Misverstand: onze techniek is revolutionair
Door Maarten van Rossem
De meeste mensen menen zeker te weten dat de ontwikkeling van de techniek nog nooit zo snel is gegaan als juist in de laatste decennia. Ze denken dan aan de wonderbaarlijke smartphone die naar men zegt meer rekenkracht heeft dan de capsules waarmee de Apollo-missies naar de maan werden uitgevoerd.
De computerrevolutie – want zo mogen we deze ontwikkeling toch wel noemen – gaat terug op de uitvinding van de transistor in 1947. Een klein decennium later kwamen verscheidene technici op het idee een aantal transistors samen te brengen in een zogenoemde geïntegreerde schakeling. Vervolgens bleek het mogelijk met nieuwe technieken honderden transistors onder te brengen op een plakje silicium: de microchip. Gordon E. Moore voorspelde in 1965 dat het aantal componenten op zo’n chip elk jaar zou verdubbelen, en dat is ook het geval gebleken.
Hoewel er geen enkele reden is om de enorme betekenis van de ontwikkeling van de transistor te ontkennen – het is zonder meer de belangrijkste uitvinding van de twintigste eeuw –, is het toch zeer de vraag of de technische vooruitgang in de tweede helft van de vorige eeuw historisch gezien wel zo uniek was.
Als we wat langer nadenken over de technische fundamenten van onze beschaving, wordt onvermijdelijk duidelijk dat die fundamenten voor het overgrote deel zijn gelegd in de negentiende eeuw, en dat de technische ontwikkeling met name in de periode 1870-1914 aanzienlijk fundamenteler en spectaculairder was dan die in de tweede helft van de twintigste eeuw. Toen werden in nog geen halve eeuw de wetenschappelijke en technische voorwaarden voor de moderne wereld gecreëerd.
Stroom
Die explosie van technische inventiviteit zou overigens weer niet mogelijk zijn geweest zonder het voorbereidende werk van wetenschappelijk onderzoekers en uitvinders in de eerste decennia van de negentiende eeuw. De eerste locomotief, een ontwerp van Richard Trevithick, reed in 1804. Trevithick was een pionier bij de ontwikkeling van de hogedrukstoommachine. Robert Stephensons Rocket van 1829, een aanzienlijk geavanceerder model, leidde op korte termijn tot de aanleg van spoorwegen op grote schaal. In de vroege jaren dertig van de negentiende eeuw was de telegraaf uitgevonden, ooit eens het victoriaanse internet genoemd.
Laat ik van de uitvinders van de vroege negentiende eeuw er een uit velen noemen. Zonder het werk van Michael Faraday (1791-1867) hadden de verbazingwekkende ontwikkelingen van de elektrotechniek in de tweede helft van de eeuw zich niet kunnen voltrekken. In 1821 plaatste Faraday een magneet in een kwikbad en hing daarin een draad. Als hij die draad onder stroom zette, maakte deze een cirkelvormige beweging rond de magneet in het elektromagnetische veld dat door de stroom was opgewekt. Daarmee was aangetoond dat elektriciteit een mechanische beweging kan veroorzaken en was de grondslag gelegd voor de elektromotor.
De telegraaf is ooit eens het victoriaanse internet genoemd
Faraday was een man van het experiment, geen theoreticus. Ruim veertig jaar na Faradays draaiende draad zorgde James Clerk Maxwell (1831-1879) voor een alomvattende theorie van het elektromagnetisme, en zodoende ook voor de start van de moderne fysica. De theorie van Maxwell impliceerde bovendien dat de meeste elektromagnetische golven, anders dan het zichtbare licht, zich onttrokken aan de menselijke waarneming.
In 1869 presenteerde Dmitri Mendeleev zijn periodiek systeem der elementen, dat sedert die tijd in essentie niet is veranderd. Hij voorspelde daarbij het bestaan en de eigenschappen van een aantal op dat moment nog onbekende elementen.
Zonderling
Hoewel men in de jaren 1870 dus precies wist wat elektriciteit was, was er nog geen sprake van elektrisch licht, laat staan van een betrouwbare stroomleverantie. Tal van uitvinders hadden geworsteld met de gloeilamp. Men wist hoe het moest, maar kon decennia de juiste gloeidraad niet vinden. In oktober 1879 had Thomas Edison – de belangrijkste Amerikaanse uitvinder, een man die meer dan duizend patenten verzamelde – voor het eerst een lamp geconstrueerd waarvan de gloeidraad van koolstofvezel meer dan tien uur meeging. Was het Edison niet gelukt, dan zou ongetwijfeld op korte termijn iemand anders erin zijn geslaagd. Er waren vele kapers op de kust. De gloeidraad bleef een probleem, tot meer dan dertig jaar later wolfraam werd toegepast.
