달의 코끼리 이야기를 들어 보셨습니까?
17 세기에 과학계는 달이 인간의 존재에 적합한 지 논쟁하고있었습니다. 당시 저명한 천문학자인 폴 닐 경은 어느 날 망원경으로 달의 흐릿한 부분을 관찰하던 중 달 표면에있는 코끼리도 보았습니다!
"왕립 학회의 존경받는 회원으로서, 나는 나의 주요 발견을 세계에 선언해야합니다!"그래서 "달의 코끼리"는 성공적으로 과학계의 헤드 라인을 장식했습니다. 닐이 본 "코끼리"닐은 사실 망원경으로 몰래 들어간 쥐 였고 그가 생각한 "코끼리"의 몸통은 실제로 쥐의 꼬리라고 생각했습니다.
이 우롱 차 발견은 Neil의 신용을 떨어 뜨렸을뿐만 아니라 왕립 학회의 신뢰성에도 큰 영향을 미쳤습니다.
Neal의 거짓 코끼리는 모든 과학자에게 우리가지지하는 이론을 검증 할 때 올바른 방법을 사용하고 완전한 데이터를 고려했는지주의 깊게 확인해야한다고 상기시킵니다.
과학자들은 닐의 교훈을 배웠지 만 왕립 학회가 명성을 쌓는 길은 방해받지 않았습니다. 과거에 몇몇 무지한 천문학 자들은 "달의 코끼리"를 생각 해냈고, 2 세기가 지난 후 사회의 미래 회장 인 유명한 켈빈 경도 큰 우롱을 만들었습니다.
켈빈은 물리학 자와 지질 학자 사이에서 반세기 동안 논쟁을 시작했으며,이 반세기 동안 대부분 지질 학자들은 불리한 입장에있었습니다.
The Great Moon Hoax ( "Great Moon Hoax")
우리는 외계 생명체에 대한 상상을 멈추지 않았습니다. 1835 년 8 월 뉴욕 신문 "The Sun"은 달의 생명과 문명에 관한 6 개의 기사를 연속으로 게재했습니다. 이 기사는 들소, 염소, 유니콘, 이족 보행 비버, 박쥐 모양의 날개 달린 휴머노이드 ( "Vespertilio-homo")를 포함하여 달에있는 동물을 설명하고 사원도지었습니다. 나무, 바다, 해변이 있습니다. 이러한 발견은 "완전히 새로운 원리를 가진 거대한 망원경"에 의해 만들어진 것으로 믿어집니다.
지구는 무한히 늙었습니까?
우리 모두는 열역학 온도의 단위가 "열역학의 아버지"인 William Thomson 경, Lord Kelvin (1824-1907)의 이름을 딴 K (Kelvins)라는 것을 알고 있습니다. 켈빈은 영국 물리학 자이자 열역학의 창시자였으며 1890 년부터 1895 년까지 왕립 학회 회장을 역임했습니다.
"Lord Kelvin : 그의 삶과 일"Russell, Alexander
알고 계십니까? 켈빈은 지구의 나이를 계산하기 위해 열역학을 사용하려고했습니다.
19 세기에 일부 지질 학자들은 "지구는 항상 존재할 것"이라고 믿었고,이 결론은 "균일주의"라는 개념에서 비롯되었습니다.
동일과 정설은 모든 지질 학적 변화가 긴 과정을 거쳐 점진적으로 완료됨을 의미합니다. 과거 지질 학적 사건은 개미가 움직이는 것처럼 오늘날 관찰되는 현상과 힘으로 설명 할 수 있습니다. 흐르는 물의 침식은 오랜 시간 동안 진행되었습니다. 많은 봄과 가을 이후에 두꺼운 퇴적암층이 형성되었습니다.
이를 바탕으로 일부 지질 학자들은 지질 과정이 너무 느리고 너무 느리게 일어나고 오늘날의 웅장한 지질 현상을 생성하는 데 시간이 너무 오래 걸리기 때문에 지구도 무한히 오래되었다고 믿습니다. 현대 지질학의 아버지 인 Hutton이 설명했듯이 "우리는 시작을 볼 수없고 끝을 추측 할 수도 없습니다."
19 세기지도 "정사각형 및 정물"지구
우리의 '정사각형 및 고정'지구
1893 년, 퍼거슨, of Hot Springs, South Dakota
동일과 정설은 생물학적 세계에 큰 영향을 미치고 심지어 생물학적 세계에도 영향을 미치고 있습니다. Charles Robert Darwin (1809-1882)은 1831 년 12 월 27 일 HMS Beagle을 타고 전 세계를 여행하기 시작했을 때 Charles Ley의 사본을 가지고갔습니다. "Principles"라는 책 of Geology ", Charles Lyell 경 (1797-1875).
다윈은 나중에 진화론을 고려했을 때 자연 선택이 일어날 수있을만큼 충분히 긴 시간표에이 과정을 배치했습니다.
그러나 Leyle의 저술에서 지구의 정확한 나이는 매우 신중하게 논의되지 않습니다. 그러나 Darwin은 The Origin of Species를 썼을 때 시간 문제를 피하지 않았습니다. The Origin of Species의 초판에서 Darwin은 한 예를 제시했습니다. 영국 남부의 Wilder 지역에서 백악기 퇴적물을 풍화하는 데 약 3 억 년이 걸립니다.
Darwin이 추정 한 3 억년은 이러한 퇴적물이 풍화되는 시간 일 뿐이며 퇴적하는 데 필요한 시간과 Wilder 지역이 존재하는 시간을 포함하지 않습니다. 이 모든 것을 고려하면 지구는 거의 무한히 낡은 것으로 간주 될 수 있습니다.
다윈의 논문은 많은 질문을 받았습니다. 그 질문 중에는 William Thompson이라는 젊은 물리학자가있었습니다. 앞으로 그는 유명한 켈빈 경이 될 것이며 그 시대 최고의 물리학 자로 간주됩니다.
윌리엄 톰슨 경
영국의 가장 유명한 지질 학자들이 주장하는 지질 학적 균일 성 이론은 지구 표면과 상부 지각의 온도 및 기타 물리적 특성이 현재 수백만 년 동안 거의 동일하다고 믿습니다. 하지만 관찰을 통해 우리는 지구가 매년 많은 열을 발산하고 있음을 알고 있습니다.이 과정을 200 억년 동안 고르게 수행하면 지구에서 잃어버린 열이 표면 암석의 온도를 100 배에 달할 것입니다. 지구의 부피를 100 ° C로 감소시킵니다. 이 열은 지구 전체 부피의 표면 암석을 녹이기에 충분합니다. 화학, 내부 이동성, 깊은 압력의 영향 또는 지구 내부 물질의 가능한 특성에 대한 가정은 지구의 지각이 거의 손상되지 않은 상태로 유지된다는 가정을 정당화 할 수 없습니다. 그것의 일부, 너무 많은 열이 손실됩니다.
-켈빈
영국 지질 학자들의 가장 저명한 많은 사람들이 주장하는 지질학의 통일성 교리는 지구 표면과 상부 지각이 수백만 년 동안 온도 및 기타 물리적 특성에서 현재와 거의 같았다고 가정합니다. 우리가 관찰 한 결과, 매년 지구 밖으로 전도되는 열은 너무나도 엄청납니다. 만약이 행동이 20,000 백만년 동안 균일성에 대한 접근 방식으로 진행 되었다면 지구에서 손실 된 열의 양은 지구 부피의 100 배에 해당하는 일반 표면 암석의 양인 100 ° C 정도의 열이 발생했습니다. 이것은 지구 전체의 부피에 해당하는 표면 암석 덩어리를 녹이기에 충분합니다. 화학적 작용, 내부 유동성, 깊은 압력의 영향 청주출장 또는 가능성의 가장 작은 흔적을 가진 지구 내부 물질의 가능한 특성에 대한 가설은 지구의 상부 지각이 가지고 있다는 가정을 정당화 할 수 있습니다 지구 전체 또는 일부에서 거의 그대로 남아 있었기 때문에 엄청난 양의 열이 손실되었습니다.
