Томсон, Уильям (лорд Кельвин)

В Википедии есть статьи о других людях с фамилиями Томсон, Томсон, Уильям и Кельвин.

Уи́льям То́мсон, лорд Ке́львин (Ке́лвин) (англ. William Thomson, 1st Baron Kelvin; 26 июня 1824 года, Белфаст, Ирландия — 17 декабря 1907 года, Ларгс, Шотландия) — британский физик, механик и инженер. Известен своими работами в области термодинамики, механики, электродинамики.

Уильям Томсон, лорд Кельвин
англ. William Thomson
Дата рождения	26 июня 1824(1824-06-26)[…]
Место рождения	Белфаст, Великобритания
Дата смерти	17 декабря 1907(1907-12-17)[…] (83 года)
Место смерти	Ларгс, Largs, Айршир, Шотландия, Великобритания
Страна	Великобритания
Род деятельности	физик, астроном, математик, преподаватель университета, политик, писатель, инженер
Научная сфера	физика, механика и термодинамика
Место работы	Университет Глазго
Альма-матер	Университет Глазго, Кембриджский университет (колледж Питерхаус)
Научный руководитель	Уильям Хопкинс
Ученики	Уильям Эдвард Айртон, Уильям Мюррей Моррисон
Награды и премии	Награда Смита (1845) Королевская медаль (1856) Бейкеровская лекция (1856) Медаль Кита (1861) Премия Понселе (1873) Медаль Маттеуччи (1876) Медаль Альберта (Королевское общество искусств) (1879) Медаль Копли (1883) Медаль Гельмгольца (1892) Медаль Джона Фрица (1905)
Автограф
Медиафайлы на Викискладе

Член (1851) и президент (1890—1895) Лондонского королевского общества, иностранный член Парижской академии наук (1877), иностранный член-корреспондент (1877) и почётный член (1896) Петербургской академии наук.

Биография

Уильям Томсон (22 года)

Уильям Томсон родился 26 июня 1824 года в Белфасте. Его предки были ирландскими фермерами; отец — Джеймс Томсон, известный математик, — с 1814 года был учителем в Belfast Academical Institution, затем с 1832 года профессором математики в Глазго; известен учебниками по математике, выдержавшими десятки изданий. Мать, Маргарет Томсон, умерла в 1830 году, когда Уильяму было шесть лет. У мальчика были проблемы с сердцем, и он чуть не умер, когда ему было 9 лет. Его сестра, Анна Томсон, в дальнейшем стала матерью Джеймса Томсона Боттомли из FRSE (1845—1926).

Уильям и его старший брат Джеймс учились в колледже в Глазго, а затем в колледже св. Петра в Кембридже, в котором Уильям окончил курс наук в 1845 году. В 1839/1840 учебном году он выиграл классовую премию по астрономии за своё эссе о форме Земли, которое показало его возможности в области математического анализа и способности к творчеству. В то время учителем физики Уильяма был его однофамилец Дэвид Томсон.

В 1846 году двадцатидвухлетний Томсон возглавил кафедру теоретической физики в Университете Глазго.

В 1856 году учёный был награждён Королевской медалью Лондонского королевского общества.

С 1880 по 1882 год — президент Лондонского общества физиков.

Необыкновенные заслуги Томсона в чистой и прикладной науке были вполне оценены его современниками. В 1866 году он был посвящён в рыцарское достоинство. За противодействие движению ирландского самоуправления королева Виктория 23 февраля 1892 года пожаловала Томсону наследственное пэрство с титулом «барон Кельвин» (устоявшееся написание) по реке Келвин, протекающей мимо университета Глазго и впадающей в реку Клайд. Вследствие этого известный уже как «лорд Кельвин» физик стал первым британским учёным, получившим право заседать в палате лордов.

Томсон активно занимался промышленными исследованиями и разработками и был приглашён в 1899 году Джорджем Истманом в качестве заместителя председателя правления британской компании Kodak Limited, связанной с Eastman Kodak.

