Wczesne życie

William Thomson był czwartym dzieckiem w siedmioosobowej rodzinie. Jego matka zmarła, gdy miał sześć lat. Jego ojciec, James Thomson, który był pisarzem podręczników, nauczał matematyki, najpierw w Belfaście, a później jako profesor na Uniwersytecie w Glasgow; nauczał swoich synów najnowszej matematyki, z których wiele nie stało się jeszcze częścią programu nauczania brytyjskiego Uniwersytetu. Niezwykle bliskie relacje między dominującym ojcem a uległym synem przyczyniły się do rozwoju niezwykłego umysłu Williama.

William, lat 10, i jego brat James, lat 11, matricululed na Uniwersytecie w Glasgow w 1834 roku. William został wprowadzony do zaawansowanego i kontrowersyjnego myślenia Jean-Baptiste-Josepha Fouriera, gdy jeden z profesorów Thomsona pożyczył mu przełomową książkę Fouriera the Analytical Theory of Heat, która zastosowała abstrakcyjne techniki matematyczne do badania przepływu ciepła przez dowolny obiekt stały. Pierwsze dwa opublikowane artykuły Thomsona, które ukazały się w wieku 16 i 17 lat, były obroną pracy Fouriera, która była wówczas atakowana przez brytyjskich naukowców. Thomson był pierwszym, który propagował ideę, że matematyka Fouriera, choć stosowana wyłącznie do przepływu ciepła, może być wykorzystana w badaniu innych form energii – czy to płynów w ruchu, czy elektryczności przepływającej przez przewód.

Thomson zdobył wiele nagród uniwersyteckich w Glasgow, a w wieku 15 lat zdobył złoty medal za „esej o figurze ziemi”, w którym wykazał się wyjątkowymi zdolnościami matematycznymi. Esej ten, bardzo oryginalny w swojej analizie, przez całe życie służył Thomsonowi jako źródło naukowych pomysłów. Ostatni raz konsultował się z esejem kilka miesięcy przed śmiercią w wieku 83 lat.

Thomson wstąpił do Cambridge w 1841 roku i cztery lata później uzyskał tytuł B. A. z wysokim wyróżnieniem. W 1845 otrzymał kopię eseju George ’ a Greena na temat zastosowania analizy matematycznej do teorii elektryczności i magnetyzmu. Praca ta i książka Fouriera były elementami, z których Thomson ukształtował swój światopogląd i które pomogły mu stworzyć jego pionierską syntezę matematycznej zależności między elektrycznością a ciepłem. Po ukończeniu studiów w Cambridge, Thomson wyjechał do Paryża, gdzie pracował w laboratorium fizyka i chemika Henri-Victora Regnaulta, aby zdobyć praktyczne kompetencje eksperymentalne uzupełniające jego teoretyczną edukację.

Katedra filozofii naturalnej (później zwanej fizyką) na Uniwersytecie w Glasgow została zwolniona w 1846 roku. Ojciec Thomsona przeprowadził następnie starannie zaplanowaną i energiczną kampanię, aby powołać na to stanowisko syna, a w wieku 22 lat William został jednogłośnie wybrany na to stanowisko. Pomimo słabych wyników z Cambridge, Thomson pozostał w Glasgow do końca swojej kariery. Zrezygnował z Katedry Uniwersyteckiej w 1899 roku, w wieku 75 lat, po 53 latach owocnego i szczęśliwego związku z tą instytucją. Mówił, że robił miejsce dla młodszych mężczyzn.

praca naukowa Thomsona opierała się na przekonaniu, że różne teorie dotyczące materii i energii zbiegają się w kierunku jednej wielkiej, Zjednoczonej teorii. Dążył do celu jednolitej teorii, chociaż wątpił, że jest ona osiągalna za jego życia lub kiedykolwiek. Podstawą przekonania Thomsona było skumulowane wrażenie uzyskane z eksperymentów pokazujących wzajemne powiązania form energii. W połowie XIX wieku wykazano, że magnetyzm i elektryczność, elektromagnetyzm i światło są ze sobą powiązane, a Thomson wykazał przez matematyczną analogię, że istnieje związek między zjawiskami hydrodynamicznymi a prądem elektrycznym przepływającym przez przewody. James Prescott Joule twierdził również, że istnieje związek między ruchem mechanicznym a ciepłem, a jego pomysł stał się podstawą nauki o termodynamice.

