Tidigt liv
William Thomson var det fjärde barnet i en familj på sju. Hans mor dog när han var sex år gammal. Hans far, James Thomson, som var en lärobok författare, undervisade i matematik, först i Belfast och senare som professor vid University of Glasgow; han undervisade sina söner den senaste matematik, varav en stor del ännu inte hade blivit en del av British university läroplan. Ett ovanligt nära förhållande mellan en dominerande far och en undergiven son tjänade till att utveckla Williams extraordinära sinne.William, 10 år, och hans bror James, 11 år, studerade vid University of Glasgow 1834. Där introducerades William till Jean-Baptiste-Joseph Fouriers avancerade och kontroversiella tänkande när en av Thomsons professorer lånade honom Fouriers banbrytande bok The Analytical Theory of Heat, som tillämpade abstrakta matematiska tekniker för att studera värmeflöde genom något fast föremål. Thomsons första två publicerade artiklar, som dök upp när han var 16 och 17 år, var ett försvar för Fouriers arbete, som sedan attackerades av brittiska forskare. Thomson var den första som främjade tanken att Fouriers matematik, även om den endast tillämpades på värmeflödet, kunde användas i studien av andra former av energi—vare sig vätskor i rörelse eller elektricitet som strömmar genom en tråd.Thomson vann många universitetsutmärkelser i Glasgow, och vid 15 års ålder vann han en guldmedalj för ”en uppsats om jordens figur”, där han uppvisade exceptionell matematisk förmåga. Den uppsatsen, mycket original i sin analys, fungerade som en källa till vetenskapliga tankar för Thomson under hela sitt liv. Han konsulterade senast uppsatsen bara några månader innan han dog vid 83 års ålder.Thomson gick in i Cambridge 1841 och tog en BA-examen fyra år senare med höga utmärkelser. 1845 fick han en kopia av George Green ’ s en uppsats om tillämpningen av matematisk analys på teorierna om elektricitet och Magnetism. Det arbetet och Fouriers bok var de komponenter från vilka Thomson formade sin världsbild och som hjälpte honom att skapa sin banbrytande syntes av det matematiska förhållandet mellan el och värme. Efter att ha avslutat i Cambridge åkte Thomson till Paris, där han arbetade i fysikern och kemisten Henri-Victor Regnaults laboratorium för att få praktisk experimentell kompetens för att komplettera sin teoretiska utbildning.
ordföranden för naturfilosofi (senare kallad fysik) vid University of Glasgow blev ledig 1846. Thomsons far monterade sedan en noggrant planerad och energisk kampanj för att få sin son namngiven till positionen, och vid 22 års ålder valdes William enhälligt till den. Trots blandishments från Cambridge stannade Thomson kvar i Glasgow resten av sin karriär. Han avgick sin universitetsstol 1899, vid 75 års ålder, efter 53 år av en fruktbar och lycklig förening med Institutionen. Han gjorde plats, han sa, för yngre män.Thomsons vetenskapliga arbete styrdes av övertygelsen att de olika teorierna som handlade om Materia och energi konvergerade mot en stor, enhetlig teori. Han eftersträvade målet om en enhetlig teori trots att han tvivlade på att den var uppnåelig under hans livstid eller någonsin. Grunden för Thomsons övertygelse var det kumulativa intrycket som erhållits från experiment som visar sambandet mellan energiformer. I mitten av 19-talet hade det visat sig att magnetism och elektricitet, elektromagnetism, och ljus var relaterade, och Thomson hade visat genom matematisk analogi att det fanns ett samband mellan hydrodynamiska fenomen och en elektrisk ström som strömmar genom ledningar. James Prescott Joule hävdade också att det fanns ett samband mellan mekanisk rörelse och värme, och hans ide blev grunden för vetenskapen om termodynamik.1847, vid ett möte i British Association for the Advancement of Science, hörde Thomson först joules teori om interconvertibility