Вільям Томсон
лорд Кельвін барон Ларгс
(26 червня 1824 року - 17 грудня 1907)
Народився: 26 червня 1824 у Белфасті, Ірландія.
Помер: 17 грудня 1907 у Незерхолл (біля Ларгса), Ейршир, Шотландія.
Батько Вільяма Томсона, Джеймс Томсон, спочатку мав намір стати чиновником Пресвітеріанської Церкви, але вибрав для академічної кар'єри шлях математика. Мати Вільяма вмерла, коли йому виповнилося шість років, і відтоді він виховувався батьком. Джеймс Томсон обіймав посаду професора інженерії в Белфасті, коли Вільям народився і, коли Вільяму виповнилося вісім років, його батько, Джеймс одержав посаду на кафедрі математики в Університеті Глазго. Джеймс Томсон був строгим батьком, і виховував своє сімейство в дусі строгих Пресвітеріанських звичаїв. З цього приводу ще в дитинстві сестра Вільяма писала:
"Наш батько регулярно щонеділі вранці читає нам деякі глави зі Старого Заповіта, і ввечері деякі з Нового".
Однак, незважаючи на те, що батько, Вільяма був дуже строгою людиною він мав дуже близькі відносини із сином. Саме від батька Вільям отримав знання з основ математики й у дуже юному віці, він став повноцінним математиком зі знанням самих останніх подій у цій сфері.
Вільям відвідував Університет Глазго з десятирічного віку. Настільки юний вік не зовсім такий незвичайний, як можна було б подумати спочатку, справа в тому, що в той час університети в Шотландії до деякої міри конкурували зі школами через найбільш здатних молодших учнів. Томсон почав те, що ми розуміємо під університетською роботою в 1838 році, коли йому було 14 років. На сесії 1838-39 він вивчав астрономію та хімію. Наступного року він узяв собі курс природної філософії (сьогодні ми цей курс звемо фізикою) який містив в собі вивчення теплоти, електрики і магнетизму. Його "Есе про фігуру Землі" виграло золоту медаль від Університету Глазго, коли Вільяму було всього 15, і це есе було дійсно чудовою роботою, що містить важливі ідеї до яких Томсон повертався протягом усього життя.
Наприкінці сесії 1839-40 Томсон прочитав працю Фур'є "Аналітична теорія теплоти", робота заснована на застосуванні абстрактної математики, для розрахунку теплового потоку. Томсон писав:
"Я брав Фур'є з Університетської бібліотеки; і два тижні я проробляв його - прямо пройшов через це".
Фактично, серед лекторів у Глазго в той час спостерігався сильний інтерес до французького математичного підходу до фізичної науки. Особливо до робіт Лагранжа, Лапласа, Лежандра, Френеля і Фур'є. До цих робіт відносилися з "повагою" і при нагоді приводили цитати з них. На сесії 1839-1840 років Томсон вивчає "Mechanique celeste" Лапласа і відвідує Париж. Вільсон так описує роки юного Томсона в Глазго:
"... З 1838 по 1841, Вільям, здається, цілком ознайомитися з явищами теплоти, електрики, і магнетизму."
У 1841 Томсон вступив до Кембриджу, і в тому ж самому році була опублікована перша його робота. Цей папір присвячувався рядам Фур'є і призначався для захисту математики Фур'є від нападок професора математики в університеті Единбурга. Більш важливий папір "Про однорідний рух теплоти і її зв'язку з математичною теорією електрики" був опублікований у 1842 році (до речі, майбутньому лорду Кельвіну всього 18 років) коли він здавав іспити на перший учений ступінь у Кембриджу.
Незважаючи на зусилля Беббиджа, Пікокка і Гершеля, спрямованих на те, щоб представити нову Французьку математику в Кембриджу, вид екзамену з математики, що здавав Томсон та курси пов'язані з ним усе ще залишали бажати кращого. Гершель і Беббидж провели деякі експерименти у галузі магнетизму в 1825, розвиваючи методи, розроблені Араго, але нічого з теорії тепла, чи електрики магнетизму не вступило в програму іспиту на учений ступінь.
