Kelvin's 'Wolken'-speech

Op vrijdag 27 april 1900 hield de Britse natuurkundige Lord Kelvin een toespraak getiteld "Negentiende-eeuwse wolken boven de dynamische theorie van warmte en licht", die begon:

De schoonheid en helderheid van de dynamische theorie, die beweert dat warmte en licht bewegingswijzen zijn, wordt momenteel verdoezeld door twee wolken.

Kelvin legde verder uit dat de "wolken" twee onverklaarbare fenomenen waren, die hij afbeeldde als de laatste paar gaten die moesten worden ingevuld voordat hij een volledig begrip had van de thermodynamische en energie-eigenschappen van het universum, uitgelegd in klassieke termen van de beweging van deeltjes.

Deze toespraak, samen met andere opmerkingen toegeschreven aan Kelvin, zoals door natuurkundige Albert Michelson in een toespraak uit 1894, geeft aan dat hij er sterk van overtuigd was dat de belangrijkste rol van natuurkunde in die dag bestond uit het meten van bekende hoeveelheden met een grote mate van precisie, tot veel decimalen van nauwkeurigheid.

Betekenis van "Clouds"

De "wolken" waarnaar Kelvin verwees, waren:

1. Het onvermogen om de lichtgevende ether te detecteren, met name het falen van het Michelson-Morley-experiment
2. Het stralingseffect van het zwarte lichaam, bekend als de ultraviolette catastrofe

Belang

Verwijzingen naar deze toespraak zijn enigszins populair geworden om een ​​heel eenvoudige reden: Lord Kelvin was ongeveer net zo verkeerd als hij mogelijk had kunnen zijn. In plaats van kleine details die moesten worden uitgewerkt, vertegenwoordigden Kelvins twee 'wolken' in plaats daarvan fundamentele grenzen aan een klassieke benadering van het begrijpen van het universum. Hun resolutie introduceerde geheel nieuwe en onverwachte natuurgebieden, gezamenlijk bekend als 'moderne natuurkunde'.

Kwantumfysica

In feite loste Max Planck het probleem van de straling van het zwarte lichaam op in 1900, vermoedelijk nadat Kelvin zijn toespraak hield). Daarbij moest hij het concept van beperkingen op de toegestane energie van uitgestraald licht inroepen. Dit concept van een "lichte quanta" werd destijds gezien als een eenvoudige wiskundige truc, noodzakelijk om het probleem op te lossen, maar het werkte. De benadering van Planck verklaarde precies het experimentele bewijs dat het gevolg is van verhitte objecten in het stralingsprobleem van het zwarte lichaam.

In 1905 nam Einstein het idee echter verder en gebruikte het concept om ook het foto-elektrisch effect te verklaren. Tussen deze twee oplossingen werd het duidelijk dat licht leek te bestaan ​​als kleine pakketjes, of quanta, van energie-fotonen, zoals ze later zouden worden genoemd.

Toen eenmaal duidelijk werd dat licht in pakketten bestond, begonnen natuurkundigen te ontdekken dat er allerlei materie en energie in deze pakketten bestond, en het tijdperk van de kwantumfysica begon.

Relativiteit

De andere "wolk" die Kelvin noemde, was het falen van de Michelson-Morley-experimenten om de lichtgevende ether te bespreken. Dit was de theoretische substantie waarvan natuurkundigen dachten dat het universum doordrong, zodat licht als een golf kon bewegen. De Michelson-Morley-experimenten waren een nogal ingenieuze set experimenten, gebaseerd op het idee dat licht met verschillende snelheden door de ether zou bewegen, afhankelijk van hoe de aarde erdoorheen bewoog. Ze construeerden een methode om dit verschil te meten ... maar het had niet gewerkt. Het leek erop dat de richting van de beweging van het licht geen invloed had op de snelheid, wat niet paste bij het idee dat het door een substantie als de ether zou bewegen..

Maar nogmaals, in 1905 kwam Einstein langs en zette de bal aan het rollen. Hij legde het uitgangspunt van speciale relativiteit uit en beriep zich op een postulaat dat licht altijd met een constante snelheid bewoog. Toen hij de relativiteitstheorie ontwikkelde, werd het duidelijk dat het concept van de lichtgevende ether niet langer bijzonder nuttig was, dus wetenschappers gooiden het weg.

Verwijzingen door andere fysici

Populaire natuurkundeboeken hebben vaak naar dit evenement verwezen omdat het duidelijk maakt dat zelfs zeer goed geïnformeerde natuurkundigen kunnen worden overwonnen door overmoedigheid in de mate van toepasbaarheid van hun vakgebied.

In zijn boek Het probleem met natuurkunde, theoretisch fysicus Lee Smolin zegt het volgende over de toespraak: