Je leest:

Kelvin versus Darwin

Kelvin versus Darwin

De geschiedenis van een controverse

Auteur: | 20 mei 2009

200 jaar geleden werd Charles Darwin geboren en 150 jaar geleden werd zijn boek On the Origin of Species gepubliceerd. Hoe stonden natuurkundigen destijds tegenover zijn theorieën?

Op 12 februari gaf fysicus Robbert Dijkgraaf, in zijn hoedanigheid als president van de Koninklijke Academie der Wetenschappen, in natuurhistorisch museum Naturalis het feestelijke startschot voor het Darwinjaar 2009. Tijdens tv-optredens rondom deze opening toont Robbert Dijkgraaf zich een enthousiast aanhanger en verdediger van Darwin. Hij heeft het over de grootste denker ooit. Ook andere bekende natuurkundigen zijn begaan met de evolutietheorie. In het jaar dat hij de Nobelprijs ontving beriep Gerard ’t Hooft zich op de evolutieleer om aan te tonen dat er voor paranormale verschijnselen een fysisch verklaring is. In één van zijn NRC-columns verhaalde Vincent Icke over zijn ervaring als gastdocent op een ‘zwarte basisschool’ in Amsterdam toen hij het over natuurlijke evolutie had.

On the Origin of Species, het beroemde boek van Charles Darwin.
Wikimedia Commons, vrijgegeven in het publieke domein

Bovenstaande lijkt te suggereren dat de evolutieleer van Darwin altijd al werd omarmd door natuur- en sterrenkundigen. Het tegendeel is waar! Darwin vond in de beroemde natuurkundige William Thomson, de latere Lord Kelvin, een felle tegenstander van zijn ideeën. Darwin heeft daarom tijdens zijn leven weinig brede erkenning gekregen voor zijn werk. Kelvin richtte zijn pijlen op de geologische en geofysisch argumenten die werden gebruikt in On the Origin of Species. Op de biologische argumenten ging hij nooit in.

Evolutieleer en de ouderdom van de aarde

Op aanraden van zijn studiebegeleider John Henslow nam Darwin het boek van Charles Lyell, Principles of Geology, mee op zijn reis met de Beagle, het schip waarmee Darwin onder andere naar de Galápagos eilanden voer. Lyells werk handelt over gesteenten, aardlagen en fossielen. Tijdens zijn reis trof Darwin op de grens van Chili en Argentinië, op 3000 meter hoogte, fossielen van zeedieren aan. Niet veel later maakte hij een aardbeving mee en ervoer zo proefondervindelijk dat de aarde zich enkele centimeters kan verheffen. Bij het ontwikkelen van zijn evolutieleer speelden deze geologische en geofysische verschijnselen een belangrijke rol. Ook het concept van erosie van aardlagen ontleende hij aan Lyells boek. Eenmaal terug in Engeland schatte hij de ouderdom van de Weald, het wijde dal tussen de North en South Downs in zuidoost Engeland, dat op minder dan 10 km van zijn huis was gelegen. Op grond van een erosiesnelheid van 2,5 cm per jaar kwam hij uit op 300 miljoen jaar. Hij nam deze schatting op in zijn On the Origin of Species, daarmee stellende dat soorten al minimaal zo lang evolueren.

Kelvin en zijn kritiek op Darwin

William Thomson was een briljant natuurkundige die op tweeëntwintigjarige leeftijd al hoogleraar was aan de Universiteit van Glasgow. Zijn bijdrage over de tweede hoofdwet van de thermodynamica schreef hij toen hij 28 was. Hij was ook in dienst van de Atlantic Telegraph Company en op grond van zijn verdiensten aldaar werd hij in de adelstand verheven tot Lord Kelvin. In het volgende zullen we William Thomson daarom kortweg Kelvin noemen.

In december 1860, dus een jaar na de publicatie van On the Origin of Species, was Kelvin voor langere tijd aan zijn huis in Schotland gekluisterd. Vanuit zijn ziektebed begon hij zijn strijd tegen Darwin: hij kon niet accepteren dat de aarde zo oud was. Sommige geschiedschrijvers suggereren dat zijn drijfveer godsdienstig was. Kelvin was inderdaad een gelovig man die zijn colleges steevast met een gebed begon. Kelvin schreef een brief aan James Joule, eveneens een Engelse natuurkundige, wiens naam voortleeft in de SI-eenheid voor energie. In zijn antwoord, dat bewaard is gebleven, steunt Joule Kelvin en noemt Darwins werk onzin. Dit illustreert de toon waarop de strijd gevoerd zou worden. Kelvin zou aantonen op natuurkundige gronden dat de zon en de aarde veel jonger zijn dan de 300 miljoen jaar die Darwin noemde in zijn evolutieleer.

Charles Darwin (boven) en Lord Kelvin op een bankbiljet.

In 1862 publiceerde Kelvin zijn On the Age of the Sun’s Heat, waarin hij betoogde dat de zon was gevormd uit een grote wolk van meteoren die door de zwaartekracht tot een compacte bol waren bijeengebracht. De onderlinge botsingen vormden de warmtebron. Op deze grond schatte Kelvin de levensduur van de zon op 20 miljoen jaar, of toch zeker niet ouder dan 100 miljoen jaar. De ouderdom van de aarde werd zijdelings behandeld. In een tweede aanval op Darwin paste Kelvin de warmtetransporttheorie van Fourier toe. Kelvin beschouwde de aarde als een afkoelende bol en betoogde zo dat deze niet eerder dan 100 miljoen jaar geleden kon zijn ontstaan. Hij gebruikte waarnemingen van fysische eigenschappen van gesteenten en de gemeten temperatuurgradiënt in de aardkorst. Dit idee publiceerde hij in 1863 in On the Secular Cooling of the Earth. Om zijn argumenten extra kracht bij te zetten stelde Kelvin tenslotte een theorie op over de afname van rotatiesnelheid van de aarde ten gevolge van wrijving door getijden. Hij berekende dat de rotatiesnelheid 22 seconden per eeuw zou moeten afnemen. Op grond van de vorm van de aarde berekende hij de beginwaarde van de rotatiesnelheid en kwam hij ook nu op 100 miljoen jaar.