Томсон перейшов до заключної частини одержання ученого ступеня в 1845 році і, як і слід було очікувати, одержав вищу освіту з відзнакою, університетські записи зберегли таке повідомлення, що Вільям Томсон був другим учнем за результатами іспиту у своєму випуску. У цьому ж році Томсон одержав першу премію Сміта і був обраний у товариство Пітерхауса. Також у 1845 році Томсон прочитав роботу Джорджа Гріна, що сильно вплинула на напрямок його подальших досліджень. Його інтерес до французького підходу, й поради його батька, змусили Томсона після одержання ученого ступеня виїхати в Париж. Там він працював у фізичній лабораторії Анрі-Віктора Реньо і, незабаром, він уже брав участь в обговореннях різних проблем з Біо, Коші, Луівіллем.
Можливо найбільш плідні дискусії, були в Томсона з Луивіллем. Саме на прохання Луивілля, Томсон почав спроби з'єднати в одне ціле ідеї Фарадея, Кулона і Пуассона в галузі електричної теорії. Ідеї відносно "дії на відстані" чи щодо властивостей "ефіру", або ідеї відносно "електричної рідини" було важко об'єднати. Були проблеми щодо того, чи дійсно "електрична рідина" була фактичним фізичним тілом із властивостями рідини. Томсону довелося багато і ретельно попрацювати для того, щоб вивчити цілу методологію фізичної науки, відрізняючи "фізичні" частини теорії від "математичних" частин.
У 1846 кафедра філософії в Глазго стала вільною. Батько Томсона використав свій вплив в Університеті, щоб допомогти сину стати ведучим кандидатом на посаду керівника кафедри. Томсон повернувся з Парижа в Глазго і, у 1846, був одноголосно обраний професором природної філософії в Університеті. У 1847-49 він співробітничав із Стоксом в галузі гідродинамічних досліджень, що Томсон потім застосував у електричній й атомній теоріях. Це співробітництво зі Стоксом, протривало протягом більш ніж п'ятдесятьох років з частими листами на тему різних наукових питань. Деякі з цих листів дійшли до наших днів, наприклад копії 407 листів від Томсона до Стокса, і 249 листів від Стокса до Томсона згодом були видані. У велика кількості з цих листів обговорюються математичні подоби в теорії теплоти і теорії рідин. Наприклад Стокс, написав Томсону в 1847:
Який близький зв'язок є - між математичними співвідношеннями, що застосовні в теорії тепла, руху рідини, і тяжінні.
Заняття термодинамікою привели Томсона до думки про абсолютну температурну шкалу, що він і запропонував у 1848 році. Абсолютна шкала запропонована ним була заснована на його пізнаннях і дослідах в теорії теплоти, особливо тієї частини цієї теорії яка була розроблена пізніше а в той час була лише плодом умовиводів Томсона тому що закони збереження енергії не були настільки ясні й очевидні як зараз. Одиниця температури "Кельвін" (до 1968 року - градус Кельвіна) у нашому розумінні також була визначена набагато пізніше чим це зробив сам Кельвін. Сама назва фізичної одиниці "Кельвін" відбулося від титулу Вільяма Томсона яким його нагородила королева в 1892 році - Лорд Кельвін барон Ларгс.
Робота Томсона у галузі, усі його досягнення і недогляди описані багатьма авторами, зокрема один з них пише:
... Між 1849 і 1852 роками Томсон видає три серйозних роботи з теорії тепла. Однак історики науки вже звернули увагу на труднощі Томсона пов'язані з відповідністю принципу, сформульованого Джеймсом Прескоттом Джоулем і іншим принципом, сформульованому Ніколя Леонардом Саді Карно, а також увага була звернена на деякі помилки допущені Томсоном в обчисленнях. Тим часом Рудольф Юліус Еммануель Клаузиус врегулював ці два принципи, і 1854 року одержав вираз для принципу Карно…
У 1852 Томсон у ході своїх досліджень спостерігав процес, що зараз називається ефектом Джоуля-Томсона, а саме - зменшення температури газу при його розширенні у вакуумі. Ідеї Джоуля в області теплоти змінили погляди Томсона на це питання. Томсон повірив у динамічну теорію теплоти і, у 1872 році, він описав як його погляди мінялися і прийшли до даного виду:
...[до 1847] я не, знав, що рух є сама сутність того, що дотепер вважалося питанням питань. У 1847 на зустрічі Британської Асоціації в Оксфорді, я довідався у Джоуля про динамічну теорію теплоти, і був змушений відмовитися відразу від багатьох своїх переконань, і поступово щорічно відмовлятися від всіх інших упереджених думок щодо остаточних причин статичних явищ.
