Biografie
Johannes Robert Rydberg stond bekend als Janne Rydberg. Zijn vader, Sven R Rydberg, was een koopman die ook enkele boten bezat, terwijl zijn moeder Maria Beata Andersson was. Sven Rydberg stierf echter toen zijn zoon Janne nog maar vier jaar oud was en de familie bleef in een uiterst moeilijke financiële positie achter. Janne ging naar school in Halmstad, dat in het zuidwesten van Zweden ligt, aan de oostkust van het Kattegat, aan de monding van de rivier de Nissan. Op het Gymnasium studeerde hij een groot aantal vakken: aardrijkskunde, geschiedenis, talen, wiskunde, natuurgeschiedenis, filosofie, natuurkunde en godsdienst. In 1873 voltooide hij zijn middelbare schoolopleiding aan het Gymnasium van Halmstad en in de herfst van datzelfde jaar ging hij naar de Universiteit van Lund. De Universiteit van Lund, in de stad Lund in Zuid-Zweden ten noordoosten van Malmö, is de op één na oudste universiteit van Zweden en werd opgericht in 1666. Rydberg had zeer goed gepresteerd in al zijn schoolvakken, maar zijn favoriete vak was wiskunde, en dit was dan ook het hoofdonderwerp van zijn studie.
Rydberg behaalde in 1875 zijn bachelordiploma aan de Universiteit van Lund. Hij zette zijn studie wiskunde voort en schreef een hoofdscriptie over kegelsneden voor zijn doctoraat in de wiskunde met een tweede scriptie over algebraïsche integralen van algebraïsche functies. Hij promoveerde in 1879. Terwijl hij wiskunde studeerde, doceerde Rydberg ook natuurkunde aan het Natuurkundig Instituut van Lund, waar hij in 1876 als assistent was aangesteld. Na het behalen van zijn doctoraat werd hij in 1880 benoemd tot assistent-docent wiskunde aan de Universiteit van Lund, maar zijn onderzoeksinteresse ging nu meer uit naar de mathematische fysica dan naar de zuivere wiskunde. Tijdens zijn twee jaar als docent in de wiskunde werkte hij aan problemen met betrekking tot elektriciteit. Het natuurkundig onderzoek dat hij in deze tijd verrichtte, was eerder experimenteel dan theoretisch.
In 1882 verhuisde Rydberg van een assistent-docentschap in de wiskunde naar een assistent-docentschap in de natuurkunde aan de Universiteit van Lund. In datzelfde jaar werd het verzoek van de Universiteit van Lund om een nieuw natuurkundegebouw voor het Instituut voor Natuurkunde goedgekeurd. Dit nieuwe instituut zou uiteindelijk Rydbergs werkplek worden voor de rest van zijn carrière. In 1886 trouwde hij met Lydia Eleonora Mathilda Carlsson, de dochter van een medisch ambtenaar van het provinciale provinciebestuur; zij kregen twee dochters en een zoon Helge, die bioloog werd. In 1897 nam hij de functie van hoogleraar in de natuurkunde op zich, maar dit was slechts op tijdelijke basis en hij bleef assistent-docent. Met een uiterst karig salaris was Rydberg gedwongen een betrekking als boekhouder bij een plaatselijke spaarbank aan te nemen, zodat hij zijn inkomen voldoende kon aanvullen om zijn gezin te kunnen onderhouden. In 1897 solliciteerde Rydberg naar de leerstoel natuurkunde aan de universiteit van Lund, die was vrijgekomen toen Karl Albert Viktor Holmgren (1824-1905) met pensioen ging. Zes mensen solliciteerden naar de leerstoel, maar het proces duurde verscheidene jaren en de benoemingsprocedure werd bijna kluchtig.
We bekijken de details hiervan, en in het bijzonder de beoordeling van Rydberg door de scheidsrechter, in een apart artikel. Zie DEZE LINK
Het resultaat was dat Albert Victor Bäcklund, een sollicitant die volgens de scheidsrechters niet in aanmerking kwam voor de positie, werd benoemd. Na zijn benoeming probeerde Bäcklund Rydberg tot professor te promoveren. Het is onduidelijk of Bäcklund probeerde de fout van de leerstoelbenoeming recht te zetten, of dat hij een extra leerstoelbenoeming wilde, zodat hij een lichtere onderwijslast had. In maart 1901 werd Rydberg benoemd tot buitengewoon hoogleraar, maar het werd pas een volwaardige hoogleraarbenoeming in januari 1909. Vanaf die tijd tot aan zijn pensionering bekleedde hij de leerstoel natuurkunde in Lund.