(Thomson, 1866, pp. 512–513)
지구의 나이는 ... 2 천만년?
켈빈은 "지구는 항상 존재할 것"이라는 데 동의하지 않습니다. 지구의 나이에 대한 지질학 자의 모호한 설명은 그를 받아 들일 수 없게 만들었다. 이 견해를 반박하기 위해 1844 년부터 켈빈은 자신의 최고의 열역학을 사용하여 지구의 나이를 계산하기 시작했습니다.
당시 사람들은 채굴 등의 활동을 통해 지하 온도가 지표보다 높다는 것을 깨달았는데,“깊이가 커질수록 지구 내부의 온도가 상승한다”는 추론을 바탕으로 켈빈은 지구가 지속적으로 냉각되고 있다고 추론했습니다.
Kelvin의 계산 과정을 이해하기 위해 간단한 예를 상상해 보겠습니다.
오랫동안 구운 오리 구이를 오븐에서 꺼내 냉장고에 직접 넣습니다.
냉장고 온도가 일정하다고 가정합니다. 처음에 구운 오리의 온도는 내부에서 외부까지 동일하며 설정된 오븐 온도와 동일하며 가장 얇은 바깥 쪽 층만 냉장고 온도로 냉각됩니다.
그러나 시간이 지남에 따라 열이 손실되고 구운 오리의 바깥 고기가 식고 중앙은 여전히 원래의 더 높은 온도를 유지할 수 있습니다.
오랜 시간이 지나면 구운 오리 전체가 차가워지고 결국 냉장고와 같은 온도가됩니다.
이 과정에서 구운 오리 내부의 온도는 표면으로부터의 거리와 구운 오리를 냉장고에 넣은 시간에 따라 달라집니다.
구운 오리 모델과 유사하게 Kelvin의 지구 열 손실 모델은 다음과 같습니다.
가정 : 지구의 모양은 표준 구입니다. 지구는 원래 "불 덩어리"였습니다. 균일 한 온도로 녹은 상태의 불 덩어리는 시간이 지남에 따라 점차적으로 냉각되어 굳고 굳어졌습니다. 지구 표면의 물질이 굳은 후에는 중력으로 인해 지구 내부로 가라 앉아 대류를 생성하고 지구의 핵심이 굳기 시작할 때까지 지구의 전체 온도를 균일하게 유지합니다. 이제 지구는 일반적으로 단단하고 깊이가 증가함에 따라 지구 내부의 온도가 균일하게 상승합니다.
이 계산을 수행하기 위해 Kelvin은 다음을 알아야합니다.
1 코어의 온도
2 지구 내부의 온도 구배
3 암석의 열전도율
당시 실험실에서 측정 한 지상 온도 구배는 화씨 1도 / 화씨 1도에서 화씨 1도 15 피트 사이였습니다. 켈빈은 평균 화씨 1도 / 50 피트 (1 ℃ / 30m)를 취했습니다. 동시에 실험실은 암석의 열전도율도 측정했습니다. 가장 큰 문제는 코어의 온도를 측정하는 방법입니다. 켈빈은 지구의 핵심이 단단한 암석이므로 온도가 암석의 녹는 점을 초과하지 않을 것이라고 믿습니다. 암석의 녹는 실험은 지구의 초기 온도 (약 3900 ° C)를 추정합니다.
자세한 계산 프로세스에 관심이있는 경우 다음 문서를 참조 할 수 있습니다.
지구의 시대 : 켈빈 경의 모델
1864 년에 켈빈은 지구의 나이가 9800 만년이고 지구의 나이를 계산할 때의 오류는 2400 만에서 4 억년 사이라고 결론지었습니다.
