Beroemde wetenschappelijke ontdekkingen

Een ontdekking telt als ‘groot’ wanneer ze ons wereldbeeld verandert, een heel vakgebied opent of levens redt. Met die maatstaf zijn hieronder 35 ontdekkingen gekozen uit de natuurkunde, scheikunde, biologie, sterrenkunde, aardwetenschappen en geneeskunde. Het jaartal is dat van publicatie of eerste waarneming.

De 35 belangrijkste ontdekkingen op een rij

De tabel is chronologisch. Klik op een naam voor de biografie van de wetenschapper.

Wat opvalt: tot 1900 werken wetenschappers meestal alleen of met een paar assistenten. In de 20e eeuw worden de teams groter, en de ontdekkingen van de 21e eeuw (het Higgs-deeltje, zwaartekrachtgolven, de foto van een zwart gat) zijn het werk van honderden tot duizenden onderzoekers tegelijk.

Oudheid en wetenschappelijke revolutie (tot 1700)

De Grieken bedachten de eerste natuurwetten die je kunt narekenen. Volgens de wet van Archimedes ondervindt een voorwerp in een vloeistof een opwaartse kracht die gelijk is aan het gewicht van de verplaatste vloeistof; zie druk. Daarna bleef het lang stil, tot in de 16e en 17e eeuw de wetenschappelijke revolutie begon: waarnemen, meten en wiskunde in plaats van vertrouwen op oude autoriteiten.

Copernicus: de zon in het midden (1543)

Al bijna 1400 jaar gold het wereldbeeld van Ptolemaeus: de aarde staat stil in het centrum, en zon, maan en planeten draaien eromheen. Nicolaus Copernicus liet in zijn boek De revolutionibus orbium coelestium, verschenen in zijn sterfjaar 1543, de aarde en de andere planeten om de zon draaien. Copernicus hield nog vast aan perfecte cirkels, waardoor zijn voorspellingen niet veel beter waren dan die van Ptolemaeus. Toch was het idee revolutionair: de aarde is gewoon een van de planeten.

Kepler en Galilei: ellipsen en een telescoop (1609–1619)

Johannes Kepler gebruikte de nauwkeurige metingen van Tycho Brahe en ontdekte dat planeetbanen geen cirkels maar ellipsen zijn, met de zon in een brandpunt. Zijn drie wetten (1609 en 1619) voorspelden planeetposities voor het eerst echt nauwkeurig. Tegelijk richtte Galileo Galilei in 1609–1610 een zelfgebouwde telescoop – een uitvinding uit de Nederlanden – op de hemel. Hij zag bergen op de maan, talloze sterren in de Melkweg en in januari 1610 vier manen rond Jupiter. Later zag hij dat Venus fasen heeft zoals de maan, wat alleen klopt als Venus om de zon draait. Zijn steun aan Copernicus leverde hem in 1633 een veroordeling door de Inquisitie en levenslang huisarrest op.

Newton: één wet voor hemel en aarde (1687)

In de Principia (1687) bracht Isaac Newton alles samen. Met zijn drie bewegingswetten en de gravitatiewet F = G · m₁ · m₂ / r² liet hij zien dat dezelfde kracht een appel laat vallen en de maan in haar baan houdt. Uit die wet volgen ook de wetten van Kepler en de getijden. Voor het eerst bleek het heelal te werken volgens wiskundige wetten die overal gelden. Newtons mechanica is na ruim drie eeuwen nog steeds de natuurkunde waarmee bruggen, auto’s en raketbanen worden berekend; pas bij zeer hoge snelheden of zeer sterke zwaartekracht heb je Einstein nodig.

De 18e en 19e eeuw: ordening en grote theorieën

In deze periode krijgen scheikunde en biologie hun moderne vorm. Linnaeus ordent planten en dieren, Lavoisier laat zien dat bij een reactie geen massa verloren gaat, Edward Jenner ontwikkelt in 1796 het eerste vaccin en Faraday ontdekt in 1831 dat een bewegende magneet stroom opwekt – het principe achter elke elektriciteitscentrale.

