William Thomson – Nhà Phát Minh Vĩ Đại Người Scotland

117

“Tôi thường hay bảo rằng khi bạn có thể đong đo cân đếm những điều mà bạn đang nói tới và thể hiện chúng qua những con số tức là bạn đã biết được chút ít gì về điều đó rồi đấy; còn nếu không thể đo, không thể thể hiện điều đó qua những con số, cái mớ mà bạn cho là kiến thức chỉ là những thứ được chấp vá một cách bất mãn; nó có thể là sự khởi đầu của kiến thức, nhưng hầu như trong đầu bạn lại không tiến về khoa học, mặc kệ vấn đề đó là gì.”-Lord Kelvin, 1893, Bài giảng cho Viện Kĩ sư xây dựng, 3/5/1883. 

Tóm tắt cuộc đời

William Thomson, Nam tước Kelvin thứ nhất, OM, GCVO, PC, PRS, FRSE (26 tháng 6 năm 1824 – 17 tháng 12 năm 1907) là một nhà vật lý toán học và kỹ sư người Anh sinh ra ở Belfast. Giáo sư Triết học Tự nhiên tại Đại học Glasgow trong 53 năm, ông đã làm công việc quan trọng trong phân tích toán học về điện và xây dựng các định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động lực học , và đã làm được nhiều việc để thống nhất ngành vật lý mới nổi.ở dạng hiện đại. Ông đã nhận được Huân chương Copley của Hiệp hội Hoàng gia vào năm 1883, là Chủ tịch của Hiệp hội 1890–1895, và năm 1892 là nhà khoa học người Anh đầu tiên được nâng lên làm Hạ viện.

Nhiệt độ tuyệt đối được ghi bằng đơn vị kelvin để vinh danh ông. Trong khi sự tồn tại của một giới hạn thấp hơn nhiệt độ (không tuyệt đối) đã được biết đến trước khi tiến hành nghiên cứu, Kelvin được biết đến với việc xác định giá trị đúng của nó là khoảng -273,15 độ C hoặc -459,67 độ Fahrenheit. Hiệu ứng Joule – Thomson cũng được đặt theo tên của ông.

Ông đã làm việc rất ăn ý với giáo sư toán học Hugh Blackburn trong công việc của mình. Ông đã từng là một kỹ sư điện báo và nhà phát minh, điều này đã khiến giúp cho công chúng biết đến ông và đảm bảo cho ông sự giàu có, danh tiếng và danh dự. Vì tham gia vào trong dự án điện báo xuyên Đại Tây Dương, ông đã được Nữ hoàng Victoria phong tước hiệp sĩ vào năm 1866, trở thành Ngài William Thomson. Ông có nhiều lợi ích về hàng hải và được chú ý nhiều nhất nhờ công trình nghiên cứu la bàn của lính thủy đánh bộ, trước đây vốn có độ tin cậy hạn chế.

Ông được ghi danh vào năm 1892 để ghi nhận những thành tựu của mình trong nhiệt động lực học, và phản đối Quy tắc Nhà của người Ireland, trở thành Nam tước Kelvin, của Largs ở Quận Ayr. Tên ông được dùng để đặt tên cho dòng sông Kelvin, chảy gần phòng thí nghiệm của ông tại nhà Gilmore Hill của Đại học Glasgow ở Hillhead . Mặc dù nhận được nhiều lời mời từ một số trường đại học nổi tiếng thế giới, Kelvin từ chối rời Glasgow, ở lại cho đến khi nghỉ hưu từ chức vụ đó vào năm 1899. Hoạt động tích cực trong nghiên cứu và phát triển công nghiệp, ông được tuyển dụng vào khoảng năm 1899 bởi George Eastman giữ chức phó chủ tịch hội đồng quản trị của công ty Anh Quốc Kodak Limited, liên kết với Eastman Kodak. Năm 1904, ông trở thành Hiệu trưởng Đại học Glasgow.

william thomson
Sông Kelvin

Nhà của ông là lâu đài sa thạch đỏ Netherhall, ở Largs, được ông xây dựng vào những năm 1870 và là nơi ông qua đời. Bảo tàng Hunterian tại Đại học Glasgow tổ chức một cuộc triển lãm thường trực về tác phẩm của Kelvin, bao gồm nhiều giấy tờ gốc, nhạc cụ và các đồ tạo tác khác như ống dẫn.

Đầu đời và công việc

Gia đình

william thomson
Gia đình Thomson: James Thomson (nhà toán học) , James Thomson (kỹ sư) và William Thomson, đều là giáo sư tại Đại học Glasgow ; hai người sau đó, thông qua sự liên kết của họ với William Rankine , một giáo sư khác ở Glasgow, đã làm việc để thành lập một trong những trường phái nhiệt động lực học sáng lập

Cha của William Thomson, James Thomson , là giáo viên toán và kỹ thuật tại Viện hàn lâm Hoàng gia Belfast và là con trai của một nông dân. James Thomson kết hôn với Margaret Gardner vào năm 1817 và, trong số các con của họ, bốn trai và hai gái sống sót từ khi còn nhỏ. Margaret Thomson mất năm 1830 khi William 6 tuổi.

William và anh trai James được cha dạy kèm tại nhà trong khi các cậu bé được dạy kèm bởi chị gái. James dự định sẽ được hưởng lợi từ phần lớn sự động viên, tình cảm và hỗ trợ tài chính của cha mình và được chuẩn bị cho sự nghiệp kỹ sư.

Năm 1832, cha ông được bổ nhiệm làm giáo sư toán học tại Glasgow và gia đình chuyển đến đó vào tháng 10 năm 1833. Những đứa trẻ Thomson được giới thiệu với trải nghiệm quốc tế rộng lớn hơn so với sự nuôi dạy ở nông thôn của cha chúng, sống giữa năm 1839 ở London và các cậu bé được dạy kèm bằng tiếng Pháp ở Paris. Phần lớn cuộc đời của Thomson trong giữa những năm 1840 được dành cho Đức và Hà Lan . Nghiên cứu ngôn ngữ được ưu tiên cao.

