Discorso "Nuvole" di Kelvin

Venerdì 27 aprile 1900, il fisico britannico Lord Kelvin tenne un discorso intitolato "Nuvole del XIX secolo sulla teoria dinamica del calore e della luce", che iniziò:

La bellezza e la chiarezza della teoria dinamica, che afferma che il calore e la luce sono modi di movimento, è attualmente oscurata da due nuvole.

Kelvin continuò spiegando che le "nuvole" erano due fenomeni inspiegabili, che rappresentava come l'ultima coppia di buchi che dovevano essere riempiti prima di avere una completa comprensione delle proprietà termodinamiche ed energetiche dell'universo, spiegate in termini classici del moto di particelle.

Questo discorso, insieme ad altri commenti attribuiti a Kelvin, come quello del fisico Albert Michelson in un discorso del 1894, indica che credevo che il ruolo principale della fisica in quel giorno fosse semplicemente misurare le quantità conosciute con un grande grado di precisione, fino a molti decimali di precisione.

Le "nuvole" a cui si riferiva Kelvin erano:

1. L'incapacità di rilevare l'etere luminoso, in particolare il fallimento del Esperimento di Michelson-Morley
2. Il radiazione del corpo nero effetto — noto come catastrofe ultravioletta

I riferimenti a questo discorso sono diventati in qualche modo popolari per una ragione molto semplice: Lord Kelvin aveva torto quanto avrebbe potuto essere. Invece di piccoli dettagli che dovevano essere elaborati, le due "nuvole" di Kelvin rappresentavano invece limiti fondamentali a un approccio classico alla comprensione dell'universo. La loro risoluzione introdusse regni della fisica completamente nuovi e imprevisti, noti collettivamente come "fisica moderna".

In effetti, Max Planck ha risolto il problema delle radiazioni del corpo nero nel 1900, presumibilmente, dopo che Kelvin ha dato il suo discorso) Nel fare questo, ha dovuto invocare il concetto di limiti sull'energia consentita di emesso leggero. Questo concetto di "quanti leggeri" era visto come un semplice trucco matematico all'epoca, necessario per risolvere il problema, ma ha funzionato. L'approccio di Planck ha spiegato con precisione le prove sperimentali risultanti da oggetti riscaldati nel problema delle radiazioni del corpo nero.

Tuttavia, nel 1905, Einstein portò avanti l'idea e usò il concetto per spiegare anche effetto fotoelettrico. Tra queste due soluzioni, divenne chiaro che la luce sembrava esistere come piccoli pacchetti, o quanti, di energia:fotoni, come sarebbero diventati in seguito chiamati.

Quando divenne chiaro che la luce esisteva nei pacchetti, i fisici iniziarono a scoprire che in questi pacchetti esistevano tutti i tipi di materia ed energia e l'età di fisica quantistica ha cominciato.

L'altra "nuvola" menzionata da Kelvin era il fallimento degli esperimenti di Michelson-Morley nel discutere dell'etere luminoso. Questa era la sostanza teorica che i fisici del tempo credevano che permeava l'universo, in modo che la luce potesse muoversi come un'onda. Gli esperimenti di Michelson-Morley erano stati una serie piuttosto ingegnosa di esperimenti, basati sull'idea che la luce si muoveva a velocità diverse attraverso l'etere a seconda di come la Terra si stava muovendo attraverso di essa. Hanno costruito un metodo per misurare questa differenza... ma non aveva funzionato. Sembrava che la direzione del movimento della luce non influisse sulla velocità, che non corrispondeva all'idea che si muovesse attraverso una sostanza come l'etere.

Ancora una volta, però, nel 1905 Einstein arrivò e fece rotolare la palla su questo. Ha esposto la premessa di relatività speciale, invocando un postulato che la luce si muoveva sempre a velocità costante. Mentre sviluppava la teoria della relatività, divenne chiaro che il concetto dell'etere luminoso non era più particolarmente utile, quindi gli scienziati lo scartarono.

Libri di fisica popolari hanno spesso fatto riferimento a questo evento perché lo rende chiaro anche molto i fisici esperti possono essere superati dall'eccesso di fiducia nella misura del loro campo applicabilità.

Nel suo libro The Trouble with Physics, il fisico teorico Lee Smolin dice quanto segue sul discorso:

William Thomson (Lord Kelvin), un influente fisico britannico, proclamò notoriamente che la fisica era finita, ad eccezione di due piccole nuvole all'orizzonte. Queste "nuvole" si sono rivelate gli indizi che ci hanno portato alla teoria quantistica e alla teoria della relatività.

Anche il fisico Brian Greene fa riferimento al discorso di Kelvin Il tessuto del cosmo:

Nel 1900, lo stesso Kelvin notò che "due nuvole" erano sospese all'orizzonte, una a che fare con le proprietà del movimento della luce e l'altra a aspetti degli oggetti di radiazione emettono quando riscaldati, ma c'era la sensazione generale che questi fossero semplici dettagli, che, senza dubbio, sarebbero presto stati indirizzata.

Nel giro di un decennio, tutto è cambiato. Come anticipato, i due problemi che Kelvin aveva sollevato furono prontamente risolti, ma dimostrarono tutt'altro che lievi. Ognuno ha innescato una rivoluzione e ciascuno richiede una riscrittura fondamentale delle leggi della natura.