Viața timpurie

William Thomson a fost al patrulea copil dintr-o familie de șapte. Mama lui a murit când avea șase ani. Tatăl său, James Thomson, care era scriitor de Manuale, a predat matematica, mai întâi la Belfast și mai târziu ca profesor la Universitatea din Glasgow; și-a învățat fiii cele mai recente matematici, dintre care o mare parte nu devenise încă o parte a curriculum-ului Universității Britanice. O relație neobișnuit de strânsă între un tată dominant și un fiu supus a servit la dezvoltarea minții extraordinare a lui William.William, în vârstă de 10 ani, și fratele său James, în vârstă de 11 ani, s-au înmatriculat la Universitatea din Glasgow în 1834. Acolo William a fost introdus în gândirea avansată și controversată a lui Jean-Baptiste-Joseph Fourier când unul dintre profesorii lui Thomson i-a împrumutat cartea revoluționară a lui Fourier teoria analitică a căldurii, care a aplicat tehnici matematice abstracte la studiul fluxului de căldură prin orice obiect solid. Primele două articole publicate de Thomson, care au apărut la vârsta de 16 și 17 ani, au fost o apărare a operei lui Fourier, care a fost apoi atacată de oamenii de știință britanici. Thomson a fost primul care a promovat ideea că matematica lui Fourier, deși aplicată exclusiv fluxului de căldură, ar putea fi utilizată în studiul altor forme de energie—fie fluide în mișcare, fie electricitate care curge printr-un fir.

Thomson a câștigat multe premii universitare la Glasgow, iar la vârsta de 15 ani a câștigat o medalie de aur pentru „un eseu despre figura Pământului”, în care a prezentat abilități matematice excepționale. Acest eseu, extrem de original în analiza sa, a servit ca sursă de idei științifice pentru Thomson de-a lungul vieții sale. Ultima dată a consultat eseul cu doar câteva luni înainte de a muri la vârsta de 83 de ani.

Thomson a intrat în Cambridge în 1841 și a luat o diplomă de licență patru ani mai târziu, cu onoruri înalte. În 1845 i s-a dat o copie a lui George Green un eseu despre aplicarea analizei matematice la teoriile electricității și magnetismului. Această lucrare și cartea lui Fourier au fost componentele din care Thomson și-a modelat viziunea asupra lumii și care l-au ajutat să-și creeze sinteza de pionierat a relației matematice dintre electricitate și căldură. După ce a terminat la Cambridge, Thomson a plecat la Paris, unde a lucrat în laboratorul fizicianului și chimistului Henri-Victor Regnault pentru a obține competențe experimentale practice pentru a-și completa educația teoretică.

Catedra de filosofie naturală (numită mai târziu fizică) de la Universitatea din Glasgow a rămas vacantă în 1846. Tatăl lui Thomson a organizat apoi o campanie atent planificată și energică pentru ca fiul său să fie numit în funcție, iar la vârsta de 22 de ani William a fost ales în unanimitate. În ciuda blandishments de la Cambridge, Thomson a rămas la Glasgow pentru restul carierei sale. A demisionat din catedra universitară în 1899, la vârsta de 75 de ani, după 53 de ani de asociere fructuoasă și fericită cu instituția. El a fost de a face loc, el a spus, pentru bărbați mai tineri.lucrarea științifică a lui Thomson a fost ghidată de convingerea că diferitele teorii care se ocupă de materie și energie convergeau către o mare teorie unificată. El a urmărit scopul unei teorii unificate, chiar dacă se îndoia că este realizabilă în timpul vieții sale sau vreodată. Baza convingerii lui Thomson a fost impresia cumulativă obținută din experimentele care arată interrelația formelor de energie. Până la mijlocul secolului al 19-lea s-a arătat că magnetismul și electricitatea, electromagnetismul și lumina erau legate, iar Thomson a arătat prin analogie matematică că există o relație între fenomenele hidrodinamice și un curent electric care curge prin fire. James Prescott Joule a susținut, de asemenea, că există o relație între mișcarea mecanică și căldură, iar ideea sa a devenit baza științei termodinamicii.