Em gái của ông, Anna Thomson, là mẹ của James Thomson Bottomley FRSE (1845–1926).

Tuổi trẻ

Thomson mắc bệnh tim và suýt chết khi mới 9 tuổi. Ông theo học tại Viện hàn lâm Hoàng gia Belfast , nơi cha ông là giáo sư trong khoa đại học, trước khi bắt đầu học tại Đại học Glasgow vào năm 1834 khi mới 10 tuổi, không nằm ngoài bất kỳ sự sơ khai nào; trường đại học cung cấp nhiều cơ sở vật chất của một trường tiểu học cho những học sinh có khả năng, và đây là độ tuổi bắt đầu điển hình.

Ở trường, Thomson tỏ ra rất quan tâm đến các tác phẩm kinh điển cùng với niềm yêu thích tự nhiên của mình đối với các ngành khoa học. Năm 12 tuổi, anh đã giành được giải thưởng vì đã dịch Lucian of Samosata ‘s Dialogues of the Gods từ tiếng Latinh sang tiếng Anh.

Trong năm học 1839-1840, Thomson đã giành được giải thưởng cấp lớp về thiên văn học cho Bài luận về hình Trái đất cho thấy một cơ sở ban đầu để phân tích và sáng tạo Toán học. Gia sư vật lý của ông vào thời điểm này là tên của ông, David Thomson.

Trong suốt cuộc đời của mình, vào những lúc căng thẳng nhất ông thường giải quyết các vấn đề được đặt ra trong bài luận để giải tỏa cho mình. Trên trang tiêu đề của bài viết, Thomson đã viết những dòng sau từ Luận án của Alexander Pope về nhân loại. Những dòng này đã truyền cảm hứng cho Thomson về việc dùng sức mạnh và các phương pháp khoa học để tìm hiểu hiểu thế giới tự nhiên:

Go, wondrous creature! mount where Science guides;

Go measure earth, weigh air, and state the tides;

Instruct the planets in what orbs to run,

Correct old Time, and regulate the sun

(Đi thôi, sinh vật kỳ diệu! gắn kết nơi Khoa học hướng dẫn;

Đi đo đất, cân không khí và xác định thủy triều;

Thứ tự các hành tinh theo quỹ đạo

Chính xác thời gian cũ, và điều tiết mặt trời)

Thomson trở nên hấp dẫn với cuốn Théorie analytique de la chaleur của Fourier và cam kết tự nghiên cứu toán học “Lục địa” được chống lại bởi một cơ sở ở Anh vẫn đang làm việc dưới bóng của Ngài Isaac Newton. Không ngạc nhiên khi công trình của Fourier bị chỉ trích bởi các nhà toán học trong nước, và Philip Kelland đã viết một cuốn sách phê bình. Cuốn sách này đã thúc đẩy Thomson viết bài báo khoa học đầu tiên của mình dưới bút danh P.Q.R. để bảo vệ Fourier và được cha ông gửi cho Tạp chí Toán học Cambridge. Bài báo P.Q.R. thứ hai cũng gần như được gửi ngay sau đó. 

Trong khi đi nghỉ cùng gia đình ở Lamlash vào năm 1841, ông đã viết một bài báo PQR thứ ba, quan trọng hơn là On the uniform motion of heat in homogeneous solid bodies, and its connection with the mathematical theory of electricity (Về chuyển động đều của nhiệt trong các vật rắn đồng nhất, và mối liên hệ của nó với lý thuyết toán học về điện). Trong bài báo, ông đã đưa ra những liên kết bất thường giữa các lý thuyết toán học về sự dẫn nhiệt và tĩnh điện, tương tự như James Clerk Maxwell cuối cùng đã mô tả nó như một trong những ý tưởng hình thành khoa học có giá trị nhất.

Cambridge

Cha của William rất rộng rãi trong việc hỗ trợ việc học hành của con trai mình. Vào năm 1841, ông đã đưa con trai vào Peterhouse, Cambridge, cung cấp cho cậu đầy đủ về chỗ ở và gửi rất nhiều thư giới thiệu. Khi ở Cambridge, Thomson đã hoạt động tích cực trong các môn thể thao, điền kinh và đua thuyền , giành chiến thắng tại Colquhoun Sculls năm 1843. Ông cũng rất quan tâm đến các tác phẩm kinh điển, âm nhạc và văn học; nhưng tình yêu thực sự của cuộc đời trí thức của ông là theo đuổi khoa học. Việc nghiên cứu toán học, vật lý và đặc biệt là điện học đã làm thu hút trí tưởng tượng của ông. Năm 1845 Thomson tốt nghiệp và trở thành Wrangler thứ hai. Ông cũng giành được Giải thưởng Smith’s đầu tiên, không giống như Tripos, đây là một thử nghiệm của nghiên cứu ban đầu. Robert Leslie Ellis , một trong những giám khảo, đã tuyên bố với một giám khảo khác rằng “Bạn và tôi vừa đủ sức để sửa bút cho anh ta”

Năm 1845, ông đưa ra phát triển toán học đầu tiên về ý tưởng của Michael Faraday rằng cảm ứng điện xảy ra thông qua một môi trường can thiệp, hay “chất điện môi”, chứ không phải bởi một “hành động ở khoảng cách xa” khó hiểu. Ông cũng phát minh ra kỹ thuật toán học về hình ảnh điện, trở thành một tác nhân mạnh mẽ trong việc giải quyết các vấn đề về tĩnh điện, ngành khoa học giải quyết các lực giữa các vật mang điện ở trạng thái nghỉ. Một phần để đáp lại sự khuyến khích của ông, Faraday đã tiến hành nghiên cứu vào tháng 9 năm 1845 dẫn đến việc phát hiện ra hiệu ứng Faraday, điều này đã xác định rằng các hiện tượng ánh sáng và từ trường (và do đó là điện) có liên quan với nhau.

