Le discours de Kelvin sur les « nuages

Le vendredi 27 avril 1900, le physicien britannique Lord Kelvin a prononcé un discours intitulé « Les nuages du XIXe siècle sur la théorie dynamique de la chaleur et de la lumière », qui a débuté :

La beauté et la clarté de la théorie dynamique, qui affirme que la chaleur et la lumière sont des modes de mouvement, sont actuellement obscurcies par deux nuages.

Kelvin a ensuite expliqué que les « nuages » étaient deux phénomènes inexpliqués, qu’il a décrits comme les derniers trous qu’il fallait combler avant d’avoir une compréhension complète des propriétés thermodynamiques et énergétiques de l’univers, expliquées en termes classiques du mouvement des particules.

Ce discours, ainsi que d’autres commentaires attribués à Kelvin, comme ceux du physicien Albert Michelson dans un discours de 1894, indiquent qu’il croyait fermement que le rôle principal de la physique à cette époque était de mesurer des quantités connues avec un grand degré de précision, à de nombreuses décimales près.

Signification de « Nuages ».

Les « nuages » auxquels Kelvin faisait référence étaient :

1. L’incapacité à détecter l’éther lumineux, en particulier l’échec de l’expérience Michelson-Morley
2. L’effet du rayonnement du corps noir – connu sous le nom de catastrophe ultraviolette

Importance

Les références à ce discours sont devenues quelque peu populaires pour une raison très simple : Lord Kelvin s’est trompé autant qu’il aurait pu l’être. Au lieu de détails mineurs qu’il fallait régler, les deux « nuages » de Kelvin représentaient au contraire les limites fondamentales d’une approche classique de la compréhension de l’univers. Leur résolution a introduit des domaines de la physique entièrement nouveaux et imprévus, connus collectivement sous le nom de « physique moderne ».

Physique quantique

En fait, Max Planck a résolu le problème des radiations du corps noir en 1900, vraisemblablement après le discours de Kelvin) Ce faisant, il a dû invoquer le concept de limitation de l’énergie autorisée de la lumière émise. Ce concept de « quanta de lumière » était considéré à l’époque comme une simple astuce mathématique, nécessaire pour résoudre le problème, mais il a fonctionné. L’approche de Planck a expliqué avec précision les preuves expérimentales résultant des objets chauffés dans le problème des radiations du corps noir.

Cependant, en 1905, Einstein a poussé l’idée plus loin et a utilisé le concept pour expliquer également l’effet photoélectrique. Entre ces deux solutions, il est apparu clairement que la lumière semblait exister sous forme de petits paquets, ou quanta, de photons d’énergie, comme on les appellera plus tard.

Lorsqu’il est devenu évident que la lumière existait en paquets, les physiciens ont commencé à découvrir que toutes sortes de matière et d’énergie existaient dans ces paquets, et l’ère de la physique quantique a commencé.

Relativité

L’autre « nuage » mentionné par Kelvin est l’échec des expériences de Michelson-Morley sur l’éther lumineux. C’était la substance théorique qui, selon les physiciens de l’époque, imprégnait l’univers, de sorte que la lumière pouvait se déplacer sous forme d’onde. Les expériences Michelson-Morley avaient été un ensemble d’expériences plutôt ingénieuses, basées sur l’idée que la lumière se déplacerait à des vitesses différentes à travers l’éther selon la façon dont la Terre se déplaçait à travers lui. Ils ont construit une méthode pour mesurer cette différence… mais cela n’a pas fonctionné. Il est apparu que la direction du mouvement de la lumière n’avait aucune incidence sur la vitesse, ce qui ne correspondait pas à l’idée qu’elle se déplace à travers une substance comme l’éther.

Mais, en 1905, Einstein est arrivé et a donné le coup d’envoi de ce projet. Il a posé le principe de la relativité spéciale, en invoquant un postulat selon lequel la lumière se déplaçait toujours à une vitesse constante. En développant la théorie de la relativité, il est devenu évident que le concept de l’éther lumineux n’était plus particulièrement utile, et les scientifiques l’ont donc écarté.

Références par d’autres physiciens

Les livres de physique populaires ont souvent fait référence à cet événement car il montre clairement que même les physiciens très bien informés peuvent être dépassés par un excès de confiance dans l’étendue de l’applicabilité de leur domaine.

Dans son livre The Trouble with Physics, le physicien théoricien Lee Smolin dit ceci à propos du discours :

William Thomson (Lord Kelvin), un physicien britannique influent, a déclaré que la physique était terminée, à l’exception de deux petits nuages à l’horizon. Ces « nuages » se sont avérés être les indices qui nous ont conduits à la théorie quantique et à la théorie de la relativité.

Le physicien Brian Greene fait également référence au discours de Kelvin dans The Fabric of the Cosmos :

En 1900, Kelvin lui-même a noté que « deux nuages » planaient à l’horizon, l’un en rapport avec les propriétés de mouvement de la lumière et l’autre avec les aspects des radiations que les objets émettent lorsqu’ils sont chauffés, mais le sentiment général était qu’il s’agissait de simples détails, qui, sans doute, seraient bientôt réglés.

En l’espace d’une décennie, tout a changé. Comme prévu, les deux problèmes soulevés par Kelvin ont été rapidement résolus, mais ils se sont révélés tout sauf mineurs. Chacun a déclenché une révolution, et chacun nécessite une réécriture fondamentale des lois de la nature.