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 .

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 родился 26 июня 1824 года в Белфасте . Его предки были ирландскими фермерами; отец — , 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 из (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 .

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.

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 , 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 (англ.) ( (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

Примечания

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. : , 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.
• // 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 : .
• Robert Kargon and Peter Achinstein. . — Cambridge, Massachusetts: MIT Press , 1987. — ISBN 0-262-11117-9 .

Ссылки

• .
• (текст из проекта «Гутенберг» ) (англ.)
• (англ.)
• at Institute of Physics website (англ.)
• ( PDF ) (англ.)