Динамічна теорія тепла змусила Томсона міркувати над динамічною теорією електрики і магнетизму. У 1856 році він відіслав у Лондонське Королівське Наукове товариство свою роботу під назвою "Динамічний огляд магнітних і інших обертальних ефектів прозорих тіл у поляризованому світлі". Він пояснив своє поняття електрики використовуючи нові погляди декількома роками пізніше:
… Незалежно від того, чим електрика здається, я зовсім упевнений, що електрика в русі - теплота і що деяка зміна в цьому русі є причиною магнетизму…
Ця робота Томсона в галузі електрики і магнетизму була надзвичайно важлива для розвитку нової теорії над який працював Максвелл - електромагнетизму. Логічним було б вважати що Томсон підтримає теорію Максвелла яку його роботи, тобто він сам допомагали створювати, але усе трапилося зовсім не так. Томсон мав свої власні погляди щодо теорії покликаної об'єднати теорії електрики і магнетизму, але його ідеї вели усе далі й далі від теорії розробленої Максвеллом. У своїй праці "On vortex motion" виданому в 1867 році Томсон виклав свій погляд на ці питання. Робота починається так:
Математичний апарат і розрахунки в роботи, що представляється, були виконані так, щоб проілюструвати гіпотезу, що простір постійно та безперервно зайнятий нестисненною однорідною рідиною на яку не діють ніякі сили і що різні явища залежать винятково від рухів, створених у рідині.
Однак первісна надія Томсона, що його ідеї могли пояснити електромагнетизм, світло, гравітацію, і хімічні процеси повільно зникала. Незважаючи на це багато великих вчених і дослідників історії науки приводять доводи на користь важливості роботи Томсона над проблемою електромагнетизму, незважаючи на всі її недоліки і помилковість. Зокрема в деяких джерелах зустрічається:
Ми хочемо підкреслити часто недооцінювані достоїнства Томсона в теорії електромагнітного полючи. Вільям Томсон був перший, хто пробував математично обробляти концепцію Фарадея щодо ліній сили, і він представив Джеймсу Максвеллу проблеми електромагнітної полючи не тільки своїми роботами, але також і його персональною ініціативою.
Автор біографії Томсона, у своїх працях представляє Томсона в такому вигляді, що здається що в першій половині його кар'єри він був нездатний до неправильних дій і рішень, а в другій половині нездатний до правильних дій. Це, звичайно, здається занадто критичний погляд, але відмовлення Томсона прийняти атоми, його опозиція теорії Дарвіна, помилки у визначенні віку Землі і Сонця, непримиренність до ідей Резерфорда про радіоактивність, безумовно виставляють великого вченого в невигідному світлі.
Вивчивши дослідницький внесок Томсона в науку, ми зробимо невеликий відступ убік нововведень, що Томсон привніс у систему освіти університету Глазго. Він розробив лабораторні роботи для студентів, що проходять курс на одержання ученого ступеня. Він заохочував кращих студентів університету різними нагородами. Деякі з цих нагород знаходили своїх майбутніх власників шляхом голосування серед студентів, що визначало кращого. Були також нагороди, що Томсон призначав за своїм розсудом.
Мало того, що Томсон виступав у своїх дослідженнях за об'єднане представлення усіх фізичних теорій і фізичного світу, він також привніс свої погляди в програми навчання. Один зі студентів якому довелося бути на лекціях Томсона в 1859-1860 роках пише:
Його імпульс полягав у тому, щоб корелювати явища і досягати принципу, що лежить у їхній основі, і це дало йому деяке нетерпіння стосовно галузей науки, що були усе ще в стадії дослідження, і ще не розглянуті відповідно до механічних законів. Отже, найбільш блискуча і важка частина його курсу була наприкінці, коли він підбив підсумок свого навчанню й узагальнив енергію і кореляцію фізичних сил ...
Іншою з відомих галузей роботи Томсона був його загальний з Тайтом проект у ході якого з'явилася їхня відома праця "Трактат про Натуральну Філософію" над яким вони почали працювати ще на початку 1860-их. Вони працювали пересилаючи один одному поштою зошит з наробітками. Величезний проект, що Томсон задумав, як узагальнення усіх фізичних теорій повинний був зайняти багато часу і складатися з величезної кількості томів, але, на жаль, лише перші два томи, минулого коли-небудь, опубліковані. Ці два томи охопили тільки кінематику і динаміку. Але і ці дві книги зробили фурор у науковому суспільстві і стали настільними книгами для багатьох наступних поколінь вчених і дослідників.