Ông được bầu làm đồng tế của Thánh Peter (như Peterhouse thường được gọi vào thời điểm đó) vào tháng 6 năm 1845. Khi đạt được học bổng, ông đã dành một thời gian trong phòng thí nghiệm của Henri Victor Regnault nổi tiếng tại Paris. Nhưng vào năm 1846, ông được bổ nhiệm vào ghế chủ tịch triết học tự nhiên tại Đại học Glasgow. Năm 22 tuổi, anh thấy mình đang mặc chiếc áo choàng của một giáo sư tại một trong những trường Đại học lâu đời nhất trong nước, và giảng bài cho lớp mà anh còn là sinh viên năm nhất vài năm trước đó.

Nhiệt động lực học 

Đến năm 1847, khi Thomson tham gia cuộc họp thường niên của Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Anh ở Oxford, ông đã được biết đến với sự nhanh nhạy và trở thành một nhà khoa học tài ba. Tại cuộc họp đó, ông nghe thấy James Prescott Joule đang nỗ lực đưa ra một ý kiến khác, đó là đưa ra các ý kiến thật sự không hiệu quả nhằm bác bỏ lý thuyết nhiệt lượng và lý thuyết về động cơ nhiệt do Sadi Carnot và Émile Clapeyron xây dựng. Joule lập luận về khả năng chuyển đổi lẫn nhau của nhiệt và công cơ học và sự tương đương về cơ học của chúng.

Thomson bị hấp dẫn nhưng vẫn có sự hoài nghi. Mặc dù ông cảm thấy rằng kết quả của Joule đòi hỏi phải giải thích lý thuyết, ông đã rút lui để dấn thân sâu hơn vào trường phái Carnot – Clapeyron. Ông dự đoán rằng nhiệt độ tan chảy của băng phải giảm theo áp suất, nếu không sự giãn nở của nó khi đóng băng có thể được khai thác trong một Động cơ vĩnh cửu. Những thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm đã xác thực cho những suy đoán của ông và điều đó đã củng cố niềm tin của ông rất nhiều.

william thomson
Một ý tưởng về động cơ vĩnh cửu

Năm 1848, ông mở rộng lý thuyết Carnot – Clapeyron hơn nữa thông qua sự không hài lòng của ông rằng nhiệt kế khí chỉ cung cấp một định nghĩa hoạt động của nhiệt độ.Ông đề xuất một thang nhiệt độ tuyệt đối, trong đó nhiệt đơn vị giảm từ vật A ở nhiệt độ T ° của thang sang vật B ở nhiệt độ (T – 1) ° để tạo ra cùng một hiệu ứng cơ học, bất kể với mọi số T. Một thang đo như vậy sẽ khá độc lập với các tính chất vật lý của bất kỳ chất cụ thể nào. Bằng cách sử dụng một “thác nước” như vậy, Thomson đã giả định rằng sẽ đạt tới một điểm mà tại đó không thể truyền thêm nhiệt lượng (calo), điểm bằng không tuyệt đối mà Guillaume Amontons đã suy đoán vào năm 1702. “Những phản ánh về sức mạnh động lực của nhiệt “, được xuất bản bởi Carnot bằng tiếng Pháp năm 1824, năm sinh của Lord Kelvin, đã sử dụng −267 làm ước tính nhiệt độ không tuyệt đối. Thomson đã sử dụng dữ liệu do Regnault công bố để hiệu chỉnh thang đo của mình so với các phép đo đã thiết lập.

Trong ấn phẩm của mình, Thomson đã viết:

… Việc chuyển đổi nhiệt (hay calo) thành hiệu ứng cơ học có lẽ là không thể, chắc chắn là chưa được khám phá

Nhưng một chú thích cuối trang cho thấy sự hoài nghi ban đầu của ông về lý thuyết calo, đề cập đến khám phá phi thường của Joule. Thật bất ngờ, Thomson không gửi bản sao của tờ giấy cho Joule, nhưng khi Joule đọc xong cuốn sách, anh ấy đã viết thư cho Thomson vào ngày 6 tháng 10, tuyên bố rằng nghiên cứu của anh ấy đã chứng minh rằng nhiệt đã được chuyển hóa thành công, nhưng anh ấy đang lên kế hoạch cho các thí nghiệm tiếp theo. Thomson trả lời vào ngày 27 tháng 10 rằng ông đang lập kế hoạch thử nghiệm của riêng mình, hy vọng có thể dung hòa hai quan điểm của họ.

Thomson quay lại phê bình ấn phẩm ban đầu của Carnot và đọc bản phân tích của ông cho Hiệp hội Hoàng gia Edinburgh vào tháng 1 năm 1849, vẫn tin rằng lý thuyết về cơ bản là đúng đắn. Tuy nhiên, mặc dù Thomson không tiến hành thí nghiệm mới nào, trong hai năm sau đó, ông ngày càng không hài lòng với lý thuyết của Carnot và bị thuyết phục về lý thuyết của Joule. Vào tháng 2 năm 1851, ông ngồi xuống để trình bày suy nghĩ mới của mình. Ông không chắc về cách tạo khung lý thuyết của mình và bài báo đã trải qua một số bản nháp trước khi ông quyết định tìm cách hòa giải Carnot và Joule. Trong quá trình viết lại của mình, dường như ông đã cân nhắc những ý tưởng mà sau đó sẽ tạo ra định luật thứ hai của nhiệt động lực học . Theo lý thuyết của Carnot, nhiệt bị mất là hoàn toàn nhưng Thomson cho rằng nó “nhiệt độ mất đi đối với con người là không thể thay đổi được, nhưng nó không bị mất trong thế giới vật chất”. Hơn nữa, niềm tin thần học của ông đã dẫn đến suy đoán về cái chết do nhiệt của vũ trụ .