Edisons genie zat ’m niet zozeer in het ontwerp van de eerste min of meer betrouwbare gloeilamp als wel in zijn besef dat je niets aan die lamp had als er niet ook werd gezorgd voor stroomleverantie. Hij zorgde binnen enkele jaren voor een heel systeem van stroomopwekking, met behulp van stoommachines en grote dynamo’s, en een stroomnetwerk.
Dat netwerk gebruikte gelijkstroom, en dat bleek al snel niet de beste oplossing. Dat was wisselstroom, en de belangrijkste figuur op dit terrein was Nikola Tesla (1856-1943). Was Edison deels nog een experimenteerder van de oude stempel, de zonderlinge Tesla beschikte over een grondige theoretische kennis van de elektrotechniek en vond Edison maar een prutser. Tesla was de ontwerper van de eerste bruikbare wisselstroommotor in 1887.
Zo begon binnen een decennium de elektrificatie van de samenleving, die uiteindelijk een maatschappelijke revolutie zou veroorzaken, zowel binnenshuis als daarbuiten. Zonder stroom immers geen koelkasten, stofzuigers, radio’s, tv’s of computers. Hoe essentieel die elektrische stroom is, merkt de moderne mens pas bij stroomstoringen, die tegenwoordig vanwege de privatisering van de elektriciteitsvoorziening aan de orde van de dag zijn. Zonder elektromotoren, die gebouwd kunnen worden in alle maten en soorten, en die nauwelijks onderhoud vragen, zouden een deel van de transportsector en een groot deel van de industriële productie niet kunnen functioneren. De eenvoudige ventilator die naast mij staat al evenmin.
Radiogolven
De historische afspraak is dat de eerste auto het werk was van Karl Benz in 1886. Die eerste auto was een nogal iel ogende driewieler met een relatief moderne viertaktmotor. Het toestel van Benz was zeker niet het eerste voertuig dat motorisch werd voortbewogen, maar het voert hier te ver alle wonderlijke voorgangers de revue te laten passeren. Ook Benz’ viertaktmotor, hoewel van eigen ontwerp, had tal van voorgangers.
Aanvankelijk waren verbrandingsmotoren weinig succesvol geweest, omdat ze werkten met kolengas dat niet werd gecomprimeerd. Pas toen de benzine ter beschikking kwam (met een 1600 keer zo grote energiedichtheid als kolengas) en men het lucht-benzinemengsel ging comprimeren, konden verbrandingsmotoren worden gebruikt om voertuigen aan te drijven. Met afstand de meest efficiënte verbrandingsmotor is de dieselmotor, in de vroege jaren negentig uitgevonden door Rudolf Diesel (1858-1913).
Aanvankelijk ging het niet hard met de ontwikkeling van de autotechniek. De grote doorbraak was de even simpele als solide T-Ford, een ontwerp uit 1908 dat vanaf 1913 op een lopende band werd gebouwd. Dat leidde tot zo’n enorme verbetering van de efficiëntie dat Ford de prijs van de T-Ford aanhoudend kon verlagen. Tussen 1908 en 1927 werden er 15 miljoen gebouwd.
Binnen een decennium begon de elektrificatie van de samenleving, die een maatschappelijke revolutie zou veroorzaken
Ook voor de communicatietechnologie waren de laatste decennia van de negentiende eeuw beslissend. In de jaren zeventig werkte Alexander Graham Bell aan de verbetering van de telegraaf en vond daarbij in 1876 de telefoon uit. In 1886 ontdekte Heinrich Hertz (1857-1894), uitgaande van de theorie van Maxwell, langs experimentele weg het bestaan van wat later radiogolven zouden worden genoemd. Tien jaar later patenteerde Guglielmo Marconi (1874-1937) een draadloze telegraaf, waarmee hij in 1901 de Atlantische Oceaan wist te overbruggen. De essentiële ontdekkingen waren eigenlijk het werk van Tesla, maar de handige Marconi ging met de eer strijken. Radio, tv en radar waren toen niet ver meer.
Hoewel de eerste foto al in 1826 was gemaakt, bleef de fotografie een traag en bewerkelijk proces. Totdat George Eastman in 1888 zijn handzame Kodak-camera patenteerde, die niet al te lange belichtingstijden had en rolfilm gebruikte.
Zo kan ik nog wel even doorgaan. De eerste zetmachine kwam in 1886 in bedrijf. De film had vele vaders, maar in 1900 waren er al tal van filmtheaters. Edison vond de fonograaf uit, maar de grammofoon van Emile Berliner (1851-1929), met schellak platen, was veel handiger. Zijn eerste patent was van 1887. De Flyer van de gebroeders Wright maakte zoals bekend zijn eerste hupje in 1903 en zes jaar later vloog Blériot al over het Kanaal.