Darwin: evolutie door natuurlijke selectie (1859)

Tijdens zijn reis met de Beagle (1831–1836) verzamelde Charles Darwin fossielen en dieren, onder meer op de Galápagoseilanden. Twintig jaar lang werkte hij zijn idee uit: individuen verschillen erfelijk van elkaar, er worden meer nakomelingen geboren dan kunnen overleven, en wie het best is aangepast krijgt gemiddeld de meeste jongen. Over vele generaties verandert een soort zo vanzelf. Toen Alfred Russel Wallace in 1858 onafhankelijk op hetzelfde idee kwam, werden hun stukken samen gepresenteerd; in 1859 verscheen Darwins On the Origin of Species. De evolutietheorie verklaart waarom alle organismen verwant zijn en is sindsdien het fundament van de hele biologie.

Mendel: de regels van erfelijkheid (1865)

Darwin wist niet hoe eigenschappen worden doorgegeven. Het antwoord lag al klaar in een klooster in Brno. Gregor Mendel kruiste jarenlang duizenden erwtenplanten en telde de nakomelingen: gele en groene erwten, gladde en gerimpelde. Kruiste hij twee hybriden, dan kwam de verborgen eigenschap terug in een verhouding van ongeveer 3 : 1. Hij concludeerde dat elke ouder één ‘factor’ per eigenschap doorgeeft en dat een factor dominant of recessief kan zijn. Hij presenteerde dit in 1865 en publiceerde het in 1866, maar niemand begreep het belang. Pas in 1900 werd zijn werk herontdekt, onder anderen door de Nederlander Hugo de Vries. Mendels ‘factoren’ noemen we nu genen; de wetten van Mendel zijn nog altijd examenstof.

Mendelejev: het periodiek systeem (1869)

Rond 1869 waren ongeveer 63 elementen bekend, zonder duidelijke ordening. Dmitri Mendelejev zette ze op volgorde van atoommassa en zag dat eigenschappen zich periodiek herhalen. Zijn genialiteit zat in de gaten: waar geen passend element bestond, liet hij een plek open en voorspelde hij de eigenschappen van het ontbrekende element. Gallium (1875), scandium (1879) en germanium (1886) werden later gevonden en klopten opvallend goed met zijn voorspellingen. Het periodiek systeem werd daarmee van een handige tabel tot een theorie met voorspellende kracht. Pas in de 20e eeuw bleek dat de ordening volgt uit de bouw van het atoom.

Pasteur en Maxwell: microben en licht (jaren 1860)

Met zijn zwanenhalskolven liet Louis Pasteur rond 1860 zien dat bouillon alleen bederft als er microben uit de lucht in komen: leven ontstaat niet spontaan. Dat leidde tot pasteurisatie, betere hygiëne in ziekenhuizen en vaccins tegen onder meer hondsdolheid (1885). Samen met Robert Koch legde hij de basis van de kiemtheorie: veel ziekten worden veroorzaakt door micro-organismen. In dezelfde jaren vatte James Clerk Maxwell alle wetten van elektriciteit en magnetisme samen in vier vergelijkingen (1865). Daaruit volgde dat er golven bestaan die met de lichtsnelheid bewegen: licht is elektromagnetische straling. Heinrich Hertz maakte zulke golven in 1887 in het lab, en daarmee lag de weg open naar radio, tv en wifi.

De 20e eeuw: atoom, heelal en leven ontrafeld

Binnen een paar jaar rond 1900 stortte het negentiende-eeuwse wereldbeeld in. Röntgen ontdekte in 1895 een onzichtbare straling die door vlees heen gaat, J.J. Thomson in 1897 het elektron, en Max Planck stelde in 1900 dat energie alleen in pakketjes (kwanta) wordt uitgewisseld. Dat was het begin van de kwantumfysica.

