zoon geboren. Er was 1 dochter uit een eerder huwelijk van zijn echtgenote; haar geslachtsnaam werd gewijzigd in Zernike op 12-6-1944. Echtgenote overleden op 16-2-1945. Hertrouwd sinds 12-2-1954 met Lena Baanders. Uit dit huwelijk waren geen kinderen. afbeelding van Zernike, Frits

Zernike is in Amsterdam opgegroeid in het stimulerende intellectuele milieu van een onderwijzersgezin met zes kinderen, die alle een middelbare of academische opleiding hebben gekregen. Reeds op jeugdige leeftijd bleek zijn grote veelzijdigheid en wetenschappelijke interesse. Hij bezocht de tweede 5-jarige HBS voor jongens in Amsterdam en legde zijn eindexamen af in 1905. Hij studeerde vanaf 1905 scheikunde aan de Universiteit van Amsterdam en legde intussen (1906) het voor universitaire examens vereiste staatsexamen af. Als student beantwoordde hij in 1907 een prijsvraag van de Groninger Universiteit over de waarschijnlijkheidstheorie van het klok en hamerspel. Zijn antwoord werd in 1908 met goud bekroond (Nieuw Archief voor Wiskunde 2e reeks 9 (1911) 239-260). Tijdens zijn studie voor het doctoraal examen in de scheikunde, dat in 1912 cum laude werd afgelegd, begon hij aan de oplossing van een prijsvraag, in 1910 uitgeschreven door de Hollandsche Maatschappij der Wetenschappen te Haarlem, betreffende de lichtverstrooiing bij het kritische punt van enkelvoudige stoffen en mengsels van stoffen. Zijn antwoord werd eveneens met goud bekroond (1912) en vormde de basis voor zijn proefschrift getiteld: L'opalescence critique, théorie et experiments waarop hij in Amsterdam op 17-2-1915 cum laude promoveerde tot doctor in de scheikunde.

Daarmee had zich de verplaatsing van zijn wetenschappelijke belangstelling voltrokken, van de scheikunde naar de theoretische en experimentele natuurkunde. Door de astronoom J.C. Kapteyn werd Zernike van begin 1913 tot medio 1915 als assistent verbonden aan het Sterrenkundig Laboratorium te Groningen. Zo kwam hij tevens in contact met de toen in Groningen als lector werkzame theoretisch-natuurkundige L.S. Ornstein. Na diens benoeming tot hoogleraar in Utrecht volgde Zernike hem in juni 1915 op als lector in de mathematische fysica en de theoretische mechanica. Met ingang van 1 april 1920 werd hij met dezelfde onderwijsopdracht tot hoogleraar aan de Groninger Universiteit benoemd. In 1941 werd zijn onderwijsopdracht gewijzigd in de wiskundige en technische natuurkunde en de theoretische werktuigkunde. Tot zijn emeritaat in 1958 is Zernike met grote scherpzinnigheid en originaliteit als theoreticus en experimentator in diverse vakgebieden van de natuurkunde in Groningen werkzaam geweest.

Tussen 1920 en 1930 heeft Zernike in Groningen eerst een aantal jaren samengewoond met zijn zuster, de schrijfster Elisabeth Zernike, en daarna met zijn moeder. Door zijn huwelijk (1930) werden zijn sociale contacten breder. Hij was verknocht aan zijn gezin en eigen familie. Zijn vroege kritische belangstelling voor religieuze vraagstukken en zijn latere natuurfilosofische en wetenschappelijke inzichten leidden ertoe dat hij na de oorlog lid werd van het Humanistisch Verbond. Hij was een levendige en inspirende persoonlijkheid, die behalve in de wiskunde en natuurkunde grote belangstelling had voor andere natuurwetenschappen en voor de kwaliteit van het voorbereidend hoger en middelbaar onderwijs in de exacte vakken; hij ontwierp natuurkundige leerlingproeven en trad herhaaldelijk op als gecommitteerde bij eindexamens. Hij reisde vaak naar Utrecht en Amsterdam om wetenschappelijke betrekkingen met Ornstein en andere collega's te onderhouden, na 1935 ook om te experimenteren in de fabriek van optische instrumenten van mej.dr. C.E. Bleeker te Utrecht. Zijn interesse in de natuurkundebeoefening elders in Nederland maakte hem tot een geregeld bezoeker van de wetenschappelijke vergaderingen van de Nederlandse Natuurkundige Vereniging; in die bijeenkomsten heeft hij ook zelf over verscheidene onderwerpen voordrachten gehouden. Gedurende het studiejaar 1938-1939 was hij rector magnificus van de Groninger universiteit. In 1946 werd hij benoemd tot lid van de Afdeling Natuurkunde van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen. In de naoorlogse jaren hield hij vele voordrachten over zijn optische werk tijdens wetenschappelijke conferenties en bijeenkomsten in het buitenland. Op uitnodiging maakte hij enkele rondreizen door de V.S. van Amerika (1922, 1947-1948, 1951, 1954). In 1947-1948 was hij gasthoogleraar aan de Johns Hopkins Univ., Baltimore.

