Early life

William Thomson oli seitsenlapsisen perheen neljäs lapsi. Hänen äitinsä kuoli, kun hän oli kuusivuotias. Hänen isänsä, James Thomson, jotka oli oppikirja kirjailija, opetti matematiikkaa, ensin Belfastissa ja myöhemmin professori yliopistossa Glasgow; hän opetti pojilleen viimeisimmän matematiikan, joista suuri osa ei ollut vielä tullut osa Britannian yliopiston opetussuunnitelmaan. Epätavallisen läheinen suhde hallitsevan isän ja alistuvan pojan välillä oli omiaan kehittämään Williamin poikkeuksellista mieltä.

10-vuotias William ja hänen 11-vuotias veljensä James kirjoittivat ylioppilaaksi Glasgow ’ n yliopistosta vuonna 1834. Siellä William otettiin käyttöön edistyneen ja kiistanalaisen ajattelun Jean-Baptiste-Joseph Fourier, kun yksi Thomson professorit lainasi hänelle Fourier ’ s pathbreaking book analyyttinen teoria Heat, joka soveltaa abstrakteja matemaattisia tekniikoita tutkimuksen lämmön virtaus kautta mitään kiinteää esinettä. Thomsonin kaksi ensimmäistä julkaistua artikkelia, jotka ilmestyivät hänen ollessaan 16-ja 17-vuotias, puolustivat Fourier ’ n työtä, joka oli tuolloin brittiläisten tutkijoiden hyökkäyksen kohteena. Thomson oli ensimmäinen, joka edisti ajatusta, että Fourier ’ n matematiikkaa, vaikka sitä sovellettaisiinkin yksinomaan lämmön virtaukseen, voitaisiin käyttää muiden energiamuotojen tutkimuksessa—olipa kyse liikkeessä olevista nesteistä tai sähköstä, joka virtaa johtimen läpi.

Thomson voitti monia Glasgow ’ n yliopiston palkintoja, ja 15-vuotiaana hän voitti kultamitalin teoksestaan ”An Essay on the Figure of the Earth”, jossa hän osoitti poikkeuksellista matemaattista kykyä. Tämä essee, erittäin alkuperäinen sen analyysi, toimi lähde tieteellisten ajatusten Thomson koko hänen elämänsä. Hän konsultoi esseetä viimeksi vain muutama kuukausi ennen kuolemaansa 83-vuotiaana.

Thomson tuli Cambridge vuonna 1841 ja otti Ba aste neljä vuotta myöhemmin korkea aateliset. Vuonna 1845 hän sai jäljennöksen George Greenin An Essay on the Application of Mathematical Analysis to Theories of Electricity and Magnetism. Tämä työ ja Fourier ’ s teos olivat komponentteja, joista Thomson muotoinen hänen maailmankatsomuksensa ja jotka auttoivat häntä luomaan hänen uraauurtava synteesi matemaattinen suhde sähkön ja lämmön. Valmistuttuaan Cambridgessa Thomson lähti Pariisiin, jossa hän työskenteli fyysikko ja kemisti Henri-Victor Regnaultin laboratoriossa saadakseen käytännön kokeellista osaamista täydentääkseen teoreettista opetustaan.

Glasgow ’ n yliopiston luonnonfilosofian (myöhemmin fysiikan) oppituoli vapautui vuonna 1846. Thomson isä sitten asennettu huolellisesti suunniteltu ja energinen kampanja on hänen poikansa nimetty kantaa, ja iässä 22 William oli yksimielisesti valittu siihen. Huolimatta blandishments osoitteesta Cambridge, Thomson pysyi Glasgow, loput uransa. Hän erosi hänen yliopiston johdolla vuonna 1899, iässä 75, kun 53 vuotta hedelmällistä ja onnellinen yhdessä toimielimen. Hän sanoi tehneensä tilaa nuoremmille miehille.

Thomsonin tieteellistä työtä ohjasi vakaumus siitä, että erilaiset ainetta ja energiaa käsittelevät teoriat lähentyivät kohti yhtä suurta, yhtenäistä teoriaa. Hän pyrki yhtenäiseen teoriaan, vaikka epäilikin sen olevan saavutettavissa hänen elinaikanaan tai koskaan. Thomsonin vakaumuksen perustana oli kokeista saatu kumulatiivinen vaikutelma, joka osoittaa energiamuotojen keskinäisen vuorovaikutuksen. 1800-luvun puolivälissä oli osoitettu, että magnetismi ja sähkö, sähkömagnetismi ja valo liittyivät toisiinsa, ja Thomson oli osoittanut matemaattisella analogialla, että hydrodynaamisten ilmiöiden ja johtojen läpi virtaavan sähkövirran välillä oli yhteys. James Prescott Joule väitti myös, että mekaanisen liikkeen ja lämmön välillä oli suhde, ja hänen ideastaan tuli perusta termodynamiikan tieteelle.