De discussie over de ouderdom van de aarde verdeelde de wetenschappers in het Verenigd Koninkrijk. De natuurkundigen, overtuigd door Kelvin, hielden het op 100 miljoen jaar of korter. Darwin, andere biologen en geologen hielden vast aan een veel oudere aarde. Sommigen geloofden dat de aarde oneindig lang had bestaan. In 1868 werd Kelvin tot ridder geslagen en dat vergrootte zijn gezag zodanig, dat de aanhang van Darwin sterk slonk. Toen Darwins zoon George hem meldde dat ook hij tot het Kelvin-kamp behoorde was Darwin de wanhoop nabij. In de laatste twintig jaar van zijn leven herschreef hij zijn ‘Origin’ verscheidene malen en zwakte hij zijn beweringen over de ouderdom van de wereld af. Darwin stierf in 1882. Ondanks zijn succes kon Kelvin niet verhinderen dat de meeste biologen Darwin bleven aanhangen en van verschillende kanten kwam kritiek op Kelvins eigen werk. Kelvin werd verzocht het probleem opnieuw te bekijken. In 1897 sprak hij op een bijeenkomst van het Victoria Institute, een genootschap dat godsdienst en wetenschap tot elkaar wilde brengen, en beweerde toen met zeer grote stelligheid dat de aarde 20 tot 30 miljoen jaar oud was. Alle onzekerheidsmarges waren verdwenen. Hij had zich geheel ingegraven in zijn eigen gelijk.

Radioactiviteit

Deze starre houding heeft Kelvin tot zijn dood in 1906 volgehouden. Ook nadat de Amerikaanse geoloog Thomas Chamberlin opperde dat de zon een nog onbekende warmtebron zou kunnen hebben en zelfs toen het verschijnsel radioactiviteit werd ontdekt (door natuurkundigen als Antoine Becquerel, Marie en Pierre Curie en Ernest Rutherford). In 1904 opperde Rutherford tijdens een voordracht bij de Royal Society in Londen, waarbij Kelvin aanwezig was, dat door deze pas ontdekte warmtebron de zon en aarde veel ouder kunnen zijn dan Kelvin had berekend, oud genoeg voor de evolutie der soorten volgens Darwin. Ook John William Strutt, ons beter bekend als Baron Rayleigh, kon Kelvin niet van gedachten doen veranderen. Rayleigh schreef aan zijn vrouw: “Ik heb bewondering voor de zelfverzekerheid waarmee Kelvin praat over een onderwerp waarin hij zich nooit meer dan oppervlakkig heeft willen verdiepen.” Het hele debat en Kelvins houding daarin heeft volgens historici ook bijgedragen aan het besluit om de ouderdom van de aarde zoals berekend door de Ierse bisschop James Usscher, die na zeer gedegen bronnenonderzoek tot de conclusie was gekomen dat de tijd begonnen was op de avond voor 23 oktober 4004 vóór Christus, niet meer op te nemen in de Authorised English Bible. Dit maakte de tragedie voor de religieuze Kelvin compleet.

Inmiddels kennen we het mechanisme achter de warmte van de zon: kernfusie.
European Fusion Development Agreement

Tot slot

De strijd tussen Kelvin en Darwin kende zo alleen maar verliezers. Darwin kreeg tijdens zijn leven niet de erkenning die hij verdiende en de reputatie van een groot fysicus werd geschaad. Wel gebiedt de eerlijkheid te zeggen dat Kelvins geothermische aanpak later bruikbaar bleek in de geologie.

De moderne schatting van ouderdom van de aarde is bepaald op grond van radioactief verval van lood en uranium: circa 4,5 miljard jaar. Maar het laatste woord is ook hierover nog niet gesproken. Kelvin zat er dus ver naast, en Darwins visie op evolutie is nu breed geaccepteerd. Darwins invloed op de hedendaagse wetenschap is zeer groot, zoals kundig verkondigd door fysicus Robbert Dijkgraaf bij het openen van het Darwinjaar.

Verantwoording

Veel in dit artikel is ontleend aan de Nederlandse vertaling van het boek van wetenschapsjournalist, schrijver en regisseur, Martin Gorst (1). Gorst beschrijft uitgebreid de geraadpleegde bronnen, waarvan het merendeel op Internet is terug te vinden. Dit laatste geldt ook voor het werk van Kelvin . Op deze site zijn de artikelen van Kelvin over de ouderdom van de zon en van de aarde te vinden.


(1) Martin Gorst De Eeuwigheid. Op zoek naar het begin der tijden. BZZTôH, ’s Gravenhage, 288pp (2001).


Henk de Bruin (1943) studeerde natuurkunde aan de UvA. Hij was van 1970 tot 1985 wetenschappelijk hoofdmedewerker bij het KNMI. In die tijd is hij gepromoveerd aan de Wageningen Universiteit (1982), waar hij tot zijn pensionering in 2007 UHD was bij de leerstoelgroep Meteorologie en Luchtkwaliteit van de Wageningen Universiteit. Hij is nu freelance onderzoeker.
Henk de Bruin

Zie verder:

Evolutie (Kennislinkdossier)

Dit artikel is een publicatie van Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde.
© Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 20 mei 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.