Tôi tin rằng xu hướng trong thế giới vật chất là chuyển động trở nên khuếch tán, và nhìn chung, sự đảo ngược của sự tập trung đang dần diễn ra – tôi tin rằng không có hành động vật lý nào có thể khôi phục nhiệt tỏa ra từ Mặt trời, và nguồn này là không cạn kiệt; cũng là các chuyển động của Trái đất và các hành tinh khác đang mất vis viva (động năng) đó được chuyển thành nhiệt; và rằng mặc dù một số viva có thể được phục hồi cho trái đất, chẳng hạn như nhiệt nhận được từ mặt trời hoặc bằng các phương tiện khác, nhưng sự mất mát đó không thể được bù đắp một cách chính xác và tôi nghĩ rằng nó có khả năng được bù đắp thấp hơn.

Để giải thích cho điều đó cần phải có một sáng tạo hoặc một thí nghiệm có “sức mạnh” tương tự.

Trong lần xuất bản cuối cùng, Thomson rút lui khỏi một sự ra đi triệt để và tuyên bố “toàn bộ lý thuyết về sức mạnh động cơ của nhiệt được hình thành dựa trên … hai … mệnh đề, do Joule, Carnot và Clausius đưa ra.” Thomson tiếp tục phát biểu một dạng của định luật thứ hai:

Không thể, bằng cơ quan vật chất vô tri, có thể tạo ra tác dụng cơ học từ bất kỳ phần nào của vật chất bằng cách làm lạnh nó xuống dưới nhiệt độ lạnh nhất của các vật thể xung quanh.

Trong bài báo, Thomson ủng hộ lý thuyết rằng nhiệt là một dạng chuyển động nhưng thừa nhận rằng ông chỉ bị ảnh hưởng bởi tư tưởng của Sir Humphry Davy và các thí nghiệm của Joule và Julius Robert von Mayer , duy trì bằng chứng thực nghiệm đó về sự chuyển đổi nhiệt. vào công việc vẫn còn xuất sắc.

william thomson
James Joule

Sau khi đọc xong bài báo, Joule đã viết ngay nhận xét và câu hỏi của mình cho Thomson. Kết quả là, cả hai bắt đầu sự hợp tác hiệu quả (mặc dù phần lớn là thư), Joule tiến hành các thí nghiệm, và Thomson phân tích kết quả và đề xuất các thí nghiệm tiếp theo. Sự hợp tác này kéo dài từ năm 1852 đến năm 1856. Những khám phá của nó bao gồm hiệu ứng Joule-Thomson, đôi khi được gọi là hiệu ứng Kelvin-Joule. Các kết quả nghiên cứu được công bố đã thúc đẩy rất nhiều công trình của Joule và sự chấp nhận chung của lý thuyết động. .

Thomson đã xuất bản hơn 650 bài báo khoa học và nộp đơn xin cấp 70 bằng sáng chế (không phải tất cả đều được cấp). Về khoa học, Thomson đã viết như sau:

Trong khoa học vật lý, bước thiết yếu đầu tiên trong việc định hướng học bất kỳ môn học nào là tìm ra các nguyên tắc tính toán bằng số và các phương pháp khả thi để đo lường một số chất lượng liên quan đến nó. Tôi thường nói rằng khi bạn có thể đo lường những gì bạn đang nói và diễn đạt nó bằng những con số, bạn biết điều gì đó về nó; nhưng khi bạn không thể đo lường nó, khi bạn không thể diễn đạt nó bằng con số, thì kiến ​​thức của bạn thuộc loại ít ỏi và không đạt yêu cầu: nó có thể là kiến ​​thức sơ khai, nhưng trong suy nghĩ của bạn, hầu như bạn đã tiến đến giai đoạn khoa học , bất cứ điều gì. vấn đề có thể là.

Cáp xuyên Đại Tây Dương

Tính toán về tốc độ dữ liệu

Để hiểu các vấn đề kỹ thuật mà Thomson đã tham gia, hãy xem Cáp thông tin liên lạc tàu ngầm: Vấn đề băng thông .

Mặc dù bây giờ nổi tiếng trong lĩnh vực học thuật, Thomson đã được công chúng ít người biết đến. Vào tháng 9 năm 1852, ông kết hôn với người yêu thời thơ ấu Margaret Crum, con gái của Walter Crum; nhưng sức khỏe của cô bị suy giảm trong tuần trăng mật của họ, và trong mười bảy năm tiếp theo, Thomson bị phân tâm bởi sự đau khổ của cô. Vào ngày 16 tháng 10 năm 1854, George Gabriel Stokes viết thư cho Thomson để cố gắng thu hút lại ông trong công việc bằng cách hỏi ý kiến ​​của ông về một số thí nghiệm của Michael Faraday trên cáp điện báo xuyên Đại Tây Dương được đề xuất .

Faraday đã chứng minh việc xây dựng một sợi cáp sẽ giới hạn tốc độ gửi tin nhắn – theo thuật ngữ hiện đại là băng thông . Thomson đã nhảy vào vấn đề và công bố phản hồi của mình trong tháng đó. Ông đã bày tỏ kết quả của mình về tốc độ dữ liệu có thể đạt được và hậu quả kinh tế về doanh thu tiềm năng của hoạt động xuyên Đại Tây Dương. Trong một phân tích sâu hơn vào năm 1855, Thomson nhấn mạnh tác động của thiết kế cáp đối với lợi nhuận của nó .

Thomson tin rằng tốc độ truyền tín hiệu qua một sợi cáp nhất định tỷ lệ nghịch với bình phương chiều dài cáp. Năm 1856, Wildman Whitehouse, một thợ điện của Công ty Điện tín Đại Tây Dương, đã đặt câu hỏi về kết quả của Thomson tại một cuộc họp của Hiệp hội Anh. Whitehouse có thể đã hiểu sai kết quả thí nghiệm của chính mình, nhưng chắc chắn rằng dự án cáp đang được tiến hành và áp lực tài chính là rất lớn. Ông tin rằng các tính toán của Thomson ngụ ý rằng cáp phải “bị bỏ rơi vì nó là không thể thực tế và thương mại.”

