Kelvin's "Clouds" 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 bewegingsmodi zijn, wordt momenteel verduisterd door twee wolken.

Kelvin legde verder uit dat de "wolken" twee onverklaarbare verschijnselen waren, die hij portretteerde als de laatste paar gaten die moesten worden ingevuld alvorens een volledig begrip te hebben van de thermodynamische en energie-eigenschappen van het heelal, uitgelegd in klassieke termen van de beweging van deeltjes.

Deze toespraak, samen met andere aan Kelvin toegeschreven opmerkingen, zoals door natuurkundige Albert Michelson in een toespraak uit 1894, geven aan dat hij sterk geloofde dat de belangrijkste rol van de natuurkunde in die dag was om bekende hoeveelheden met grote precisie te meten, tot op veel decimalen van nauwkeurigheid.

De "wolken" waarnaar Kelvin verwees waren:

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

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

Max Planck loste in feite het probleem van de zwarte lichaamsstraling op in 1900, vermoedelijk nadat Kelvin de zijne had gegeven toespraak) Daarbij moest hij een beroep doen op het concept van beperkingen op de toegestane energie van uitgezonden licht. Dit concept van een "lichte quanta" werd destijds gezien als een simpele wiskundige truc die nodig was om het probleem op te lossen, maar het werkte. De aanpak van Planck legde nauwkeurig het experimentele bewijs uit dat het gevolg was van verhitte objecten in het probleem van de zwartlichaamsstraling.

In 1905 ging Einstein echter verder met het idee en gebruikte het concept om het ook uit te leggen fotoëlektrisch effect. Tussen deze twee oplossingen werd duidelijk dat licht leek te bestaan ​​als kleine pakketjes, of kwanta, van energie -fotonen, zoals ze later zouden worden genoemd.

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

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 ze het universum doordrongen, zodat licht als een golf kon bewegen. De Michelson-Morley-experimenten waren een nogal ingenieuze reeks experimenten, gebaseerd op het idee dat licht zou met verschillende snelheden door de ether bewegen, afhankelijk van hoe de aarde erdoorheen bewoog. Ze hebben een methode ontwikkeld om dit verschil te meten... maar het werkte niet. Het bleek dat de bewegingsrichting van het licht geen invloed had op de snelheid, wat niet paste bij het idee dat het door een stof als de ether zou bewegen.

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

Populaire natuurkundeboeken hebben vaak naar deze gebeurtenis verwezen omdat het duidelijk maakt dat zelfs zeer ervaren natuurkundigen kunnen worden overwonnen door overmoed in de mate van hun vakgebied toepasselijkheid.

In zijn boek The Trouble with Physicszegt theoretisch natuurkundige Lee Smolin het volgende over de toespraak:

William Thomson (Lord Kelvin), een invloedrijke Britse natuurkundige, verklaarde beroemd dat de natuurkunde voorbij was, behalve twee kleine wolken aan de horizon. Deze 'wolken' bleken de aanwijzingen die ons naar de kwantumtheorie en relativiteitstheorie leidden.

Natuurkundige Brian Greene verwijst ook naar de toespraak van Kelvin in De stof van de kosmos:

In 1900 merkte Kelvin zelf op dat "twee wolken" aan de horizon zweefden, de ene had te maken met de eigenschappen van de lichtbeweging en de andere met aspecten van de stralingsobjecten zenden bij verhitting uit, maar er was een algemeen gevoel dat dit slechts details waren, die ongetwijfeld spoedig zouden zijn aangesproken.

Binnen een decennium veranderde alles. Zoals verwacht, werden de twee problemen die Kelvin had opgeworpen onmiddellijk aangepakt, maar ze bleken allesbehalve klein. Elk veroorzaakte een revolutie en elk vereist een fundamentele herschrijving van de natuurwetten.