în 1847, la o întâlnire a Asociației Britanice pentru progresul științei, Thomson a auzit prima dată teoria lui Joule despre interconvertibilitatea căldurii și a mișcării. Teoria lui Joule a fost contrară cunoștințelor acceptate ale vremii, care era că căldura era o substanță imponderabilă (calorică) și nu putea fi, așa cum susținea Joule, o formă de mișcare. Thomson a fost suficient de deschis pentru a discuta cu Joule implicațiile noii teorii. La acea vreme, deși nu putea accepta ideea lui Joule, Thomson era dispus să-și rezerve judecata, mai ales că relația dintre căldură și mișcarea mecanică se încadra în propria sa viziune asupra cauzelor forței. Până în 1851 Thomson a reușit să dea recunoaștere publică teoriei lui Joule, împreună cu o aprobare prudentă într-un tratat matematic major, „despre teoria dinamică a căldurii.”Eseul lui Thomson conținea versiunea sa a celei de-a doua legi a termodinamicii, care a fost un pas major spre unificarea teoriilor științifice.

munca lui Thomson în domeniul electricității și magnetismului a început, de asemenea, în timpul studenției sale la Cambridge. Când, mult mai târziu, James Clerk Maxwell a decis să întreprindă cercetări în magnetism și electricitate, a citit toate lucrările lui Thomson pe această temă și l-a adoptat pe Thomson ca mentor al său. Maxwell—în încercarea sa de a sintetiza tot ce se știa despre relația dintre electricitate, magnetism și lumină-și-a dezvoltat monumentala teorie electromagnetică a luminii, probabil cea mai semnificativă realizare a științei secolului 19. Această teorie și-a avut Geneza în opera lui Thomson, iar Maxwell și-a recunoscut cu ușurință datoria.contribuțiile lui Thomson la știința secolului 19 au fost numeroase. El a avansat ideile lui Michael Faraday, Fourier, Joule și alții. Folosind analiza matematică, Thomson a atras generalizări din rezultatele experimentale. El a formulat conceptul care urma să fie generalizat în teoria dinamică a energiei. De asemenea, a colaborat cu un număr de oameni de știință de frunte ai vremii, printre care Sir George Gabriel Stokes, Hermann von Helmholtz, Peter Guthrie Tait, și Joule. Cu acești parteneri, el a avansat frontierele științei în mai multe domenii, în special hidrodinamica. Mai mult, Thomson a creat analogia matematică între fluxul de căldură în corpuri solide și fluxul de electricitate în conductori.

implicarea lui Thomson într-o controversă privind fezabilitatea instalării unui cablu transatlantic a schimbat cursul activității sale profesionale. Lucrarea sa asupra proiectului a început în 1854, când Stokes, un corespondent de-a lungul vieții pe probleme științifice, a cerut o explicație teoretică a întârzierii aparente a unui curent electric care trece printr-un cablu lung. În răspunsul său, Thomson s-a referit la lucrarea sa timpurie „despre mișcarea uniformă a căldurii în corpuri solide omogene și conexiunea acesteia cu teoria matematică a electricității” (1842). Ideea lui Thomson despre analogia matematică dintre fluxul de căldură și curentul electric a funcționat bine în analiza sa a problemei trimiterii mesajelor telegrafice prin cablul planificat de 3.000 de mile (4.800 km). Ecuațiile sale care descriu fluxul de căldură printr-un fir solid s-au dovedit aplicabile întrebărilor despre viteza unui curent într-un cablu.

publicarea răspunsului lui Thomson către Stokes a determinat o respingere a E. O. W. Whitehouse, electricianul șef al Atlantic Telegraph Company. Whitehouse a susținut că experiența practică a respins descoperirile teoretice ale lui Thomson și, pentru o vreme, punctul de vedere al Whitehouse a predominat cu directorii companiei. În ciuda dezacordului lor, Thomson a participat, în calitate de consultant șef, la Expedițiile periculoase timpurii de așezare a cablurilor. În 1858 Thomson și-a brevetat receptorul telegrafic, numit galvanometru oglindă, pentru utilizare pe cablul Atlantic. (Dispozitivul, împreună cu modificarea sa ulterioară numită siphon recorder, a ajuns să fie utilizat pe cea mai mare parte a rețelei mondiale de cabluri submarine.) În cele din urmă, directorii companiei Atlantic Telegraph l-au concediat pe Whitehouse, au adoptat sugestiile lui Thomson pentru proiectarea cablului și au decis în favoarea galvanometrului oglinzii. Thomson a fost cavaler în 1866 de Regina Victoria pentru munca sa.