Thomson đã công kích lập luận của Whitehouse trong một bức thư gửi cho tạp chí Athenaeum đã gây sự chú ý của công chúng. Thomson khuyến nghị sử dụng dây dẫn lớn hơn và sử dụng tiết diện cách điện lớn hơn. Ông nghĩ rằng Whitehouse không ngu ngốc, và nghi ngờ rằng ông có thể có khả năng thực tế để làm cho các thiết kế hiện có hoạt động. Công việc của Thomson đã thu hút sự chú ý của người thực hiện dự án. Tháng 12 năm 1856, ông được bầu vào hội đồng quản trị của Công ty Điện báo Đại Tây Dương.

Nhà khoa học đến kỹ sư

Thomson trở thành cố vấn khoa học cho một nhóm với Whitehouse là thợ điện chính và Sir Charles Tilston Bright là kỹ sư trưởng nhưng Whitehouse đã làm theo cách của mình với đặc điểm kỹ thuật , được hỗ trợ bởi Faraday và Samuel FB Morse .

william thomson
Máy ghi siphon điện báo của William Thomson, được trưng bày tại Bảo tàng Điện báo Porthcurno, vào tháng 1 năm 2019.

Thomson đi thuyền trên tàu cáp HMS  Agamemnon trong tháng 8 năm 1857, với Whitehouse không tham gia được vì bệnh tật, nhưng chuyến đi đã kết thúc sau 380 dặm (610 km) khi cáp tách ra. Thomson đã đóng góp vào nỗ lực này bằng cách xuất bản trên tờ Engineer toàn bộ lý thuyết về các ứng suất liên quan đến việc đặt cáp ngầm, và chỉ ra rằng khi dòng chảy ra khỏi tàu, ở một tốc độ không đổi, ở độ sâu đồng đều của nước, nó chìm theo phương nghiêng hoặc nghiêng thẳng từ điểm mà nó đi vào nước đến nơi nó chạm vào đáy.

Thomson đã phát triển một hệ thống hoàn chỉnh để vận hành một máy điện báo tàu ngầm có khả năng gửi một ký tự sau mỗi 3,5 giây. Ông được cấp bằng sáng chế cho các yếu tố quan trọng trong hệ thống của mình, điện kế gương và máy ghi siphon, vào năm 1858.

Whitehouse vẫn cảm thấy có thể bỏ qua nhiều đề xuất và kiến ​​nghị của Thomson. Mãi cho đến khi Thomson thuyết phục hội đồng quản trị rằng việc sử dụng đồng tinh khiết hơn để thay thế đoạn cáp bị mất sẽ cải thiện dung lượng dữ liệu, thì ông mới tạo ra sự khác biệt trong quá trình thực hiện dự án.

Hội đồng quản trị nhấn mạnh rằng Thomson tham gia chuyến thám hiểm đặt dây cáp năm 1858 mà không có bất kỳ khoản bồi thường tài chính nào và tham gia tích cực vào dự án. Đổi lại, Thomson đã đảm bảo một bản thử nghiệm cho điện kế gương của mình, mà hội đồng quản trị đã không mặn mà với thiết bị của Whitehouse. Thomson nhận thấy quyền truy cập mà ông được cung cấp không đạt yêu cầu và Agamemnon phải trở về nhà sau cơn bão thảm khốc vào tháng 6 năm 1858. Tại London, hội đồng quản trị sắp từ bỏ dự án và giảm thiểu thiệt hại của họ bằng cách bán cáp. Thomson, Cyrus West Field và Curtis M. Lampson lập luận cho một nỗ lực khác và thắng thế, Thomson nhấn mạnh rằng các vấn đề kỹ thuật là có thể giải quyết được. Mặc dù được tuyển dụng với vai trò cố vấn, trong suốt chuyến hành trình, Thomson đã phát triển bản năng của một kỹ sư thực sự và kỹ năng giải quyết vấn đề thực tế dưới áp lực, thường đi đầu trong việc giải quyết các trường hợp khẩn cấp và không ngại hỗ trợ các công việc chân tay. Cáp được hoàn thành vào ngày 5 tháng 8.

Thảm họa và chiến thắng

Nỗi sợ hãi của Thomson đã thành hiện thực khi bộ máy của Whitehouse tỏ ra không đủ nhạy và phải được thay thế bằng điện kế gương của Thomson. Whitehouse tiếp tục khẳng định rằng chính thiết bị của mình đang cung cấp dịch vụ và bắt đầu tham gia vào các biện pháp tuyệt vọng để khắc phục một số vấn đề. Ông thành công trong việc làm trọng làm hư hỏng cáp bằng cách áp dụng 2.000  V . Khi cáp hỏng hoàn toàn, Whitehouse đã bị sa thải, mặc dù Thomson phản đối và bị hội đồng quản trị khiển trách vì đã can thiệp. Thomson sau đó lấy làm tiếc rằng anh ta đã chấp nhận quá dễ dàng trước nhiều đề xuất của Whitehouse và đã không thách thức anh ta với đủ sức mạnh.

Một ủy ban điều tra chung được thành lập bởi Ủy ban Thương mại và Công ty Điện báo Đại Tây Dương. Phần lớn nguyên nhân cho sự cố của cáp được cho là thuộc về Whitehouse. Ủy ban phát hiện ra rằng, mặc dù cáp dưới nước nổi tiếng là thiếu độ tin cậy, nhưng hầu hết các vấn đề đều phát sinh từ những nguyên nhân đã biết và có thể tránh được. Thomson được bổ nhiệm làm một trong một ủy ban gồm năm thành viên để đề xuất một thông số kỹ thuật cho một loại cáp mới. Ủy ban báo cáo vào tháng 10 năm 1863.]

