Frühes Leben

William Thomson war das vierte Kind in einer siebenköpfigen Familie. Seine Mutter starb, als er sechs Jahre alt war. Sein Vater, James Thomson, Wer war ein Lehrbuchautor, lehrte Mathematik, zuerst in Belfast und später als Professor an der University of Glasgow; Er lehrte seine Söhne die neueste Mathematik, von denen viele noch nicht Teil des Lehrplans der britischen Universität geworden waren. Eine ungewöhnlich enge Beziehung zwischen einem dominanten Vater und einem unterwürfigen Sohn diente dazu, Williams außergewöhnlichen Geist zu entwickeln.William, 10 Jahre alt, und sein Bruder James, 11 Jahre alt, immatrikulierten sich 1834 an der University of Glasgow. Dort wurde William in das fortgeschrittene und kontroverse Denken von Jean-Baptiste-Joseph Fourier eingeführt, als einer von Thomsons Professoren ihm Fouriers wegweisendes Buch The Analytical Theory of Heat verlieh, das abstrakte mathematische Techniken auf das Studium des Wärmeflusses durch jedes feste Objekt anwandte. Thomsons erste beiden veröffentlichten Artikel, die erschienen, als er 16 und 17 Jahre alt war, waren eine Verteidigung von Fouriers Arbeit, die dann von britischen Wissenschaftlern angegriffen wurde. Thomson war der erste, der die Idee förderte, dass Fouriers Mathematik, obwohl sie ausschließlich auf den Wärmefluss angewendet wurde, bei der Untersuchung anderer Energieformen verwendet werden könnte — ob Flüssigkeiten in Bewegung oder Elektrizität, die durch einen Draht fließt.Thomson gewann viele Universitätspreise in Glasgow, und im Alter von 15 Jahren gewann er eine Goldmedaille für „Ein Essay über die Figur der Erde“, in dem er außergewöhnliche mathematische Fähigkeiten zeigte. Dieser in seiner Analyse sehr originelle Aufsatz diente Thomson zeitlebens als Quelle wissenschaftlicher Ideen. Er konsultierte den Aufsatz zuletzt wenige Monate vor seinem Tod im Alter von 83 Jahren.

Thomson trat 1841 in Cambridge ein und erwarb vier Jahre später einen Bachelor-Abschluss mit Auszeichnung. 1845 erhielt er eine Kopie von George Green’s Ein Essay über die Anwendung der mathematischen Analyse auf die Theorien von Elektrizität und Magnetismus. Diese Arbeit und Fouriers Buch waren die Komponenten, aus denen Thomson seine Weltanschauung formte und die ihm halfen, seine bahnbrechende Synthese der mathematischen Beziehung zwischen Elektrizität und Wärme zu schaffen. Nach seinem Abschluss in Cambridge ging Thomson nach Paris, wo er im Labor des Physikers und Chemikers Henri-Victor Regnault arbeitete, um praktische experimentelle Kompetenz zu erwerben, um seine theoretische Ausbildung zu ergänzen.Der Lehrstuhl für Naturphilosophie (später Physik genannt) an der Universität Glasgow wurde 1846 vakant. Thomsons Vater führte dann eine sorgfältig geplante und energische Kampagne durch, um seinen Sohn in die Position zu berufen, und im Alter von 22 Jahren wurde William einstimmig dazu gewählt. Trotz seiner Erfolge in Cambridge blieb Thomson für den Rest seiner Karriere in Glasgow. Er trat seinen Lehrstuhl in 1899, im Alter von 75, nach 53 Jahren eine fruchtbare und glückliche Verbindung mit der Institution. Er machte Platz, er sagte, für jüngere Männer.Thomsons wissenschaftliche Arbeit wurde von der Überzeugung geleitet, dass die verschiedenen Theorien, die sich mit Materie und Energie befassten, zu einer großen, einheitlichen Theorie konvergierten. Er verfolgte das Ziel einer einheitlichen Theorie, obwohl er bezweifelte, dass es zu seinen Lebzeiten oder jemals erreichbar war. Die Grundlage für Thomsons Überzeugung war der kumulative Eindruck, der aus Experimenten gewonnen wurde, die die Wechselbeziehung von Energieformen zeigten. Bis zur Mitte des 19.Jahrhunderts war gezeigt worden, dass Magnetismus und Elektrizität, Elektromagnetismus und Licht verwandt waren, und Thomson hatte durch mathematische Analogie gezeigt, dass es eine Beziehung zwischen hydrodynamischen Phänomenen und einem elektrischen Strom gab, der durch Drähte fließt. James Prescott Joule behauptete auch, dass es eine Beziehung zwischen mechanischer Bewegung und Wärme gebe, und seine Idee wurde zur Grundlage für die Wissenschaft der Thermodynamik.