Ammoniak
Ten slotte nog aandacht voor een drietal basisprocessen die de grondstoffen leverden zonder welke de technische en latere demografische explosie niet mogelijk zouden zijn geweest. Nog halverwege de negentiende eeuw was de staalproductie ambachtelijk en dus kleinschalig. Er werd veel gietijzer geproduceerd, maar dat was vanwege zijn breekbaarheid nauwelijks geschikt voor complexe constructies waar spanning op stond.
Die breekbaarheid was het gevolg van een te hoog gehalte aan koolstof. Het was dus zaak tijdens het productieproces de koolstof uit het ruwe ijzer te halen. De eerste die daarvoor een procedé ontwikkelde was Henry Bessemer (1813-1898). Hij blies lucht door de smelt. Aanvankelijk werkte dat nauwelijks, maar na veel geëxperimenteer was het mogelijk op grote schaal staal te produceren. Dat maakte onder andere de staalskeletbouw mogelijk.
Aluminium is het meest voorkomende metaal in de aardkorst, maar aan het begin van de negentiende eeuw was het onbekend, omdat het alleen in verbindingen voorkomt. Na de ontdekking van het pure metaal duurde het nog decennia voor het elektrolytische proces was ontwikkeld waarmee de productie op grote schaal mogelijk was. Moderne vliegtuigen zouden zonder aluminium niet mogelijk zijn. Een Boeing 747 bevat ongeveer 100 ton aluminium!
Een aanzienlijk deel van de huidige wereldbevolking zou de hongerdood sterven zonder de technisch-wetenschappelijke ontdekking die nu als laatste aan bod komt. In de loop van de negentiende eeuw was er een nijpend gebrek aan meststoffen ontstaan. Tijdelijk werden in Zuid-Amerika enorme hoeveelheden guano (vogelpoep) afgegraven teneinde te voorzien in de noodzakelijke stikstofverbindingen. De guanovoorraad was echter eindig.
Aangezien stikstof 80 procent van onze dampkring uitmaakt, zou de productie van stikstofverbindingen geen probleem moeten zijn. Maar het stikstofmolecuul N2 is inert onder normale omstandigheden. Vanaf 1913 kon ammoniak (NH3) op industriële schaal synthetisch vervaardigd worden, naar een ontdekking van de Duitse chemicus Fritz Haber. Dat was even nuttig voor de kunstmestproductie als voor de vervaardiging van explosieven. Denk daarbij aan de Eerste Wereldoorlog en aan het levensgevaarlijke mengsel van kunstmest en dieselolie dat een favoriet is van terroristen.
Nooit hebben wetenschap en techniek zich zo snel ontwikkeld als tussen 1870 en het begin van de Eerste Wereldoorlog. Het was in die jaren dat de mens duidelijk werd hoe de wereld in elkaar zit. Einstein had een foto van Maxwell op zijn bureau staan. Een dergelijke periode van koortsachtige inventiviteit zal zich nimmer meer herhalen, omdat de wereld nog steeds op dezelfde wijze in elkaar zit. De technische afstand tussen het Rome van 100 n.Chr. en 1800 is kleiner dan de afstand tussen 1800 en 1900. De wonderbaarlijke smartphone, waarmee ik hierboven begon, zou zonder betrouwbare stroomleverantie en telefoontechnologie zelfs nooit uitgevonden zijn. De negentiende eeuw is de meest wonderbaarlijke periode uit de menselijke geschiedenis.
Meer weten?
Zie voor een handzaam overzicht: Vaclav Smil, Creating the Twentieth Century: Technical Innovations of 1867-1914 and Their Lasting Impact (Oxford University Press, 2005).
De meeste mensen menen zeker te weten dat de ontwikkeling van de techniek nog nooit zo snel is gegaan als juist in de laatste decennia. Ze denken dan aan de wonderbaarlijke smartphone die naar men zegt meer rekenkracht heeft dan de capsules waarmee de Apollo-missies naar de maan werden uitgevoerd.
De computerrevolutie – want zo mogen we deze ontwikkeling toch wel noemen – gaat terug op de uitvinding van de transistor in 1947. Een klein decennium later kwamen verscheidene technici op het idee een aantal transistors samen te brengen in een zogenoemde geïntegreerde schakeling. Vervolgens bleek het mogelijk met nieuwe technieken honderden transistors onder te brengen op een plakje silicium: de microchip. Gordon E. Moore voorspelde in 1965 dat het aantal componenten op zo’n chip elk jaar zou verdubbelen, en dat is ook het geval gebleken.
Welkom bij Maarten!
Maak eenmalig een gratis account aan en krijg toegang tot al onze artikelen. Lees gratis op onze site en ontvang elke twee weken nieuws, diepgravende artikelen, interviews, evenementen en acties van Maarten! in uw mailbox.
InloggenRegistreren