Як не дивно, серед простих людей тих часів, популярність Томсону принесла не його наукова діяльність, а один цікавий випадок. Справа в тім, що Томсон завжди цікавився винаходами і удосконаленням різної фізичної апаратури. Він і сам винайшов досить багато різних пристроїв. Так, приміром, його дітищем є дзеркальний гальванометр, що використовувався в перших успішних спробах створити трансатлантичний телеграфний зв'язок за допомогою підвідного кабелю. Томсон приєднався до групи одного промисловця, що задався метою прокласти підводний кабель між Ірландією і Ньюфаундлендом (Канада). Томсон займав кілька посад у цьому проекті, він був і членом ради директорів і радником по теоретичних питаннях електротехніки.
Електротехніком, що відповідає за практичну сторону справи був Э. О. В. Уайтхаус. Він наполягав на використання своєї власної схеми прокладки кабелю незважаючи на ради Томсона. У 1858 році кабель був удало прокладений, хоча це була друга спроба, перша спроба (1857) не удалася, після початкових труднощів з передачею сигналу були зроблені деякі удосконалення, і Уайтхаус досяг необхідного для своєї системи успіху. Однак незабаром виявилося, що Уайтхаус замінив дзеркальний гальванометр Томсона на деякі свої прилади, що сильно відбилося на якості зв'язку. Після гнівного переписування між Томсоном і Уайтхаусом рада директорів прийняла рішення використовувати в третій спробі тільки прилади Томсона й у 1865 році новий кабель показав прекрасні результати по якості і швидкості зв'язку.
За результати, отримані Томсоном під час роботи над прокладенням підвідного кабелю його звели в лицарське достоїнство. Це случилося в 1866 році. Також участь у проекті по прокладці кабелю значно поліпшили добробут ученого. Томсон заробив пристойну суму на своїх консультаціях і патентах на різні прилади. Він купив собі 126-тонну яхту "Лала Рук" а також прекрасний маєток. Одна з найпопулярних газет "Глазго Геральд" гордо повідомляла про успіх по прокладці кабелю:
Хіба Професор Томсон, що видається електротехнік без чийого надихаючого генія, ця велика справа не була так легко досягнута, не є жителем Глазго? І основні електричні прилади, що використовувалися в іспиті і роботі кабель, не виготовлені Г. Віттом, оптиком цього міста, хоча і під керівництвом Професора Томсона?
За своє життя Томсон опублікував більш 600 робіт. Він був обраний у Лондонське Королівське товариство в 1851 році, одержав його Королівську медаль у 1856
Томсон опублікував більш ніж 600 робіт. Він був обраний у Королівське товариство Лондона в 1851, у 1856 році одержав Королівську медаль цього суспільства, а також був визнаний гідним його Медалі за досягнення в науці імені полковника Коплі, в 1883, займав посаду президента суспільства з 1890 по 1895. На додаток до його роботи в Королівському товариство Лондона, і як випливало очікувати від такого видатного шотландського професора, він складався в Королівському товариство Единбурга протягом багатьох літ. Він був президентом цього суспільства і два рази переобирався на повторний термін, перший раз з 1873 по 1878, потім з 1886 по 1890, і втретє з 1895 до самої смерті в 1907 році. У 1871 році Томсон був обраний Президентом Британської Академії Наук.
Як не дивно Кельвін відрізнявся серед інших вчених свого часу не аби яким почуттям гумору. До наших часів дійшов один з мемуарів вийшовший з під пера його студента. Він пише:
Одного разу лорд Кельвін був вимушений відмінити свою лекцію і, прийшовши до аудиторії, він написав на дошці: "Professor Tomson will not meet his classes today" (Професор Томсон не зможе сьогодні зустрітися зі своїми учнями). Студенти вирішили пошуткувати над літнім професором і стерли букву "с" у слові "classes", і вийшло "Professor Tomson will not meet his lasses today" (Професор Томсон не зможе сьогодні зустрітися зі своїми коханками). Наступного дня Томсон прийшовши на лекцію і побачивши напис не розгубився а стер ще одну букву у тому ж слові та мовчки пішов з аудиторії. В аудиторії запанувала могильна тиша. На дошці в цей раз красувалося "Professor Tomson will not meet his asses today" (Професор Томсон не зможе сьогодні зустрітися зі своїми віслюками). [Classes - класи, lasses - коханки, asses - віслюки. Прим. ред.]
Великий учений помер 17 грудня 1907 у Незерхоллі що біля Ларгса, графство Ейршир, Шотландія.
Народився: 26 червня 1824 у Белфасті, Ірландія.