Rydbergs belangrijkste werk heeft betrekking op de spectroscopie, waar hij een betrekkelijk eenvoudige uitdrukking vond voor de verschillende lijnen in de spectra van de elementen. We citeren uit het overlijdensbericht (zie ook ):-
Niettegenstaande de onvolmaakte spectroscopische tabellen waarover hij toen beschikte, ontdekte Rydberg de meeste belangrijke eigenschappen van reeksspectra, met inbegrip van het verband tussen overeenkomstige reeksen in de spectra van verwante elementen, en was hij de voorbode van ontdekkingen die later werden gedaan, toen het experimentele werk voldoende gevorderd was. Sommige van de door Rydberg opgemerkte kenmerken werden ongeveer in dezelfde tijd waargenomen door Kayser en Runge, maar zijn werk had de bijzondere verdienste dat het verschillende reeksen in het spectrum van hetzelfde element verbond tot één systeem, dat kon worden voorgesteld door een reeks eenvoudige formules met slechts weinig aanpasbare constanten. Hij drong er vooral op aan dat de waterstofconstante, nu algemeen de “Rydbergconstante” genoemd, in alle reeksen zou voorkomen en, afgezien van kleine variaties van element tot element voorgesteld door het theoretische werk van Bohr, hebben bijna alle latere pogingen om de representatiereeksen te verbeteren deze veronderstelling betrokken, en hebben Rydbergs formule als basis gehad.
We weten dat hij zijn resultaten in september 1887 had gevonden, omdat hij in die tijd een brief schreef aan de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen met een verzoek om financiële steun en bij zijn aanvraag een bijlage voegde met de resultaten die hij later publiekelijk bekendmaakte. Zijn eerste openbare bekendmaking van zijn resultaten was in On the Structure of the Line Spectra of Chemical Elements. Preliminary Notice Communicated by the Author, dat in 1890 werd gepubliceerd. In deze vooraankondiging verklaarde hij dat hij alleen onderzoek had gedaan naar elementen uit de groepen I, II en III van het periodiek systeem. Hij was er echter zeker van dat de wetten die hij had gevonden van toepassing waren op alle elementen. Hij had zijn hoofdartikel Recherches sur la constitution des spectres d’émission des élements chimiques Ⓣ op 13 november 1889 aan de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen aangeboden. Het werd ook gepubliceerd door de Academie in 1890. We bekijken nu enkele van Rydbergs commentaren in deze documenten.
Hij was tot het bestuderen van spectraallijnen van elementen aangezet door het werk van Dmitri Ivanovitsj Mendelejev (1834-1907), die in 1871 zijn periodiek systeem der elementen had opgesteld. Het werk van Mendelejev werd aanvankelijk met weinig enthousiasme begroet, maar dit veranderde in de loop der jaren. Rydberg schrijft in Recherches:-
Met de ontdekking door Mendelejev van het periodiek systeem der elementen, is er een nieuw uitgangspunt ontstaan van groot belang voor al het werk dat ik hier bestudeer. Het is echter nog maar weinig gebruikt. In ‘Om de kemiska’ heb ik geconcludeerd dat de periodiciteit van een groot aantal natuurkundige coëfficiënten moet afhangen van het feit dat de kracht die werkt tussen twee atomen van hetzelfde, of van verschillende elementen, een periodieke functie is van het atoomgewicht.
Hij stelt dat, met uitzondering van de Balmer-formule voor het spectrum van het waterstofatoom, het:-
… is het probleem van de samenstelling van lichtspectra nog steeds niet opgelost en de meeste pogingen die zijn ondernomen om de spectra van de elementen te vergelijken en te berekenen, zijn op zodanige wijze gedaan dat zij al dit soort werk in diskrediet brengen en de moeilijkheden overdrijven waarvan de auteurs hun verbeelding zo de vrije loop hebben gelaten bij de vorming van hun hypothese.
Hij geeft een formule gebaseerd op verschillende constanten en merkt op dat:-
… de golflengten en golfgetallen van overeenkomstige lijnen, evenals de waarden van de drie constanten van de overeenkomstige series van verschillende elementen, periodieke functies zijn van het atoomgewicht. Daarom kan, indien de spectra van twee elementen in het periodiek systeem bekend zijn, het spectrum van het element daartussen worden berekend met behulp van interpolatie.