Vào tháng 7 năm 1865, Thomson lên đường trong chuyến thám hiểm đặt dây cáp của tàu SS  Great Eastern nhưng chuyến đi gặp trục trặc kỹ thuật. Cáp bị mất sau 1.200 dặm (1.900 km) đã bị sa thải và dự án đã bị bỏ rơi. Một nỗ lực tiếp theo vào năm 1866 đã đặt một dây cáp mới trong hai tuần, sau đó khôi phục và hoàn thành dây cáp năm 1865. Công ty giờ đây đã được công chúng coi là một chiến thắng và Thomson được hưởng một phần lớn trong lời khen ngợi. Thomson, cùng với các hiệu trưởng khác của dự án, được phong tước hiệp sĩ vào ngày 10 tháng 11 năm 1866.

Để khai thác các phát minh của mình trong việc truyền tín hiệu trên cáp ngầm dài, Thomson hiện đã hợp tác với CF Varley và Fleeming Jenkin . Cùng với công cụ thứ hai, ông cũng phát minh ra một máy gửi tự động trên lề đường , một loại chìa khóa điện báo để gửi tin nhắn trên cáp.

Các cuộc thám hiểm sau này

Thomson đã tham gia vào việc đặt cáp thông tin liên lạc dưới biển Đại Tây Dương của Pháp vào năm 1869, và cùng với Jenkin là kỹ sư của cáp phương Tây và Brazil và Platino-Brazil, được hỗ trợ bởi sinh viên kỳ nghỉ James Alfred Ewing . Ông đã có mặt tại việc đặt đoạn Pará đến Pernambuco của dây cáp bờ biển Brazil vào năm 1873.

Vợ của Thomson qua đời vào ngày 17 tháng 6 năm 1870, và ông quyết tâm thực hiện những thay đổi trong cuộc đời mình. Vốn đã nghiện đi biển, vào tháng 9, ông đã mua một chiếc tàu lặn nặng 126 tấn , Lalla Rookh] và sử dụng nó như một cơ sở để tiếp đãi bạn bè và đồng nghiệp khoa học. Những lợi ích hàng hải của ông tiếp tục được duy trì vào năm 1871 khi ông được bổ nhiệm vào ban điều tra vụ chìm HMS  Captain .

Vào tháng Sáu 1873, Thomson và Jenkin đã trên tàu Hooper, đã khai phá 2.500 dặm (4.020 km) về phía Lisbon. Một chuyến dừng chân không hẹn trước kéo dài 16 ngày ở Madeira sau đó và Thomson trở thành bạn tốt của Charles R. Blandy và ba cô con gái của anh ta. Vào ngày 2 tháng 5 năm 1874, ông lên đường đến Madeira trên tàu Lalla Rookh . Khi đến gần bến cảng, anh ra hiệu cho nơi ở của Blandy “Em sẽ lấy anh chứ?” và Fanny ra hiệu lại “Có”. Thomson kết hôn với Fanny, kém anh 13 tuổi, vào ngày 24 tháng 6 năm 1874.

Các đóng góp khác

Thomson và Tait: Luận về Triết học Tự nhiên

Bài chi tiết: Chuyên luận về triết học tự nhiên

Trong khoảng thời gian từ 1855 đến 1867, Thomson đã hợp tác với Peter Guthrie Tait trong một cuốn sách văn bản thành lập nghiên cứu cơ học đầu tiên dựa trên toán học động học, mô tả chuyển động mà không liên quan đến lực . Văn bản đã phát triển các động lực trong các lĩnh vực khác nhau nhưng luôn chú ý đến năng lượng như một nguyên tắc thống nhất.

Ấn bản thứ hai xuất hiện vào năm 1879, được mở rộng thành hai phần riêng biệt. Sách giáo khoa thiết lập một tiêu chuẩn giáo dục sớm về vật lý toán học .

Thuyết xoáy của Kelvin về nguyên tử

Bài chi tiết: Thuyết xoáy của nguyên tử

Từ năm 1870 đến năm 1890, lý thuyết nguyên tử xoáy, cho rằng nguyên tử là một dòng xoáy trong aether , rất phổ biến trong giới vật lý và toán học Anh. Thomson đi tiên phong trong lý thuyết, khác với lý thuyết xoáy ở thế kỷ XVII của Descartes ở chỗ Thomson đang suy nghĩ về một lý thuyết liên tục nhất thể, trong khi Descartes đang suy nghĩ về ba loại vật chất khác nhau, mỗi loại liên quan đến sự phát xạ, sự truyền, và phản xạ ánh sáng. [42] Khoảng 60 bài báo khoa học được viết bởi khoảng 25 nhà khoa học. Theo sự dẫn dắt của Thomson và Tait, nhánh của cấu trúc liên kết được gọi là lý thuyết nút đã được phát triển. Sáng kiến ​​của Kelvin trong nghiên cứu phức tạp tiếp tục truyền cảm hứng cho toán học mới này đã dẫn đến sự tồn tại của chủ đề này trong lịch sử khoa học.

Marine

william thomson
Máy dự báo thủy triều của Thomson

Thomson là một người chơi du thuyền nhiệt tình, ông quan tâm đến tất cả những thứ liên quan đến biển có lẽ bắt nguồn từ, hoặc được bồi dưỡng bởi những kinh nghiệm của ông trên tàu AgamemnonGreat Eastern .

Thomson đã giới thiệu một phương pháp định âm độ sâu dưới đáy biển, trong đó dây đàn piano bằng thép thay thế dây đàn thông thường. Sợi dây lướt xuống đáy dễ dàng đến mức có thể thực hiện được “tiếng bay” trong khi con tàu đang ở tốc độ tối đa. Thomson đã bổ sung một máy đo áp suất để ghi độ sâu của hố chìm.