Научная деятельность

Ещё студентом Томсон опубликовал ряд работ по приложению рядов Фурье к вопросам физики и в исследовании «The uniform motion of heat in homogeneous solid and its connection with the mathematical theory of electricity» (The Cambridge math. Journ., 1842) провёл важные аналогии между явлениями распространения теплоты и электрического тока, показав, как решение вопросов первой из этих областей применить к вопросам второй. В другом исследовании — «The Linear Motion of Heat» (1842, ibid.) — он развил принципы, которые затем плодотворно приложил ко многим вопросам динамической геологии, например к вопросу об охлаждении Земли.

В 1845 году, находясь в Париже, Томсон начал в журнале Жозефа Лиувилля публикацию ряда статей по электростатике, в которых излагал свой метод электрических изображений, давший возможность просто решить многие труднейшие задачи электростатики.

Уильям Томсон (лорд Кельвин)

В 1849 году Томсон начал работы по термодинамике, которые были опубликованы в изданиях Королевского общества в Эдинбурге. В первой из этих работ он, опираясь на исследования Джоуля, указал, как следует изменить принцип Карно, изложенный в сочинении последнего «Réflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres à développer cette puissance» (1824), с тем чтобы принцип согласовался с современными данными; эта работа содержит одну из первых формулировок второго закона термодинамики. В 1852 году Томсон дал другую его формулировку, а именно учение о рассеянии энергии. В том же году Томсон совместно с Джоулем провёл исследование охлаждения газов при расширении без совершения работы, которое послужило переходной ступенью от теории идеальных газов к теории реальных газов.

Начатая в 1855 году работа по термоэлектричеству («Electrodynamic Qualities of Metals») вызвала усиленную экспериментальную работу; в работе принимали участие студенты университета Глазго, что положило начало первым в Великобритании практическим работам студентов, а также начало лаборатории по физике в Глазго.

В 1850-х годах совместно с Г.Гельмгольцем разработал теорию сжатия звезды под действием тяготения по аналогии с молекулярно-кинетической теорией, описывающей поведение изолированного идеального газа. Тепло и свет, согласно этой теории, возникали в результате сжатия газа под действием тяготения.

В пятидесятых годах XIX века Томсон заинтересовался вопросом о трансатлантической телеграфии. Побуждаемый неудачами первых пионеров-практиков, он теоретически исследовал вопрос о распространении электрических импульсов вдоль кабелей — и пришёл к заключениям величайшей практической важности, давшим возможность осуществить телеграфирование через океан. Попутно Томсон вывел условия существования колебательного электрического разряда (1853), которые позже были вновь найдены Кирхгофом (1864) и легли в основу всего учения об электрических колебаниях. В экспедиции для прокладки кабеля Томсон познакомился с нуждами морского дела, что привело к усовершенствованию лота и компаса (1872—1876). В 1867 году изобрел генератор электростатического напряжения, названный в его честь «капельницей Кельвина».

В 1884 году Томсон провёл двадцать занятий по молекулярной динамике и волновой теории света в форме мастер-класса в Университете Джонса Хопкинса. Лекции оказали влияние на развитие физики на рубеже XIX и XX веков. Описывая звук как волну, Томсон ссылался на уравнение акустической волны. Полагая, что светоносный эфир подвергается вибрациям, он также попытался описать его через уравнение электромагнитной волны. Присутствовавшие на занятиях Майкельсон и Морли позднее поставили эксперименты, опровергшие теорию эфира.

В «Biogr.-Litter. Handwörterbuch Poggendorffa» (1896) представлен список около 250 статей (кроме книг), принадлежащих Томсону. Среди предметов его работ — термодинамические исследования, которые привели кроме прочего к установлению абсолютной шкалы температур; работы по гидродинамике и теории волн (награждены в 1887 году премией от Эдинбургского королевского общества); работы по термоэлектричеству, приведшие к открытию так называемого эффекта Томсона — переноса теплоты электрическим током; исследования по теории упругости (1862—1863), в которых Томсон расширил теорию шаровых функций; работы по динамической геологии.

