Quand Lord Kelvin a failli tuer la théorie de Darwin

Les célèbres mots d’ouverture, « C’était le meilleur des temps, c’était le pire des temps », du roman de 1859 de Charles Dickens Un conte de deux villes fait référence à la période de la Révolution française. Mais il aurait tout aussi bien pu décrire l’expérience de son contemporain Charles Darwin avec sa théorie de l’évolution par sélection naturelle. Darwin est né au meilleur des moments en 1809, lorsque les conditions étaient très propices à l’épanouissement de sa théorie, mais il est mort en 1882 au pire des moments parce qu’il y avait un réel danger qu’elle soit bientôt tuée. L’ennemi juré de Darwin était l’éminent physicien Lord Kelvin, et l’arme utilisée contre lui était l’âge de la Terre.

Diverses théories de l’évolution étaient antérieures à Darwin, mais quelle que soit la version préférée, une chose était claire : il a fallu très longtemps pour que ses conséquences se fassent jour. La durée exacte était difficile à déterminer, mais on pensait que cela nécessitait des dizaines ou des centaines de millions d’années. À partir de 1650, la théorie dominante sur l’âge de la Terre, basée sur les travaux de l’évêque Ussher, d’Isaac Newton et de nombreux autres érudits qui ont utilisé diverses sources textuelles, était qu’il était d’environ 6 000 ans.

Les théories de la géologie et de la biologie ont dû s’adapter à ce court laps de temps. La théorie géologique connue sous le nom de catastrophisme postulé que des éléments majeurs tels que le Grand Canyon, l’Himalaya, etc. étaient apparus à la suite de bouleversements soudains et violents. Lorsqu’il s’agissait de diversité biologique, l’idée d’une création spéciale, selon laquelle les organismes étaient immuables et avaient été spécialement conçus pour s’adapter aux niches biologiques dans lesquelles ils se trouvaient, était l’opinion dominante.

Une fenêtre de temps aussi courte aurait rendu impossible à quiconque de proposer de manière crédible l’émergence de nouvelles espèces par un processus d’évolution lente. Mais vers 1785, les idées sur l’âge de la Terre ont commencé à subir un changement radical lorsque les géologues et les paléontologues ont commencé à utiliser les caractéristiques de la Terre elle-même, telles que l’érosion, la sédimentation et les couches de strates et les fossiles qui y sont incrustés, pour estimer son âge. La théorie de l’uniformitarisme, selon laquelle les principales caractéristiques géologiques ont été causées par l’accumulation très lente de minuscules changements, a gagné du terrain, culminant dans l’œuvre épique en trois volumes de Charles Lyell Principes de géologie en 1830 qui a cimenté l’idée que la Terre avait existé pendant des centaines de millions d’années et peut-être beaucoup plus longtemps, si longtemps qu’il semblait impossible de fixer un âge réel.

Darwin était également un étudiant passionné de géologie et était familier avec le travail de Lyell (ils sont devenus plus tard des amis proches) et avait les deux premiers volumes de son livre avec lui alors qu’il effectuait son voyage de cinq ans autour du monde sur le HMS Beagle au cours de 1831-1836, où les idées de sa théorie de l’évolution ont germé alors qu’il observait les modèles d’espèces dans les divers endroits qu’il visitait. Darwin savait par son travail avec les pigeons que même la sélection délibérée pour des caractéristiques spécifiques prenait beaucoup de temps pour les produire. Mais combien de temps a-t-il fallu ? Il a estimé qu’il fallait au moins des centaines de millions d’années. Le travail de Lyell et d’autres géologues lui a donné le luxe de supposer qu’il existait suffisamment de temps pour que la sélection naturelle fasse son travail.

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Darwin est également devenu majeur à une époque où l’idée que les espèces étaient immuables avait commencé à s’effriter. Bien que Darwin ait appris et accepté la théorie de la création spéciale encore dominante, il était également familier avec l’idée générale de l’évolution. Son propre grand-père Erasmus Darwin avait publié en 1794 un livre Zoonomie qui a exploré les idées protoévolutionnaires. Jean-Baptiste Lamarck avait publié son propre modèle du fonctionnement de l’évolution en 1802. Les différents modèles proposés pour le mécanisme de l’évolution, tels que l’évolution lamarckienne, l’orthogénèse et l’abandon d’usage, impliquaient tous un certain niveau de téléologie : qu’il y avait une directionnalité inhérente Dans le processus.