Drie tijdvakken van wetenschappelijke activiteit kunnen worden onderscheiden: I de jaren 1911-1930 waarin Zernike als theoreticus voornamelijk werkte op het gebied van de statistische fysica, II de periode 1930-1942 waarin de fysische optica zijn belangstelling kreeg en hij de fasecontrastmethode ontdekte en het principe van de fasecontrastmicroscoop uitvond, en III het naoorlogse tijdvak waarin hij vooral werkte aan de vervolmaking van de fasecontrastmicroscoop.

I In de periode tot 1930 is Zernike voornamelijk geboeid geweest door de statistisch-mechanische behandeling van verscheidene natuurkundige verschijnselen, met inbegrip van optische verschijnselen, die beheerst worden door de toevallige bewegingen en groeperingen van deeltjes in moleculaire stoffen. Met grote vindingrijkheid wist hij talrijke moeilijkheden, die de toenmalige theorie der fluctuatie-verschijnselen aankleefden, op te lossen. Uit zijn samenwerking met Ornstein (13 gezamenlijke publikaties, waarvan er 10 tussen 1915 en 1919 verschenen in de Proc. Kon. Akad. Wetensch.) en later met J.A. Prins (Zeitschrift für Physik 41 (1927) 184-194) is onder meer het voor de moleculaire vloeistof- en gastheorie zo belangrijke begrip der zwermvorming en dat der correlatiefunctie voortgekomen, waarmee de ordening naar plaats en oriëntatie beschreven wordt die in moleculaire systemen kan optreden. Intussen heeft Zernike gewerkt aan een belangrijke wetenschappelijke verhandeling, het in 1928 verschenen hoofdstuk over 'Warscheinlichkeitsrechnung und mathemathische Statistik' in het Handbuch der Physik (Berlin, 1928) III, 419-492. Behalve theoreticus, met een sterke voorkeur voor onderwerpen uit de klassieke natuurkunde, was Zernike een bijzonder kundig experimentator met speciale interesse voor de fysica van natuurkundige instrumenten. Zo ontwikkelde hij een zeer gevoelige galvanometer, die als Zernike-galvanometer bekendheid kreeg (Proc. Kon. Akad. van Wetensch. 24 (1921) 239-245). Voor zijn experimentele activiteiten bij het ontwikkelen van verfijnde elektrische en optische instrumenten had Zernike de beschikking over een klein vertrek in het Natuurkundig Laboratorium te Groningen; de instrumentmaker J.H. Oosterwijk heeft hem lang terzijde gestaan.

II De statistische fysica heeft ook in het tweede tijdvak van zijn wetenschappelijke activiteit de belangstelling van Zernike gehad; hij ontwikkelde een theorie over de orde-wanorde overgangen in kristallen (Physica 7 (1940) 565-585). Inmiddels hadden de problemen der fysische optica zijn grote interesse verkregen. Bij een theoretisch en experimenteel onderzoek naar de zogenaamde spooklijnen die optreden als zwakke begeleiders van elke monochromatische spectraallijn in het met een buigingtralie ontworpen spectrum, toonde Zernike aan dat er een faseverschil van 1/4 golflengte bestond tussen de hoofdlijn en de spookbeelden. In 1934 beschreef Zernike voor 't eerst zijn fasecontrastmethode, die het mogelijk maakte de fouten in het oppervlak van een holle sferische spiegel met veel grotere nauwkeurigheid te onderkennen dan met de toen gebruikelijke 'Schlieren'-methode mogelijk was (Physica 1 (1934) 689-704). Hij besefte dat kleine afwijkingen van een exact sferisch oppervlak tot buigingsbeelden in het door de spiegel ontworpen beeld aanleiding gaven, die in fase verschilden met het centrale hoofdbeeld. Door met een klein faseplaatje ter plaatse van het hoofdbeeld een faseverschuiving van 1/4 golflengte te introduceren, zonder echter het omringende buigingsbeeld te beïnvloeden, was het mogelijk in de afbeelding van het oppervlak van de holle spiegel de plaats en de grootte van de afwijkingen van een ideaal sferisch oppervlak duidelijk vast te stellen. Zodoende kon een holle spiegel met veel grotere perfectie worden geslepen.