Hij bleef het probleem van de spectraallijnen bestuderen en in zijn paper Lines in the Hydrogen Spectrum (1897) schrijft hij:-
Zoals ik reeds in mijn algemene uiteenzetting over de opbouw van lijnenspectra heb aangegeven, en naderhand verder heb trachten te bevestigen, kan er geen twijfel over bestaan dat deze reeksen werkelijk delen zijn van één groep lijnen met twee variabele integrale parameters, waarvan de algemene formule bij benadering kan worden geschreven.
Hij hoopte de structuur van het atoom te kunnen bepalen, maar hoewel zijn werk de basis vormde voor de structuurtheorie, bereikte hij zelf zijn doel niet. Pas nadat Ernest Rutherford zijn model van het atoom had voorgesteld, en Niels Bohr en Max Planck een kwantumtheoretische benadering hadden toegevoegd aan de theorie van de atoomstructuur, was de basis gelegd voor een correcte theoretische verklaring van spectrale gegevens.
We hebben hierboven gezien dat Rydberg pas in 1909 volwaardig hoogleraar werd. Hij was 54 jaar oud, maar helaas begon zijn gezondheid snel achteruit te gaan. In 1911 kreeg hij een beroerte en hoewel hij voldoende herstelde om weer aan het werk te gaan, begon hij hart- en bloedsomloopproblemen te krijgen. Zijn gezondheid ging verder achteruit en in 1914 werd hij ernstig ziek. Hoewel hij de leerstoel bleef bekleden, nam hij in 1914 ziekteverlof en was hij vanaf dat moment afwezig aan de universiteit. Manne Siegbahn (1886-1978), die van 1906 tot 1911 student was geweest van Rydberg en vervolgens van 1911 tot 1914 Rydbergs assistent, nam in 1914 zijn onderwijstaken over. Hij voerde deze uit tot Rydberg de leeftijd van 65 jaar bereikte in 1919. Wij merken op dat Siegbahn de biografie van Rydberg schreef. Rydberg legde zijn functie neer in 1915 en in 1916 werd hij opgenomen in het ziekenhuis. Hij verbleef drie jaar in het ziekenhuis voordat hij aan een hersenbloeding overleed. Siegbahn werd in 1915 hoogleraar toen Rydberg met pensioen ging, maar pas begin 1920 werd hij benoemd tot Rydbergs leerstoel voor natuurkunde.
De auteurs van schrijven over Rydbergs karakter:-
Rydberg werd door veel van zijn tijdgenoten beschouwd als een gecompliceerd persoon en zijn droefheid was duidelijk, maar zijn bescheidenheid en vriendelijkheid van hart werden ook gewaardeerd.
De auteur van schrijft over:-
… zijn stille gevoel voor humor vooral als het ging om hen die hem kennelijk niet konden waarderen. Jarenlang voorzitter van de ‘Fysiska föreningen’ in Lund, was Rydberg altijd geïnteresseerd in discussies met de jongere mannen in de vereniging en de instelling, en met afgestudeerde studenten die hun doel naderden.
We hebben al gezien dat Rydberg, ondanks zijn baanbrekende werk, moeite had om een hoogleraarbenoeming te krijgen. Hij kreeg ook niet de Nobelprijs voor natuurkunde, ondanks het feit dat hij genomineerd was voor de prijs van 1917 (dat jaar werd geen prijs uitgereikt) en opnieuw voor de prijs van 1920 (door zijn dood in december 1919 kwam hij niet in aanmerking). Nog verrassender is dat hij er niet in slaagde te worden verkozen tot lid van de Koninklijke Zweedse Academie van Wetenschappen. Kort voor zijn dood, op 29 juni 1919, werd hij echter verkozen tot fellow van de Royal Society of London. Zeker is dat hij na zijn dood meer roem heeft vergaard dan tijdens zijn leven. In juli 1954 werd aan de universiteit van Lund een conferentie gehouden om de 100e verjaardag van zijn geboorte te vieren. De conferentie werd bijgewoond door de belangrijkste natuurkundigen van die tijd en het verslag werd gepubliceerd (zie ). Twee van de aanwezige wetenschappers waren Niels Bohr, die een bijdrage leverde aan het artikel, en Wolfgang Pauli, die een bijdrage leverde aan het artikel . De krater Rydberg op de maan en de asteroïde 10506 Rydberg zijn naar hem genoemd.