В практической физике и технике Томсону принадлежит изобретение или улучшение многих инструментов, вошедших во всеобщее употребление в науке и технике, в частности зеркального гальванометра, ондулятора с сифонной подачей чернил, квадрантного и абсолютного электрометров, нормального элемента компаса, лота и множества технических измерительных электрических приборов, включая ампер-весы, применяемые для выверки электрических приборов. Среди множества патентов, оформленных Томсоном, встречаются таковые и на чисто практические приспособления (как, например, на водопроводные краны).

Из книг, изданных Томсоном, наибольшей известностью пользуется «Treatise on natural philosophy» (т. 1, вместе с Тэтом, 3-е изд. в 1883 году, нем. перевод под ред. Гельмгольца), где содержится блестящее изложение механических основ теоретической физики.

Статьи Томсона перепечатаны в его «Reprints of papers on electrostatic and magnetism» (1872), «Mathematical and physical papers» (1882—1883) и «Popular lectures and adresses».

Две статьи Томсона — «Elasticity» и «Heat» — были помещены в «Encyclopedia Britannica» (1880).

Критика теории эволюции

Уильям Томсон известен как критик теории эволюции в биологии. На основе расчёта возраста Солнца, в котором, по его мнению, протекают химические процессы горения, являющиеся источником энергии, Томсон указал на недостаточность исторического времени для того, чтобы эволюция животного мира привела к современному состоянию. Открытие в 1903 году закона, связывающего высвобождение тепловой энергии с радиоактивным распадом, не побудило его изменить собственные оценки возраста Солнца. Возраст Земли оценивался им в 20—40 млн лет.

Память

• 20 февраля 1908 года британским обществом Institution of Engineering and Technology (IET) была учреждена ежегодная Кельвиновская лекция. Первоначально лекции фокусировались на аспектах работ самого Томсона, но начиная с 1920 года темы лекций стали охватывать более широкий спектр вопросов.
• В честь лорда Кельвина названа одна из семи основных единиц СИ — единица термодинамической температуры Кельвин (русское обозначение: К; международное: K).

См. также

• Задача Кельвина о разбиении пространства на многогранники с минимальной площадью граней
• Уравнение вихря
• Механизм Кельвина — Гельмгольца
• Мост Кельвина
• Неустойчивость Кельвина — Гельмгольца
• Преобразование Кельвина
• Теоремы Кельвина
• Функции Кельвина

Литература

на русском языке

• Новиков Н.Б. 1000 аналогий, изменивших науку (новый взгляд на гениальность) (рус.). — М., 2010. — 878 с.
• Хал Хеллман. Глава 6. Лорд Кельвин против геологов и биологов: Возраст Земли // Великие противостояния в науке. Десять самых захватывающих диспутов = Great Feuds in Science: Ten of the Liveliest Disputes Ever. — М.: Диалектика, 2007. — С. 320. — ISBN 0-471-35066-4.
• Храмов Ю. А. Томсон (Кельвин) Уильям (Thomson William, Baron Kelvin) // Физики : Биографический справочник / Под ред. А. И. Ахиезера. — Изд. 2-е, испр. и доп. — М. : Наука, 1983. — С. 263. — 400 с. — 200 000 экз.
• Томсон, Вильям // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.

на других языках

• K. L. Aplin, R. G. Harrison. Lord Kelvin's atmospheric electricity measurements (англ.). — 2013. — arXiv:1305.5347.
• Robert Kargon and Peter Achinstein. Kelvin’s Baltimore Lectures and Modern Theoretical Physics: historical and philosophical perspectives. — Cambridge, Massachusetts: MIT Press, 1987. — ISBN 0-262-11117-9.

Ссылки

• Уильям Томсон, лорд Кельвин, король викторианской физики
• Электричество из воды — капельный генератор Кельвина.
• John Munro. Heroes of the Telegraph (текст из проекта «Гутенберг») (англ.)
• Юмористический сайт, посвящённый почитанию лорда Кельвина (англ.)
• William Thomson: king of Victorian physics at Institute of Physics website (англ.)
• Hasok Chang, Sang Wook Yi. Measuring the Absolute: William Thomson and Temperature (PDF) (англ.)