La fenêtre de temps extrêmement longue ouverte par la nouvelle géologie a permis à Darwin et à son co-créateur Alfred Russell Wallace, travaillant indépendamment, de développer la nouvelle vision centrale de la nature sélection qui différait des autres modèles d’évolution en montrant comment la diversité pouvait survenir naturellement par un processus de pressions de sélection malthusiennes de la population, sans qu’aucune sorte d’agence mystique n’oriente le processus vers des fins spécifiques.

Leur théorie soutenait que l’évolution était conditionnée par la contingence dans la mesure où la façon dont les organismes évoluaient dépendait de facteurs aléatoires et d’un environnement changeant, ce qui suggérait que si nous remontions le temps, nous pourrions obtenir des résultats très différents dans lesquels les êtres humains pourraient ne jamais apparaître. Leur travail a été présenté pour la première fois dans un document conjoint en 1858. L’œuvre majeure de Darwin À propos de l’origine des espèces, publié un an plus tard, était une compilation étroitement argumentée d’une quantité massive de preuves qui ont aidé à établir l’évolution comme un fait.

Le changement radical du statut des êtres humains impliqué par leur modèle, d’être spécialement créé à l’image de Dieu à juste un autre sous-produit accidentel du processus évolutif comme toutes les autres espèces, a été une source immédiate de controverse parce qu’il a remis en cause une religion clé. principe selon lequel les êtres humains étaient spéciaux. C’est pourquoi la sélection naturelle a suscité une telle opposition alors même que l’évolution était acceptée. De nombreux scientifiques de cette époque étaient religieux et croyaient en l’évolution théiste qui disait qu’une agence surnaturelle guidait le processus pour produire les fins souhaitées.

Alors que tous les modèles d’évolution ont nécessité de longs délais, Naturel la sélection a nécessité des temps beaucoup plus longs que n’importe quel autre guidé processus de sélection. Par conséquent, plus l’âge de la Terre était jeune, plus il était probable que la sélection naturelle ne pouvait pas être le mécanisme. Les physiciens, dirigés par l’éminent Kelvin, lui-même un évolutionniste théiste, étaient les chefs de file de la charge pour une Terre jeune, bien qu’il faille souligner que « jeune » à cette époque signifiait environ 100 millions d’années ou moins. Même les scientifiques religieux avaient abandonné l’idée que la Terre n’avait que 6 000 ans.

À partir de 1860 environ, Kelvin et d’autres physiciens ont commencé à estimer les âges de la Terre et du Soleil en utilisant l’hypothèse nébulaire proposée vers 1750 par Immanuel Kant et Pierre-Simon Laplace. Ce modèle a traité la Terre et le soleil comme commençant comme des nuages ​​​​de particules en rotation qui se sont fusionnés sous l’effet de la gravité pour former des boules en fusion, la Terre se solidifiant et se refroidissant par la suite. Kelvin a utilisé les lois de la thermodynamique et d’autres principes physiques pour arriver à des estimations de 20 à 400 millions d’années. En 1879, la limite supérieure avait été abaissée à environ 100 millions d’années pour la Terre et à une limite supérieure encore plus courte de 20 millions d’années pour le Soleil, bien moins que les 200 millions d’années environ nécessaires pour que la sélection naturelle fonctionne. Puisque la physique était considérée comme la plus rigoureuse des sciences, les choses semblaient mauvaises pour la sélection naturelle.