w 1847 roku, na spotkaniu British Association for the Advancement of Science, Thomson po raz pierwszy usłyszał teorię Joule ’ a o interkonwersywności ciepła i ruchu. Teoria Joule ’ a była sprzeczna z przyjętą wówczas wiedzą, że ciepło jest substancją nie do zniesienia (kaloryczną) i nie może być, jak twierdził Joule, formą ruchu. Thomson był na tyle otwarty, aby przedyskutować z Joule ’ em implikacje nowej teorii. W tym czasie, choć nie mógł zaakceptować idei Joule ’ a, Thomson był skłonny zachować osąd, zwłaszcza że związek między ciepłem a ruchem mechanicznym pasował do jego własnego poglądu na przyczyny Siły. W 1851 Thomson był w stanie publicznie uznać teorię Joule ’ a, wraz z ostrożnym poparciem w głównym traktacie matematycznym „On The Dynamical Theory of Heat.”Esej Thomsona zawierał jego wersję drugiej zasady termodynamiki, która była ważnym krokiem w kierunku unifikacji teorii naukowych.

prace Thomsona nad elektrycznością i magnetyzmem rozpoczęły się również w czasach studenckich w Cambridge. Kiedy znacznie później James Clerk Maxwell zdecydował się podjąć badania w dziedzinie magnetyzmu i elektryczności, przeczytał wszystkie prace Thomsona na ten temat i przyjął Thomsona jako swojego mentora. Maxwell-próbując zsyntetyzować wszystko, co było znane na temat współzależności elektryczności, magnetyzmu i światła-opracował monumentalną elektromagnetyczną teorię światła, prawdopodobnie najbardziej znaczące osiągnięcie XIX-wiecznej nauki. Teoria ta miała swoją genezę w pracach Thomsona, a Maxwell łatwo uznał jego dług.

wkładu Thomsona w XIX-wieczną naukę było wiele. Rozwinął idee Michaela Faradaya, Fouriera, Joule ’ a i innych. Korzystając z analizy matematycznej, Thomson wyciągnął uogólnienia z wyników eksperymentalnych. Sformułował koncepcję, która miała być uogólniona na dynamiczną teorię energii. Współpracował również z wieloma czołowymi naukowcami tamtych czasów, wśród nich Sir George Gabriel Stokes, Hermann von Helmholtz, Peter Guthrie Tait i Joule. Wraz z tymi partnerami rozwinął granice nauki w kilku dziedzinach, szczególnie hydrodynamiki. Ponadto Thomson zapoczątkował matematyczną analogię między przepływem ciepła w ciałach stałych a przepływem elektryczności w przewodnikach.

zaangażowanie Thomsona w spór dotyczący możliwości ułożenia kabla transatlantyckiego zmieniło bieg jego pracy zawodowej. Jego praca nad projektem rozpoczęła się w 1854 roku, kiedy Stokes, wieloletni korespondent naukowy, poprosił o teoretyczne wyjaśnienie pozornego opóźnienia prądu elektrycznego przechodzącego przez długi kabel. W swojej odpowiedzi Thomson odniósł się do swojej wczesnej pracy „On The Uniform Motion of Heat in Homogenic Solid Bodies, and its Connexion with the Mathematical Theory of Electricity” (1842). Pomysł Thomsona o matematycznej analogii między przepływem ciepła a prądem elektrycznym dobrze sprawdził się w jego analizie problemu wysyłania wiadomości telegraficznych przez planowany kabel o długości 3000 mil (4800 km). Jego równania opisujące przepływ ciepła przez stały drut okazały się przydatne do pytań o prędkość prądu w kablu.

Publikacja odpowiedzi Thomsona na Stokesa skłoniła E. O. W. Whitehouse ’ a, głównego elektryka Atlantic Telegraph Company. Whitehouse twierdził, że praktyczne doświadczenie obala teoretyczne ustalenia Thomsona i przez pewien czas pogląd Whitehouse ’ a przeważał wśród dyrektorów firmy. Pomimo nieporozumień, Thomson uczestniczył, jako główny konsultant, w niebezpiecznych wczesnych ekspedycjach układania kabli. W 1858 Thomson opatentował swój odbiornik telegraficzny, zwany galwanometrem lustrzanym, do użytku na kablu Atlantyckim. (Urządzenie, wraz z jego późniejszą modyfikacją o nazwie rejestrator syfonu, stało się używane na większości światowej sieci kabli podwodnych.) Ostatecznie dyrektorzy Atlantic Telegraph Company zwolnili Whitehouse ’ a, przyjęli sugestie Thomsona dotyczące projektu kabla i zdecydowali się na galwanometr lustrzany. Thomson został pasowany na rycerza w 1866 roku przez królową Wiktorię za swoją pracę.