av värme och rörelse. Joule teori gick mot tidens accepterade kunskap, vilket var att värme var ett otänkbart ämne (kaloriskt) och kunde inte, som Joule hävdade, vara en form av rörelse. Thomson var tillräckligt öppen för att diskutera med Joule konsekvenserna av den nya teorin. Vid den tiden, även om han inte kunde acceptera Joules ide, var Thomson villig att reservera dom, särskilt eftersom förhållandet mellan värme och mekanisk rörelse passar in i hans egen syn på orsakerna till våld. År 1851 kunde Thomson ge offentligt erkännande till Joules teori, tillsammans med en försiktig godkännande i en stor matematisk avhandling, ”On the Dynamical Theory of Heat.”Thomsons uppsats innehöll hans version av termodynamikens andra lag, som var ett stort steg mot enande av vetenskapliga teorier.Thomsons arbete med elektricitet och magnetism började också under hans studentdagar i Cambridge. När James Clerk Maxwell mycket senare bestämde sig för att bedriva forskning inom magnetism och elektricitet, läste han alla Thomsons artiklar om ämnet och antog Thomson som sin mentor. Maxwell—i sitt försök att syntetisera allt som var känt om sambandet mellan elektricitet, magnetism och ljus-utvecklade sin monumentala elektromagnetiska teori om ljus, förmodligen den viktigaste prestationen av 19th century science. Denna teori hade sin uppkomst i Thomsons arbete, och Maxwell erkände lätt sin skuld.Thomsons bidrag till 19th century science var många. Han avancerade ideerna om Michael Faraday, Fourier, Joule och andra. Med hjälp av matematisk analys drog Thomson generaliseringar från experimentella resultat. Han formulerade konceptet som skulle generaliseras till den dynamiska teorin om energi. Han samarbetade också med ett antal ledande forskare av tiden, bland dem Sir George Gabriel Stokes, Hermann von Helmholtz, Peter Guthrie Tait och Joule. Med dessa partners avancerade han vetenskapens gränser inom flera områden, särskilt hydrodynamik. Dessutom har Thomson sitt ursprung i den matematiska analogin mellan flödet av värme i fasta kroppar och flödet av elektricitet i Ledare.
Thomsons engagemang i en kontrovers om möjligheten att lägga en transatlantisk kabel förändrade hans professionella arbete. Hans arbete med projektet började 1854 när Stokes, en livslång korrespondent i vetenskapliga frågor, bad om en teoretisk förklaring av den uppenbara fördröjningen i en elektrisk ström som passerar genom en lång kabel. I sitt svar hänvisade Thomson till sitt tidiga papper” om enhetlig rörelse av värme i homogena fasta kroppar och dess koppling till matematisk teori om elektricitet ” (1842). Thomsons uppfattning om den matematiska analogin mellan värmeflöde och elektrisk ström fungerade bra i hans analys av problemet med att skicka telegrafmeddelanden genom den planerade 3000 mil (4800 km) kabeln. Hans ekvationer som beskriver värmeflödet genom en fast tråd visade sig vara tillämpliga på frågor om hastigheten hos en ström i en kabel.publiceringen av Thomsons svar på Stokes föranledde en motbevisning av E. O. W. Whitehouse, Atlantic Telegraph Company: s chefelektriker. Whitehouse hävdade att praktisk erfarenhet motbevisade Thomsons teoretiska resultat, och under en tid rådde Whitehouses syn hos företagets direktörer. Trots deras oenighet deltog Thomson som chefskonsult i de farliga tidiga kabelläggningsexpeditionerna. 1858 patenterade Thomson sin telegrafmottagare, kallad en spegelgalvanometer, för användning på Atlantkabeln. (Enheten, tillsammans med hans senare modifiering kallad sifoninspelaren, kom att användas på det mesta av det globala nätverket av ubåtskablar.) Så småningom avskedade direktörerna för Atlantic Telegraph Company Whitehouse, antog Thomsons förslag till design av kabeln och beslutade till förmån för spegelgalvanometern. Thomson adlades 1866 av drottning Victoria för sitt arbete.