Kelvin의 계산은 큰 영향을 미쳤습니다. 지질 학자들은 켈빈에 의해 주어진 시간이 너무 짧다고 믿지만, 많은 지질 학적 과정과 종의 진화는 그렇게 짧은 시간에 완료 될 수 없습니다. 그러나 켈빈의 극도로 높은 과학적 명성과 물리학이 지질학 이상의 주제라는 사실과 함께 당시 성숙한 학문에서 그의 결론은 널리 인정되었습니다.
Joe D. Burchfield의 "Lord Kelvin과 지구의 시대"
비록 그들이 그의 관점에 동의하지 않았지만, 라일과 다윈과 같은 사람들은 당시에 반박 할 수 없었습니다. Kelvin의 결과에 따라 이론을 수정할 수 있습니다.
그러나 결국에는 수학자이자 전 켈빈의 조수였던 존 페리 (1850-1920)를 포함하여 반대가 지배하기 시작했습니다. 페리는 켈빈의 가설을 공격했고, 맨틀의 일부가 액체이므로 전도 (켈빈 모델의 핵심)가 대류보다 열 전달에 미치는 영향이 더 적다고 믿었습니다. (Kelvin의 모델은 열 전도를 기반으로하지만 이제 우리는 지구 내부의 열 전달에서 대류를 무시할 수 없음을 알고 있습니다.)
켈빈은 이에 대응해야했고, 1897 년에 암석의 녹는 점에 대한 새로운 측정을 바탕으로 그의 추정 지구 나이를 2 천만년으로 낮췄습니다. 이 결과로 포항출장 원래 켈빈을지지했던 많은 사람들이 이의를 제기하고 계산 과정에서 그의 가정에 의문을 제기했습니다.
깊이에 따른 지구 내부 온도의 변화 (현재 추정치)
이 값이 균일하지 않음을 알 수 있습니다.
잘못된 가정
유명한 빙하 지질 학자 T.C. Chamberlain (T.C. Chamberlain, 1843–1928)은 Kelvin의 최근 추정치를 강력하게 반대했습니다. 그는 지구가 결코 녹은 구체가 아니라고 믿었습니다. 반대로 지구는 소행성과 같은 고체 물질에 의해 서서히 축적되었습니다.
가장 중요한 것은 "지구는 초기 열을 지속적으로 잃는 폐쇄 시스템"이라는 가설에 의문을 제기하고 원자의 내부 구조가 많은 양의 위치 에너지를 포함 할 수 있다는 가능성을 제안했습니다 (과학계에서는 시각).
Chamberlain은 우연히 방사능과 원자 물리학의 도착을 예측했습니다. 나중에 과학자들은 암석이 실제로 방사성 동위 원소가 풍부하고 방사성 붕괴가 많은 열을 방출 할 수 있음을 발견했습니다. 나중에 과학자들은 지구 내부의 열 전달에서 대류의 역할을 무시할 수 없음을 증명했습니다. 이 시점에서 켈빈의 계산은 마침내 잘못된 것으로 판명되었습니다.
방사능의 발견은 켈빈의 지구의 나이를 결정하는 이론의 기초를 흔들어 놓았습니다. 그러나 켈빈은 그의 모든 이론을 철회하는 기사를 발표 한 적이 없습니다. 그는 방사능이 지구 내부의 주요 열원이라는 사실을 진정으로 인정한 적이 없습니다. . (인정하지 않는 한 나는 잃지 않았다! )
지구에서 온 편지
몇몇 위대한 과학자들이 지질학이 제공하는 증거에 대해 신중하게 추론 한 후, 그들은 우리 세계가 비정상적으로 오래되었다는 결론에 도달했습니다. 그들이 옳을 수도 있지만 켈빈 경은 그들과 동의하지 않습니다. 안전한 편이되기 위해 그는 신중하고 보수적 인 견해를 가지고 지구가 생각만큼 오래되지 않았다고 확신했습니다. 켈빈 경은 오늘날 과학의 최고 권위자이기 때문에 우리는 그에게 굴복하고 그의 견해를 받아 들여야한다고 생각합니다.