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Lorsque Darwin est mort en 1882, il a été pleuré comme un grand scientifique qui avait radicalement changé notre compréhension de la façon dont la vaste diversité d’organismes que nous voyons autour de nous est née, détrônant l’idée qu’ils étaient immuables. Mais à cause du rétrécissement de l’âge de la Terre, il est mort avec un nuage majeur suspendu au-dessus de son mécanisme de sélection naturelle. Les derniers mots de Darwin sur le sujet, écrits en 1880 juste deux ans avant sa mort, exprimaient un espoir plaintif que les développements futurs pourraient concilier les besoins de la sélection naturelle avec les calculs physiques :

« En ce qui concerne le laps de temps qui n’a pas été suffisant depuis que notre planète a été consolidée pour la quantité supposée de changement organique, et cette objection, comme le [Lord Kelvin], est probablement l’un des plus graves encore avancés, je peux seulement dire, premièrement que nous ne savons pas à quel rythme les espèces changent en termes d’années, et deuxièmement que de nombreux philosophes ne sont pas encore disposés à admettre que nous en savons assez sur la constitution de l’univers et de l’intérieur de notre globe pour spéculer en toute sécurité sur sa durée passée.

Il s’est avéré que Darwin était prémonitoire qu’une meilleure connaissance de l’intérieur de la Terre pourrait changer les calculs en sa faveur, mais à l’époque, il semblait s’accrocher aux pailles. En fait, à court terme, le problème s’est encore aggravé parce que Kelvin et d’autres ont produit de nouveaux calculs qui ont entraîné une réduction encore plus importante de l’âge de la Terre, de sorte qu’en 1895, l’opinion consensuelle de la physique était que l’âge de la planète se situait dans le gamme 20-40 millions d’années. La sélection naturelle semblait vouée à l’échec.

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Mais les physiciens rencontraient maintenant une opposition plus ferme de la part d’autres disciplines. Les géologues étaient catégoriques sur le fait que leurs modèles basés sur l’accumulation de preuves sur la sédimentation et l’érosion, bien qu’ils ne soient pas aussi rigoureux que les modèles physiques, étaient suffisamment bien établis pour avoir confiance en leur limite inférieure de 100 millions d’années. Les paléontologues soutenaient également que les archives fossiles ne correspondaient pas aux âges plus courts des physiciens. Les deux groupes ont fait valoir que les physiciens ont dû mal tourner quelque part, même s’ils ne pouvaient pas souligner les défauts spécifiques.

À partir de 1895, cette impasse a commencé à être rompue lorsque le physicien John Perry, un ancien assistant de Kelvin, a contesté l’hypothèse de ce dernier selon laquelle la Terre était un corps rigide et homogène, affirmant qu’il y avait peu de preuves à l’appui. En introduisant l’inhomogénéité et le flux convectif à l’intérieur de la Terre, il a découvert que les estimations de Kelvin pour l’âge de la Terre pouvaient changer jusqu’à un facteur 100, déplaçant la limite supérieure dans les milliards d’années. D’autres physiciens sont également intervenus avec des mouvements ascendants similaires, ce qui a encouragé les géologues, les paléontologues et les biologistes à ignorer les arguments des physiciens en faveur d’une jeune Terre.

C’est la découverte de la radioactivité qui a changé la donne de manière décisive ; elle a conduit à une toute nouvelle façon de mesurer l’âge de la Terre, en permettant aux scientifiques de calculer l’âge des roches. Étant donné que la roche la plus ancienne qui pouvait être trouvée fixait une limite inférieure pour l’âge de la Terre, la course était lancée pour trouver des roches de plus en plus anciennes en utilisant cette méthode ; les enregistrements ont chuté rapidement, conduisant à des âges de 141 millions d’années en 1905, 1,64 milliard d’années en 1911, 1,9 milliard d’années en 1935, 3,35 milliards d’années en 1947 et à 4,5 milliards d’années en 1953, ce qui est le consensus actuel.

Lorsque Kelvin est décédé en 1907 à l’âge de 83 ans, il n’était pas clair s’il avait accepté que ses estimations n’étaient plus valides. Mais l’espoir de Darwin que Kelvin serait démenti, et qu’il serait finalement démontré qu’il existait suffisamment de temps pour que la sélection naturelle fonctionne, s’est réalisé, 30 ans après la mort de Darwin. Sa théorie a maintenant tout le temps dont elle a besoin.

Ceci est un article d’opinion et d’analyse; les opinions exprimées par le auteur ou auteurs ne sont pas nécessairement ceux de Scientifique américain.

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