Radioactiviteit: Becquerel en Curie (1896–1898)

Henri Becquerel ontdekte in 1896 dat uraniumzouten uit zichzelf straling uitzenden die een fotoplaat zwart maakt. Marie Curie onderzocht het verschijnsel systematisch, bedacht de naam radioactiviteit en vond in 1898 met Pierre Curie twee nieuwe elementen: polonium en radium. Het belang was enorm: atomen bleken niet eeuwig en onveranderlijk, maar konden uit zichzelf vervallen tot andere elementen. Dat radioactief verval is nu de basis van koolstofdatering, nucleaire geneeskunde en kernenergie. Marie Curie kreeg twee Nobelprijzen (natuurkunde 1903, scheikunde 1911) en is nog altijd de enige die er een won in twee verschillende natuurwetenschappen.

Einstein: relativiteit (1905 en 1915)

In 1905 publiceerde Albert Einstein, toen nog medewerker van het octrooibureau in Bern, vier baanbrekende artikelen. Daarin onder meer de speciale relativiteitstheorie: de lichtsnelheid is voor iedereen gelijk, en daardoor zijn tijd en lengte relatief. Daaruit volgt ook E = mc²: massa is een vorm van energie. Een ander artikel verklaarde het foto-elektrisch effect met lichtdeeltjes (fotonen); daarvoor kreeg hij in 1921 de Nobelprijs. In 1915 volgde de algemene relativiteitstheorie: zwaartekracht is geen kracht op afstand maar een kromming van ruimte en tijd door massa. De afbuiging van sterlicht tijdens de zonsverduistering van 1919 bevestigde de theorie. Zonder relativiteit zou gps op een dag kilometers afwijken, en zonder de algemene relativiteitstheorie geen zwarte gaten en zwaartekrachtgolven.

Rutherford: de atoomkern (1911)

In het lab van Ernest Rutherford schoten Hans Geiger en Ernest Marsden alfadeeltjes op een flinterdun goudfolie. Bijna alle deeltjes gingen er rechtdoor, maar ongeveer 1 op de 8000 kaatste terug. Rutherford vond dat ‘alsof je een granaat afvuurt op een vel vloeipapier en hij komt terug’. In 1911 concludeerde hij dat bijna alle massa van een atoom geconcentreerd zit in een piepkleine, positief geladen kern, ongeveer 100 000 keer kleiner dan het atoom zelf. De rest is vrijwel lege ruimte met elektronen. Niels Bohr bouwde daarop in 1913 zijn atoommodel.

Wegener en de plaattektoniek (1912–1968)

Alfred Wegener zag dat de kusten van Zuid-Amerika en Afrika in elkaar passen als puzzelstukken en dat aan weerszijden dezelfde fossielen en gesteenten voorkomen. In 1912 stelde hij voor dat alle continenten ooit één supercontinent vormden, Pangea, en sindsdien uit elkaar zijn gedreven. Zie continentale drift. Geologen wezen het idee af omdat Wegener geen mechanisme had. Dat kwam pas na zijn dood: in de jaren zestig bleek uit metingen van de oceaanbodem dat er bij de mid-oceanische ruggen nieuwe korst ontstaat en dat de magnetische strepen aan beide kanten symmetrisch zijn. De plaattektoniek verklaart sindsdien in één theorie aardbevingen, vulkanen en gebergtevorming.

Fleming: penicilline (1928)

In september 1928 kwam Alexander Fleming terug van vakantie in zijn Londense lab en zag dat op een kweekschaaltje met stafylokokken een schimmel was gegroeid. Rond de schimmel waren de bacteriën verdwenen. Hij noemde de stof die de schimmel maakte penicilline. Zuiveren en op grote schaal maken lukte pas rond 1940 aan Howard Florey en Ernst Chain in Oxford. In 1945 kregen de drie samen de Nobelprijs. Het eerste antibioticum maakte longontsteking, wondinfecties en bloedvergiftiging behandelbaar. Fleming waarschuwde toen al voor resistentie: bacteriën die door natuurlijke selectie ongevoelig worden.