Reeds in 1933 ging Zernike ertoe over zijn fasecontrastmethode toe te passen bij de microscoop (Handelingen van het XXIVe Nederlandsch natuur- en geneeskundig Congres 24 (1933) 100-102; Zeitschrift für technische Physik 16 (1935) 454-457). In het microscopische beeld van een transparant doch optisch inhomogeen object zijn geen lichtcontrasten zichtbaar en is dus geen structuur waarneembaar. De gebruikers van microscopen hebben zich vele decennia moeten behelpen om de structuren, die zij in vele transparante objecten zoals levend protoplasma vermoedden, waar te nemen. Daartoe werden deze objecten met verschillende kleurstoffen behandeld. Aan deze kleuringstechniek kleefden grote bezwaren; de kleuring kon niet worden toegepast op levend materiaal en was vaak oorzaak van patronen die met de reële structuur weinig of niets te maken hadden. Het is de grote verdienste van Zernike een buitengewoon originele methode te hebben aangegeven om de structuur van transparante en optisch inhomogene objecten waar te nemen, zonder welke ingreep dan ook in het object zelf uit te voeren. Daarbij geleid door een zorgvuldige theoretische analyse van de beeldvorming in een microscoop toonde Zernike aan, dat een betrekkelijk geringe maar zeer essentiële wijziging van een gewone microscoop nodig was om de onzichtbare faseverschillen, die in het transparante object door de gebieden van verschillende brekingsindex worden geïntroduceerd, in het beeldvlak om te zetten in zichtbare intensiteitsverschillen. De condenser van de microscoop diende voorzien te worden van een ringvormig diafragma terwijl een klein en dun faseringetje in een met dit diafragma corresponderend tussen-beeldvlak binnenin het objectief van de microscoop moest worden opgenomen. Hij patenteerde zijn vinding (Deutsches Reichs Patent 636168, Sept. 1936) en schreef er enkele artikelen over (Physica 5 (1938) 785-795; 9 (1942) 686-698; 9 (1942) 974-986). Toch ondervond zijn vinding nog weinig weerklank bij de optische industrie.

III In het naoorlogse tijdvak heeft Zernike met grote voortvarendheid gewerkt aan de uitwerking en vervolmaking van zijn fasecontrastmicroscoop, geleidelijk de technische tegenslagen overwinnend bij het maken van de subtiele faseringetjes met de gewenste eigenschappen. Hij ondervond veel medewerking van mej. C.E. Bleeker, fabrikante van optische instrumenten te Utrecht, later ook van de Amerikanen A.T. Brice (Phase Films, Ross, Cal.) en C.P. Saylor (National Bureau of Standards, Washington, D.C.). Met hen samen ontwikkelde Zernike microscopen met variabel fasecontrast en met het zogenaamde kleurfasecontrast; in het laatste geval worden structuren in het microscopisch object die of positieve of negatieve faseverschillen veroorzaken door kleurverschillen in het microscopische beeld onderscheiden (Journal of the Optical Society of America 40 (1950) 329-334; diverse buitenlandse patenten; Ned. octrooi 73371 (mei 1953), 74408 (nov. 1953), 94480 (jan. I960)).

Het was voor de ontdekking van de fasecontrastmethode en voor de uitvinding van de fasecontrastmicroscoop dat aan Zernike in 1953 de hoge onderscheiding van de Nobelprijs voor Natuurkunde werd verleend. In zijn enkele dagen na de prijsuitreiking gehouden Nobellezing, getiteld 'How I discovered phase contrast', heeft Zernike interessante bijzonderheden betreffende zijn ontdekking meegedeeld (Les prix Nobel en 1953 (Stockholm, 1954) 107-114; Science 121 (1955) 345-349). De fasecontrastmicroscopie is vooral voor de ontwikkeling van de medische en biologische wetenschappen van zeer grote betekenis geworden. Maar naast zijn werk - over de fasecontrastmethode en de fasecontrastmicroscoop heeft Zernike ook op het gebied van de fysische optica naam verworven met zijn theoretische behandeling van de rol van de lichtbuiging bij de beeldvorming door lenzen bij aanwezigheid van kleine fouten in het optische stelsel (Proc. Phys. Soc. 61 (1948) 158-164; Proceedings of the National Bureau of Standards Semiceatennial symposium on optical image evaluation, Oct. 1951, (NBS Circular 526, 1-8). De veelzijdige creativiteit van Zernike blijkt niet alleen uit zijn eigen wetenschappelijke publikaties, doch tevens uit de verscheidenheid van onderwerpen die onder zijn leiding door zijn leerlingen zijn uitgewerkt. Met Zernike als promotor kwamen veertien dissertaties tot stand, negen tussen 1922 en 1942, vijf tussen 1946 en 1957.