Cũng trong khoảng thời gian đó, ông hồi sinh phương pháp Sumner để tìm vị trí của một con tàu và tính toán một bộ bảng cho ứng dụng sẵn sàng của nó. Năm 1876, ông chế tạo một máy phân tích sóng hài, trong đó một tập hợp các đĩa được sử dụng để tính tổng các chuỗi lượng giác và do đó để dự đoán thủy triều . Kelvin đề cập rằng một thiết bị tương tự có thể được chế tạo để giải các phương trình vi phân.

Trong những năm 1880, Thomson đã làm việc để hoàn thiện la bàn có thể điều chỉnh được để sửa các lỗi phát sinh do độ lệch từ trường do việc sử dụng nhiều sắt trong kiến trúc hải quân . Thiết kế của Thomson là một cải tiến lớn trên các nhạc cụ cũ hơn, ổn định hơn và ít bị cản trở bởi ma sát. Sự sai lệch do từ tính của con tàu được hiệu chỉnh bằng các khối sắt có thể chuyển động được ở đáy tàu. Những đổi mới của Thomson liên quan đến nhiều công việc chi tiết nhằm phát triển các nguyên tắc được xác định bởi George Biddell Airy và những người khác, nhưng đóng góp rất ít về mặt tư duy vật lý mới lạ. Hoạt động vận động hành lang và mạng lưới năng động của Thomson tỏ ra hiệu quả trong việc được The Admiralty chấp nhận nhạc cụ của mình .

william thomson
La bàn của Kelvin Mariner

Các nhà viết tiểu sử khoa học của Thomson, nếu họ có chú ý đến những phát kiến ​​về la bàn của ông, thường coi vấn đề này là một câu chuyện xin lỗi của những nhà quản lý hải quân mờ ám chống lại những phát kiến ​​kỳ diệu từ một bộ óc khoa học bậc nhất. Mặt khác, các nhà văn có thiện cảm với Hải quân, miêu tả Thomson là một người có tài năng và nhiệt huyết, với một số kiến ​​thức chân chính về biển, người đã xoay xở để biến một số ý tưởng khiêm tốn trong thiết kế la bàn thành độc quyền thương mại cho sản xuất của riêng mình quan tâm, sử dụng danh tiếng của mình với tư cách là một tay sai trong các tòa án luật để đánh bại những tuyên bố dù là nhỏ nhất về tính độc đáo của những người khác, đồng thời thuyết phục Bộ Hải quân và luật pháp bỏ qua cả những khiếm khuyết trong thiết kế của chính mình và đức tính của các đối thủ cạnh tranh.

Sự thật, tất yếu, dường như nằm ở đâu đó giữa hai thái cực.

Charles Babbage là một trong những người đầu tiên đề xuất rằng một ngọn hải đăng có thể được tạo ra để báo hiệu một con số đặc biệt bằng những điều huyền bí về ánh sáng của nó, nhưng Thomson đã chỉ ra giá trị của mã Morse đối với mục đích này, và kêu gọi rằng các tín hiệu nên bao gồm ngắn và ánh sáng nhấp nháy dài để đại diện cho các dấu chấm và dấu gạch ngang.

Tiêu chuẩn điện

Thomson đã làm nhiều hơn bất kỳ thợ điện nào khác vào thời của mình trong việc giới thiệu các phương pháp và thiết bị đo điện chính xác. Ngay từ năm 1845, ông đã chỉ ra rằng kết quả thực nghiệm của William Snow Harris phù hợp với định luật Coulomb . Trong Hồi ký của Viện Hàn lâm Khoa học La Mã năm 1857, ông đã công bố mô tả về điện kế vòng chia mới của mình, dựa trên kính điện cũ của Johann Gottlieb Friedrich von Bohnenberger và ông đã giới thiệu một chuỗi hoặc một loạt các dụng cụ hiệu quả, bao gồm cả máy đo điện kế góc phần tư, bao gồm toàn bộ lĩnh vực đo tĩnh điện. Ông đã phát minh ra số dư hiện tại , còn được gọi là Cân bằng Kelvin hoặc cân bằng Ampe ( SiC ), để biết thông số kỹ thuật chính xác của ampe , đơn vị tiêu chuẩn của dòng điện . Từ khoảng năm 1880, ông đã được kỹ sư điện Magnus Maclean FRSE hỗ trợ trong các thí nghiệm điện của mình.

Năm 1893, Thomson đứng đầu một ủy ban quốc tế quyết định việc thiết kế nhà máy điện Niagara Falls . Mặc dù niềm tin vào tính ưu việt của dòng điện một chiều truyền tải điện , ông tán thành Westinghouse của hiện xen kẽ hệ thống đó đã được chứng minh tại Hội chợ Thế giới Chicago năm đó. Ngay cả sau khi thác Niagara, Thomson vẫn giữ niềm tin của mình rằng dòng điện một chiều là hệ thống siêu việt.

Tại cuộc họp sơ bộ tổ chức tại Luân Đôn từ ngày 26 đến 27 tháng 6 năm 1906, Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế đánh giá cao đóng góp của ông trong việc tiêu chuẩn hóa điện và bầu Thomson làm chủ tịch đầu tiên của nó. “Theo Chủ tịch [Đề xuất của ông Alexander Siemens của Vương quốc Anh], [Bản gốc] Lord Kelvin, GCVO, OM, được ông Mailloux [Kỹ sư điện] nhất trí bầu làm Chủ tịch Ủy ban thứ nhất, đã được nhất trí bầu làm Chủ tịch Ủy ban thứ nhất”, Biên bản của Báo cáo Cuộc họp được đọc.