--마크 트웨인
지질학이 제공하는 증거를 신중하게 암호화하는 일부 위대한 과학자들은 우리 세계가 엄청나게 오래되었고 그들이 옳을 수도 있지만 켈빈 경은 그들의 의견이 아니라는 확신에 도달했습니다. 그는 신중하고 보수적 인 관점을 취합니다. 켈빈 경은 현재 살아있는 과학의 최고 권위자이기 때문에 우리는 그에게 굴복하고 그의 견해를 받아 들여야한다고 생각합니다.
-Mark Twain, Letters from the Earth (Burchfield, ix)
시현
켈빈은 지구의 나이를 계산하는 데 성공하지 못했지만 그는 지구의 나이를 정량적으로 계산하기 위해 물리학을 사용한 최초의 사람이었습니다. 켈빈은 지질학에 새로운 아이디어를 가져 와서 지질학을 매우 부정확 한 설명 주제에서 더 정교하게 만들었습니다.
지구는 매우 복잡한 시스템입니다. Kelvin의 이야기에 따르면 물리학 자들은 복잡한 지구 과학 문제를 해결하기 위해 간단한 물리적 모델을 쉽게 사용할 수 없지만 적절한 물리적 모델은 실제로 우리 연구에서 강력한 역할을 할 수 있습니다. 지질학 대 물리학의 결과는 학문의 교차 및 통합입니다.
오늘날 우리가 알고있는 지구의 나이 (45.4 ± 5 천만년)가 지구 화학자들에 의해 정확하게 결정된 것은 20 세기 중반이 되어서야였습니다. (이것은 또 다른 매우 고통스러운 이야기입니다.)
인류의 모든 과학적 발견과 마찬가지로 지구의 나이는 단순한 숫자에 불과하지만, 그 획득은 수많은 우여곡절을 거쳐야합니다. 인류가 지구의 나이를 찾기위한 여정에서 과학은 신학의 족쇄에서 벗어났습니다. 다윈은 진화론을 제안했습니다. 켈빈은 지구를 설명하기 위해 수학과 물리학의 사용을 개척했습니다. 20 세기, 납 오염은 과학자들에 의해 중단되었습니다 ...
... 지구 과학은 또한 영국 귀족의 취미에서 19 세기의 기본 주제로 발전했습니다.
[유네스코 (1974)의 과목 분류에 따르면 기본 과목은 수학, 논리, 천문학, 지구 과학 및 우주 과학, 물리학, 화학, 생명 과학을 포함합니다. 】
때때로 과학자들은 큰 뉴스를 만들고 싶어하지만 큰 우롱을 만들지 만 이것은 드문 일이 아닙니다. 결국 유명한 켈빈 경도 지구의 나이를 놓쳤습니다.
결국 젊은 세상
"켈빈 경은 단순하고 직접적인 물리 이론을 사용하여 진화론자들의 견해를 조각으로 찢었습니다. 그는 지구와 태양계의 나이가 다윈이 제안한 진화 과정에 따라 생명을 생산하기에 충분히 오래되지 않았다고 믿었습니다 ... 켈빈 경 진화론을 위험에 처하게하여 치명적인 타격을 입혔습니다. 그 후 무슨 일이 있었습니까? 원자 방사선의 발견은 모든 것을 바 꾸었습니다. 원자 방사선 현상이 켈빈의 도전에 필요한 해답을 제공하는 것처럼 보였기 때문에 진화론자들은 갑자기 새로운 용기를 갖게되었습니다. 진화론에. "
-폴 애커 만
켈빈 경은 지구와 태양계가 생명체가 다윈이 제안한 진화 과정에 의해 생성 될만큼 오래되지 않았다는 단순하고 직접적인 물리적 주장으로 진화론자들의 입장을 찢어 버렸다 ... 켈빈 경은 로프에 진화론을 가지고 있었고 원자 방사선의 발견은 전체 그림을 바꿨습니다. 진화론자들은 원자 방사선 현상이 켈빈의 도전에 필요한 답을 제공하는 것처럼 보였기 때문에 갑자기 새로운 용기를 얻었습니다.
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