vuonna 1847 British Association for the Advancement of Science-järjestön kokouksessa Thomson kuuli ensimmäistä kertaa Joulen teorian lämmön ja liikkeen transconvertibilitysta. Joulen teoria oli ristiriidassa sen ajan hyväksytyn tiedon kanssa, jonka mukaan lämpö oli imponderable substance (caloric) ja ei voinut olla, kuten Joule väitti, liikkeen muoto. Thomson oli tarpeeksi ennakkoluuloton keskustellakseen Joulen kanssa uuden teorian vaikutuksista. Vaikka Thomson ei tuolloin voinut hyväksyä Joulen ajatusta, hän oli valmis pidättämään tuomion, varsinkin kun lämmön ja mekaanisen liikkeen suhde sopi hänen omaan näkemykseensä voiman syistä. Vuoteen 1851 mennessä Thomson pystyi antamaan julkisen tunnustuksen Joulen teorialle sekä varovaisen kannatuksen eräässä merkittävässä matemaattisessa translitteratiossa, ”on the Dynamical Theory of Heat.”Thomsonin essee sisälsi hänen versionsa termodynamiikan toisesta laista, joka oli merkittävä askel kohti tieteellisten teorioiden yhdistymistä.

Thomsonin työ sähkön ja magnetismin parissa alkoi myös hänen opiskeluaikanaan Cambridgessa. Kun paljon myöhemmin, James Clerk Maxwell päätti toteuttaa tutkimuksen magnetism ja sähkön, hän luki kaikki Thomson ’ s papers aiheesta ja hyväksyi Thomson hänen mentorinsa. Maxwell kehitti monumentaalisen sähkömagneettisen valoteoriansa, joka lienee 1800-luvun tieteen merkittävin saavutus. Tämä teoria sai alkunsa Thomsonin työstä, ja Maxwell myönsi auliisti velkansa.

Thomsonin panos 1800-luvun tieteelle oli moninainen. Hän eteni ajatuksia Michael Faraday, Fourier, Joule, ja muut. Matemaattisen analyysin avulla Thomson teki yleistyksiä kokeellisista tuloksista. Hän muotoili käsitteen, joka oli yleistettävä dynaamiseksi energiateoriaksi. Hän teki myös yhteistyötä useiden aikansa johtavien tiedemiesten, muun muassa Sir George Gabriel Stokesin, Hermann von Helmholtzin, Peter Guthrie Taitin ja Joulen kanssa. Näiden kumppanien, hän eteni rajat tieteen useilla aloilla, erityisesti hydrodynamics. Lisäksi Thomson sai alkunsa matemaattisesta analogiasta kiinteiden kappaleiden lämmön virtauksen ja johtimien sähkön virtauksen välillä.

Thomsonin sekaantuminen kiistaan Atlantin ylittävän kaapelin laskemisen toteutettavuudesta muutti hänen ammattimaisen työnsä kulkua. Hänen työnsä hankkeessa alkoi vuonna 1854, kun Stokes, elinikäinen kirjeenvaihtaja tieteellisissä asioissa, pyysi teoreettista selitystä näennäisestä viiveestä sähkövirrassa, joka kulkee pitkän kaapelin kautta. Vastauksessaan Thomson viittasi varhaiseen tutkielmaansa” on the Uniform Motion of Heat in Homogenic Solid Bodies, and its Connexion with the Mathematical Theory of Electricity ” (1842). Thomsonin ajatus lämpövirran ja sähkövirran välisestä matemaattisesta analogiasta toimi hyvin hänen analyysissään, joka käsitteli lennätinviestien lähettämisen ongelmaa suunnitellun 4 800 kilometrin pituisen kaapelin kautta. Hänen yhtälöt kuvataan virtaus lämmön kautta kiinteä Lanka osoittautunut sovellettavissa kysymyksiin nopeus, nykyinen kaapeli.

Thomsonin stokesille antaman vastauksen julkaiseminen sai Atlantic Telegraph Companyn sähköasentajan E. O. W. Whitehousen kumoamaan väitteen. Whitehouse väitti, että käytännön kokemus kumosi Thomsonin teoreettiset havainnot, ja jonkin aikaa Whitehousen näkemys vallitsi yhtiön johtajien keskuudessa. Erimielisyyksistään huolimatta Thomson osallistui pääkonsulttina vaarallisiin varhaisiin kaapelinlaskuretkiin. Vuonna 1858 Thomson patentoi peiligalvanometriksi kutsutun lennätinvastaanottimensa käytettäväksi Atlantin kaapelilla. (Laitetta ja sen myöhempää muunnosta, jota kutsuttiin sifoninauhuriksi, alettiin käyttää suurimmassa osassa maailmanlaajuista merikaapeliverkostoa.) Lopulta the Atlantic Telegraph Companyn johtajat antoivat whitehouselle potkut, hyväksyivät Thomsonin ehdotukset kaapelin suunnittelusta ja päättivät peiligalvanometrin hyväksi. Kuningatar Viktoria aateloi Thomsonin hänen työstään vuonna 1866.