Hubble en de oerknal (1929 en 1965)

Edwin Hubble toonde in 1924 aan dat de Andromedanevel een apart sterrenstelsel ver buiten de Melkweg is. In 1929 zag hij dat het licht van verre sterrenstelsels naar het rood verschoven is, en hoe verder weg, hoe sterker. Het heelal dijt uit. De Belgische priester-natuurkundige Georges Lemaître had dat in 1927 al uit Einsteins vergelijkingen afgeleid. Terugrekenen leidt naar een heet, dicht begin: de oerknal, zo’n 13,8 miljard jaar geleden. Het sterkste bewijs volgde in 1965, toen Arno Penzias en Robert Wilson met een radioantenne een zwakke ruis uit alle richtingen opvingen: de kosmische achtergrondstraling van ongeveer 2,7 K, het afgekoelde licht van het jonge heelal.

De structuur van DNA (1953)

Dat DNA de drager van erfelijke informatie is, was rond 1950 aannemelijk, maar niemand wist hoe het molecuul eruitzag. Rosalind Franklin maakte in Londen met haar promovendus Raymond Gosling scherpe röntgendiffractiebeelden van DNA; ‘Foto 51’ (1952) liet een duidelijk kruispatroon zien dat op een helix wijst. James Watson en Francis Crick in Cambridge kregen, zonder dat Franklin het wist, inzage in haar resultaten en bouwden in 1953 het model van de dubbele helix: twee strengen met baseparen A–T en C–G. Die structuur verklaart direct hoe DNA zich kan kopiëren (DNA-replicatie) en hoe een code eiwitten bepaalt (eiwitsynthese). Watson, Crick en Maurice Wilkins kregen in 1962 de Nobelprijs; Franklin was in 1958 overleden, 37 jaar oud.

De 21e eeuw: grote teams, grote machines

De grote ontdekkingen van nu zijn vaak het sluitstuk van een voorspelling die decennia oud is, gedaan met apparatuur van miljarden euro’s. Een aanloop zag je al in 1995, toen Michel Mayor en Didier Queloz de eerste exoplaneet rond een zonachtige ster vonden: 51 Pegasi b, een gasreus die in ruim vier dagen om zijn ster draait. Inmiddels zijn er ruim 6000 bekend, gevonden met de transit- en radiële-snelheidsmethode.

Het Higgs-deeltje en CRISPR (2012)

Op 4 juli 2012 maakte CERN bekend dat de detectoren ATLAS en CMS in de 27 kilometer lange Large Hadron Collider een nieuw deeltje met een massa van ongeveer 125 GeV hadden gevonden: het Higgs-deeltje. Het bestaan ervan was in 1964 voorspeld door Peter Higgs en, onafhankelijk, door de Belgen François Englert en Robert Brout. Het bijbehorende veld verklaart waarom elementaire deeltjes massa hebben. Englert en Higgs kregen in 2013 de Nobelprijs. Een paar weken eerder, in juni 2012, publiceerden Jennifer Doudna en Emmanuelle Charpentier hoe het bacteriële afweersysteem CRISPR-Cas9 kan worden omgebouwd tot een ‘genetische schaar’ die DNA op een gekozen plek doorknipt. Daarmee kan elk lab genen snel en goedkoop aanpassen. In 2020 volgde de Nobelprijs scheikunde, en in 2023 werd de eerste CRISPR-therapie, tegen sikkelcelziekte, goedgekeurd.

Zwaartekrachtgolven en het eerste zwarte gat in beeld (2015 en 2019)

Op 14 september 2015 registreerden de twee LIGO-detectoren in de Verenigde Staten een minuscule trilling: de vier kilometer lange armen veranderden van lengte met slechts een fractie van de diameter van een proton. Het signaal kwam van twee zwarte gaten die ruim een miljard lichtjaar verderop samensmolten – precies zoals Einstein honderd jaar eerder had voorspeld. In 2019 presenteerde de Event Horizon Telescope, een netwerk van radiotelescopen over de hele aarde, de eerste foto van een zwart gat: de donkere schaduw van M87*, 6,5 miljard keer zo zwaar als de zon, omringd door een ring van heet gas. De Nijmeegse astronoom Heino Falcke was een van de drijvende krachten achter het project.

Nederlandse en Vlaamse ontdekkingen

De Lage Landen hebben voor hun omvang een opvallend grote rol gespeeld, zeker in de Gouden Eeuw en rond 1900.