Voor zijn belangrijk wetenschappelijk werk op verschillende gebieden van de natuurkunde heeft Zernike, behalve de Nobelprijs (1953), talrijke wetenschappelijke onderscheidingen verworven: het erelidmaatschap van de Royal Microscopical Society (1950), de Rumfordmedaille van de Royal Society of London (1952), het erelidmaatschap van de Optical Soc. of America (1955), de Snelliusmedaille van het Genootschap t.b.v. Natuurkunde, Geneeskunde en Heelkunde (1955) en het buitenlands lidmaatschap van de Royal Society (1956). Voorts verdienen hier de eredoctoraten van de universiteiten te Amsterdam (1953), Poitiers (1955) en Modena (1963) vermelding; het eredoctoraat dat de universiteit van Londen hem in 1954 verleende heeft hij door zijn verblijf in Amerika niet in ontvangst kunnen nemen. Als erkenning van zijn verdiensten ontving hij hoge Nederlandse koninklijke onderscheidingen (1952, 1954) en een Franse onderscheiding (1954).

Zernike was een bescheiden en tolerant mens, van nature opgewekt, met een rusteloze interesse voor de wetenschap. In zijn eigen bezigheden als experimentator of als theoreticus ging hij volledig op; hij stelde weinig eisen aan zijn werkomgeving en vergat de tijd. In gezelschap kon hij echter voor anderen openstaan, en blijk geven van zijn belangstelling in universitaire aangelegenheden en in filosofische of sociale vraagstukken. In zijn discussies met een vakgenoot of met een leerling was hij levendig, verhelderend en kritisch. Het eerbetoon dat hem na 1950 in ruime mate is ten deel gevallen heeft hem verblijd maar niet van zijn stuk gebracht. Hij is tot zijn emeritaat zijn eigen weg blijven gaan, uiterlijk rustig, innerlijk bedrijvig.

Na 1958 werd Zernike in groeiende mate door een slopende ziekte gehinderd en namen de mogelijkheden voor contacten met zijn omgeving snel af. Hij verhuisde in 1961 naar Naarden, doch moest in 1963 in een ziekenhuis te Amersfoort worden opgenomen waar hij in 1966 overleed.

A: Collectie-Zernike in Archief Univ. Bibl. Groningen.

P: Bibliografie in bovengenoemde collectie en gepubliceerd in Jaarboek der Rijks Universiteit te Groningen 1966, 37-41; S. Tolanski, 'Bibliography' in Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society (London) 13 (1967) 399-402.

L: H. Brinkman, 'De Nobelprijs 1953 voor Prof.Dr. Frits Zernike' in Groninger Universiteitsblad 4 (december 1953) 1-3. Verder J.A. Prins 'Het oudere wetenschappelijke werk van prof.dr. F. Zernike', in Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde 19 (1953) 314-319; B.R.A. Nijboer, 'Het door prof.dr. F. Zernike in de laatste twintig jaren verrichte wetenschappelijke werk', ibidem, 302-328; W.B.F. Schaper, In het eerste gelid. Twaalf vooraanstaande Nederlanders [Ed. van Beinum... F. Zernike] (Meppel, [1955]) 199-214; W.G. Perdok, 'Leven en werk van J.C. Kapteyn en F. Zernike', in Universitas Groningana 1614-1964. Gedenkboek ter gelegenheid van het 350-jarig bestaan der Rijksuniversiteit te Groningen (Groningen, 1964) 176-188; 'Herdenkingsbijeenkomst op 21 maart 1966 in verband met het overlijden van prof.dr. F. Zernike'. Met bijdr. van E.H. s'Jacob, H.J. Groenewold en E. Huizinga, in Jaarboek der Rijks Universiteit te Groningen 1966, 30-47; J.A. Prins, in Jaarboek der Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen 1965-1966, 370-377; C. van Winter, in Groningse Volksalmanak 1967, 1-13.

I: Jaarboek der Nederlandsche Akademie van Wetenschappen 1965-1966 (Amsterdam 1966) Afbeelding tegenover pagina 370.

H. Brinkman


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