Kelvins "Wolken" -Rede

Am Freitag, dem 27. April 1900, hielt der britische Physiker Lord Kelvin eine Rede mit dem Titel "Wolken des 19. Jahrhunderts über der dynamischen Theorie von Wärme und Licht", die begann:

Die Schönheit und Klarheit der dynamischen Theorie, die behauptet, Wärme und Licht seien Bewegungsmodi, wird derzeit von zwei Wolken verdeckt.

Kelvin fuhr fort zu erklären, dass die "Wolken" zwei ungeklärte Phänomene waren, die er als die letzten paar Löcher darstellte, die ausgefüllt werden mussten bevor wir ein vollständiges Verständnis der thermodynamischen und energetischen Eigenschaften des Universums haben, das in klassischen Begriffen der Bewegung von erklärt wird Partikel.

Diese Rede zeigt zusammen mit anderen Kelvin zugeschriebenen Kommentaren, wie sie der Physiker Albert Michelson in einer Rede von 1894 schrieb, dass er stark ist glaubte, dass die Hauptaufgabe der Physik an diesem Tag darin bestand, bekannte Größen mit hoher Präzision bis zu vielen Dezimalstellen von zu messen Richtigkeit.

Die "Wolken", auf die sich Kelvin bezog, waren:

1. Die Unfähigkeit, den leuchtenden Äther zu erkennen, insbesondere das Versagen des Michelson-Morley-Experiment
2. Das Schwarzkörperstrahlung Effekt - bekannt als ultraviolette Katastrophe

Verweise auf diese Rede sind aus einem sehr einfachen Grund etwas populär geworden: Lord Kelvin war ungefähr so ​​falsch, wie er möglicherweise hätte sein können. Anstelle kleinerer Details, die herausgearbeitet werden mussten, stellten Kelvins zwei "Wolken" grundlegende Grenzen für einen klassischen Ansatz zum Verständnis des Universums dar. Ihre Entschließung führte ganz neue und unerwartete Bereiche der Physik ein, die zusammen als "moderne Physik" bekannt sind.

Tatsächlich löste Max Planck 1900 das Problem der Schwarzkörperstrahlung, vermutlich nachdem Kelvin seine gegeben hatte Rede) Dabei musste er sich auf das Konzept der Begrenzung der erlaubten emittierten Energie berufen Licht. Dieses Konzept eines "Lichtquanten" wurde damals als einfacher mathematischer Trick angesehen, der zur Lösung des Problems notwendig war, aber es funktionierte. Plancks Ansatz erklärte genau die experimentellen Beweise, die sich aus erhitzten Objekten im Schwarzkörper-Strahlungsproblem ergeben.

1905 ging Einstein jedoch weiter und erklärte anhand des Konzepts auch das photoelektrischer Effekt. Zwischen diesen beiden Lösungen wurde klar, dass Licht als kleine Pakete oder Quanten von Energie zu existieren schien -Photonen, wie sie später genannt werden würden.

Als klar wurde, dass Licht in Paketen vorhanden war, entdeckten die Physiker, dass in diesen Paketen alle Arten von Materie und Energie vorhanden waren, und das Alter von Quantenphysik begann.

Die andere "Wolke", die Kelvin erwähnte, war das Versagen der Michelson-Morley-Experimente, den leuchtenden Äther zu diskutieren. Dies war die theoretische Substanz, von der die damaligen Physiker glaubten, dass sie das Universum durchdringt, damit sich das Licht als Welle bewegen kann. Die Michelson-Morley-Experimente waren eine ziemlich geniale Reihe von Experimenten gewesen, basierend auf der Idee, dass Licht würde sich mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch den Äther bewegen, je nachdem, wie sich die Erde durch ihn bewegt. Sie konstruierten eine Methode, um diesen Unterschied zu messen... aber es hatte nicht funktioniert. Es schien, dass die Bewegungsrichtung des Lichts keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit hatte, was nicht zu der Vorstellung passte, dass es sich durch eine Substanz wie den Äther bewegt.

Wiederum kam Einstein 1905 und brachte den Ball ins Rollen. Er legte die Prämisse von Spezielle Relativitätunter Berufung auf ein Postulat, dass sich das Licht immer mit konstanter Geschwindigkeit bewegte. Als er die Relativitätstheorie entwickelte, wurde klar, dass das Konzept des leuchtenden Äthers nicht mehr besonders hilfreich war, weshalb Wissenschaftler es verwarfen.

Populäre Physikbücher haben häufig auf dieses Ereignis verwiesen, weil es deutlich macht, dass sogar sehr Fachkundige Physiker können durch Überbewusstsein im Ausmaß ihres Fachgebiets überwunden werden Anwendbarkeit.

In seinem Buch Das Problem mit der PhysikDer theoretische Physiker Lee Smolin sagt Folgendes über die Rede:

William Thomson (Lord Kelvin), ein einflussreicher britischer Physiker, verkündete bekanntlich, dass die Physik bis auf zwei kleine Wolken am Horizont vorbei sei. Diese "Wolken" erwiesen sich als Hinweise, die uns zur Quantentheorie und Relativitätstheorie führten.

Der Physiker Brian Greene verweist auch auf die Kelvin-Rede in Der Stoff des Kosmos:

Im Jahr 1900 bemerkte Kelvin selbst, dass "zwei Wolken" am Horizont schwebten, eine mit den Eigenschaften der Lichtbewegung und die andere mit Aspekte der Strahlungsobjekte emittieren beim Erhitzen, aber es gab ein allgemeines Gefühl, dass dies bloße Details waren, die zweifellos bald sein würden angesprochen.

Innerhalb eines Jahrzehnts änderte sich alles. Wie erwartet wurden die beiden Probleme, die Kelvin angesprochen hatte, umgehend angegangen, aber sie erwiesen sich als alles andere als geringfügig. Jeder zündete eine Revolution an und jeder erfordert eine grundlegende Neufassung der Naturgesetze.