• Andreas Vesalius (Brussel, 1514–1564) publiceerde in 1543 De humani corporis fabrica, de eerste anatomie gebaseerd op eigen ontledingen. Hij corrigeerde honderden fouten van de Romeinse arts Galenus.
• Gerardus Mercator (Rupelmonde, 1512–1594) ontwierp in 1569 de mercatorprojectie, waarop een koerslijn met vaste kompasrichting een rechte lijn is. Ideaal voor zeevaarders, en nog steeds de basis van veel online kaarten.
• Simon Stevin (Brugge, 1548–1620) beschreef de hydrostatische paradox, liet in Delft rond 1586 twee loden bollen van verschillend gewicht tegelijk vallen en schreef met De Thiende (1585) een pleidooi voor decimale getallen. Hij bedacht ook Nederlandse vaktermen zoals ‘wiskunde’.
• Christiaan Huygens (Den Haag, 1629–1695) ontdekte in 1655 Titan, verklaarde de ring van Saturnus, bouwde in 1656 het eerste slingeruurwerk en beschreef licht als golf (golven en trillingen).
• Jan Swammerdam (Amsterdam, 1637–1680) beschreef als een van de eersten rode bloedcellen en toonde aan dat rups, pop en vlinder stadia van hetzelfde dier zijn.
• Antonie van Leeuwenhoek (Delft, 1632–1723) zag met zelfgeslepen lensjes als eerste eencellige organismen en bacteriën, en ook zaadcellen: de start van de microbiologie en de celbiologie.
• Hendrik Lorentz en Pieter Zeeman kregen in 1902 de Nobelprijs voor het Zeeman-effect: spectraallijnen splitsen in een magneetveld. De lorentztransformaties werden een bouwsteen van Einsteins relativiteitstheorie.
• Heike Kamerlingh Onnes maakte in Leiden in 1908 als eerste helium vloeibaar en ontdekte in 1911 supergeleiding (Nobelprijs 1913).
• Georges Lemaître (Leuven, 1894–1966) leidde in 1927 de uitdijing van het heelal af en stelde in 1931 het ‘oeratoom’ voor, de voorloper van de oerknaltheorie.
• Verder: Jacobus van ’t Hoff won in 1901 de allereerste Nobelprijs voor scheikunde, Willem Einthoven ontwikkelde het elektrocardiogram (Nobelprijs 1924), Jan Oort voorspelde in 1950 de kometenwolk die zijn naam draagt, en de Belg François Englert deelde in 2013 de Nobelprijs voor het Higgs-mechanisme.

Hoe gebeurt een ontdekking?

Ruwweg zijn er twee routes. Bij de eerste vind je iets wat je niet zocht: serendipiteit. Röntgen werkte in 1895 met een kathodestraalbuis en zag tot zijn verbazing een fluorescerend scherm aan de andere kant van het lab oplichten. Becquerel legde in 1896 uraniumzout op een ingepakte fotoplaat in een la, omdat het bewolkt was, en vond de plaat toch belicht. Fleming had een vergeten kweekschaaltje met een schimmel. Penzias en Wilson dachten in 1965 eerst dat de hardnekkige ruis in hun antenne door duivenpoep kwam, en maakten de antenne zelfs schoon, voordat ze begrepen dat ze de echo van de oerknal hoorden.

Toeval alleen is niet genoeg. ‘Het geluk begunstigt de voorbereide geest,’ zei Pasteur. Een minder oplettende onderzoeker had het schaaltje van Fleming weggegooid. De kunst is een afwijkend resultaat serieus te nemen in plaats van het als meetfout af te doen.

De tweede route is systematisch: een theorie voorspelt iets, en onderzoekers bouwen gericht een experiment om het te vinden. Mendelejev voorspelde gallium en germanium, Einstein voorspelde zwaartekrachtgolven in 1916, en het Higgs-deeltje werd in 1964 voorspeld. Het vinden ervan duurde bijna vijftig jaar en vergde de grootste machine die de mens ooit bouwde. Zulke ontdekkingen laten de kracht van de wetenschappelijke methode zien: een goede theorie voorspelt iets wat je nog niet wist.

Veelgestelde vragen

Verder lezen