1847 hörte Thomson auf einem Treffen der British Association for the Advancement of Science erstmals Joules Theorie über die Interkonvertibilität von Wärme und Bewegung. Joules Theorie widersprach dem damals akzeptierten Wissen, dass Wärme eine unwägbare Substanz (kalorisch) war und nicht, wie Joule behauptete, eine Form der Bewegung sein konnte. Thomson war aufgeschlossen genug, um mit Joule die Implikationen der neuen Theorie zu diskutieren. Zu der Zeit, obwohl er Joules Idee nicht akzeptieren konnte, war Thomson bereit, ein Urteil zu behalten, zumal die Beziehung zwischen Wärme und mechanischer Bewegung in seine eigene Sichtweise der Ursachen der Kraft passte. Von 1851 Thomson war in der Lage, die öffentliche Anerkennung zu Joule-Theorie, zusammen mit einer vorsichtigen Billigung in einem großen mathematischen Abhandlung, „Über die Dynamische Theorie der Wärme.“ Thomsons Aufsatz enthielt seine Version des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik, der ein wichtiger Schritt zur Vereinheitlichung wissenschaftlicher Theorien war.

Thomsons Arbeit über Elektrizität und Magnetismus begann ebenfalls während seiner Studienzeit in Cambridge. Als James Clerk Maxwell viel später beschloss, Magnetismus und Elektrizität zu erforschen, las er alle Arbeiten von Thomson zu diesem Thema und nahm Thomson als seinen Mentor an. Maxwell — in seinem Versuch, alles zu synthetisieren, was über die Wechselbeziehung von Elektrizität, Magnetismus und Licht bekannt war – entwickelte seine monumentale elektromagnetische Theorie des Lichts, wahrscheinlich die bedeutendste Errungenschaft der Wissenschaft des 19. Diese Theorie hatte ihren Ursprung in Thomsons Arbeit, und Maxwell erkannte seine Schuld bereitwillig an.

Thomsons Beiträge zur Wissenschaft des 19.Jahrhunderts waren vielfältig. Er förderte die Ideen von Michael Faraday, Fourier, Joule und anderen. Mit mathematischer Analyse, Thomson zog Verallgemeinerungen aus experimentellen Ergebnissen. Er formulierte das Konzept, das in die dynamische Theorie der Energie verallgemeinert werden sollte. Er arbeitete auch mit einer Reihe führender Wissenschaftler dieser Zeit zusammen, darunter Sir George Gabriel Stokes, Hermann von Helmholtz, Peter Guthrie Tait und Joule. Mit diesen Partnern erweiterte er die Grenzen der Wissenschaft in mehreren Bereichen, insbesondere in der Hydrodynamik. Darüber hinaus entstand Thomson die mathematische Analogie zwischen dem Wärmefluss in festen Körpern und dem Elektrizitätsfluss in Leitern.

Thomsons Beteiligung an einer Kontroverse über die Machbarkeit der Verlegung eines transatlantischen Kabels veränderte den Verlauf seiner beruflichen Arbeit. Seine Arbeit an dem Projekt begann 1854, als Stokes, ein lebenslanger Korrespondent für wissenschaftliche Angelegenheiten, um eine theoretische Erklärung der scheinbaren Verzögerung eines elektrischen Stroms bat, der durch ein langes Kabel fließt. In seiner Antwort verwies Thomson auf sein frühes Papier „Über die gleichmäßige Bewegung der Wärme in homogenen Festkörpern und ihre Verbindung mit der mathematischen Theorie der Elektrizität“ (1842). Thomsons Idee über die mathematische Analogie zwischen Wärmestrom und elektrischem Strom funktionierte gut in seiner Analyse des Problems des Sendens von Telegraphenbotschaften durch das geplante 3.000 Meilen (4.800 km) lange Kabel. Seine Gleichungen, die den Wärmefluss durch einen festen Draht beschreiben, erwiesen sich als anwendbar auf Fragen zur Geschwindigkeit eines Stroms in einem Kabel.Die Veröffentlichung von Thomsons Antwort auf Stokes veranlasste E.O.W. Whitehouse, den Chefelektriker der Atlantic Telegraph Company, zu einer Widerlegung. Whitehouse behauptete, dass praktische Erfahrungen Thomsons theoretische Erkenntnisse widerlegten, und eine Zeit lang setzte sich Whitehouses Ansicht bei den Direktoren des Unternehmens durch. Trotz ihrer Meinungsverschiedenheiten nahm Thomson als Chefberater an den gefährlichen frühen Kabelverlegungsexpeditionen teil. Im Jahr 1858 patentierte Thomson seinen Telegraphenempfänger, genannt Spiegelgalvanometer, für den Einsatz auf dem Atlantikkabel. (Das Gerät, zusammen mit seiner späteren Modifikation namens Siphon Recorder, wurde auf dem größten Teil des weltweiten Netzwerks von Unterseekabeln verwendet. Schließlich entließen die Direktoren der Atlantic Telegraph Company Whitehouse, nahmen Thomsons Vorschläge für das Design des Kabels an und entschieden sich für das Spiegelgalvanometer. Thomson wurde 1866 von Königin Victoria für seine Arbeit zum Ritter geschlagen.