Kỷ nguyên Trái đất: địa chất

Kelvin ước tính tuổi của Trái đất . Với công việc thời trẻ của mình về hình Trái Đất và quan tâm đến sự dẫn nhiệt, không có gì ngạc nhiên khi anh ấy chọn điều tra sự nguội lạnh của Trái đất và đưa ra những suy luận lịch sử về tuổi của Trái đất từ ​​những tính toán của mình. Thomson theo nghĩa rộng là một nhà sáng tạo , nhưng ông không phải là một “nhà địa chất lũ lụt” (một quan điểm đã mất đi sự ủng hộ khoa học chính thống vào những năm 1840). Ông cho rằng các quy luật nhiệt động lực học vận hành từ khi vũ trụ ra đời và hình dung ra một quá trình năng động chứng kiến ​​sự tổ chức và sự tiến hóa của Hệ Mặt trời và các cấu trúc khác, tiếp theo là một “cái chết nhiệt” dần dần. Ông phát triển quan điểm cho rằng Trái đất đã từng quá nóng để hỗ trợ sự sống và đối lập quan điểm này với quan điểm của chủ nghĩa thống nhất , rằng các điều kiện vẫn không đổi kể từ quá khứ vô định. Ông cho rằng “Trái đất này, chắc chắn cách đây vài triệu năm, là một quả địa cầu nóng đỏ …”

Sau khi xuất bản Charles Darwin là Nguồn gốc các loài vào năm 1859, Thomson cưa bằng chứng của thời đại tương đối ngắn sinh sống của Trái Đất như chăm sóc để giải thích mâu thuẫn tiệm tiến của Darwin về chậm chọn lọc tự nhiên mang về đa dạng sinh học. Quan điểm riêng của Thomson ủng hộ một phiên bản của sự tiến hóa hữu thần được tăng tốc nhờ sự hướng dẫn của thần thánh. Các tính toán của ông cho thấy rằng Mặt trời không thể tồn tại đủ lâu để cho phép sự phát triển gia tăng chậm chạp của quá trình tiến hóa – trừ khi một số nguồn năng lượng vượt quá những gì ông ấy hoặc bất kỳ thời đại Victoria nào khác.người biết đã được tìm thấy. Ông sớm bị thu hút vào sự bất đồng công khai với các nhà địa chất, và với những người ủng hộ Darwin là John Tyndall và TH Huxley . Trong phản hồi của Huxley trước bài phát biểu của Huxley với Hiệp hội Địa chất London (1868), ông đã trình bày bài diễn văn “Động lực học địa chất” (1869) , trong số các bài viết khác của ông, thách thức sự chấp nhận của các nhà địa chất rằng trái đất phải có tuổi vô định.

Ước tính ban đầu năm 1864 của Thomson về tuổi Trái đất là từ 20 đến 400 triệu năm tuổi. Những giới hạn rộng lớn này là do ông không chắc chắn về nhiệt độ nóng chảy của đá, mà ông đánh đồng nhiệt độ bên trong Trái đất, cũng như sự không chắc chắn về độ dẫn nhiệt và độ nóng cụ thể của đá. Trong nhiều năm, ông đã tinh chỉnh các lập luận của mình và giảm giới hạn trên xuống một hệ số mười, và vào năm 1897 Thomson, bây giờ là Lord Kelvin, cuối cùng đưa ra ước tính rằng Trái đất đã 20–40 triệu năm tuổi. Trong một lá thư đăng trên tạp chí Scientific American Supplement năm 1895, Kelvin đã chỉ trích ước tính của các nhà địa chất về tuổi của đá và tuổi của trái đất, bao gồm cả quan điểm của Charles Darwin., như là “tuổi đại ngàn mơ hồ”.

Khám phá của ông về ước tính này có thể được tìm thấy trong bài phát biểu năm 1897 của ông với Viện Victoria , được đưa ra theo yêu cầu của chủ tịch Viện George Stokes, như được ghi lại trong tạp chí Giao dịch của Viện đó. Mặc dù trợ lý cũ của ông là John Perry đã xuất bản một bài báo vào năm 1895 thách thức giả thiết của Kelvin về độ dẫn nhiệt thấp bên trong Trái đất, và do đó cho thấy tuổi lớn hơn nhiều, điều này có ít tác động tức thì. Khám phá năm 1903 rằng phân rã phóng xạ giải phóng nhiệt dẫn đến ước tính của Kelvin bị thách thức, và Ernest Rutherford đã có một bài lập luận nổi tiếng trong một bài giảng năm 1904 có sự tham dự của Kelvin rằng điều này cung cấp nguồn năng lượng chưa biết mà Kelvin đã đề xuất, nhưng ước tính đã không bị đảo ngược cho đến khi phát triển năm 1907 về xác định niên đại bằng bức xạ của đá.

Nhiều người tin rằng việc phát hiện ra phóng xạ đã làm mất hiệu lực ước tính của Thomson về tuổi Trái đất. Bản thân Thomson chưa bao giờ công khai thừa nhận điều này vì ông cho rằng mình có lập luận mạnh mẽ hơn nhiều khi giới hạn tuổi Mặt trời không quá 20 triệu năm. Nếu không có ánh sáng mặt trời, không thể có lời giải thích cho hồ sơ trầm tích trên bề mặt Trái đất. Vào thời điểm đó, nguồn duy nhất được biết đến để sản xuất điện mặt trời là sự sụp đổ của trọng trường . Chỉ khi phản ứng tổng hợp nhiệt hạch được công nhận vào những năm 1930 thì nghịch lý tuổi của Thomson mới thực sự được giải quyết.

william thomson
Kelvin trên một hành trình niềm vui trên Clyde sông trên tàu hấp Glen Sannox cho 17 tháng 6 năm 1896 “ông Thánh ” như Giáo sư Triết học tự nhiên tại Glasgow
william thomson
Lord Kelvin và Lady Kelvin tiếp đón người Na Uy Fridtjof Nansen và Eva Nansen đến thăm nhà của họ vào tháng 2 năm 1897

Sau khi mất

william thomson
Ngôi mộ của gia đình Thomson, Glasgow Necropolis

Vào mùa đông năm 1860–1861, Kelvin trượt chân trên mặt băng khi đang cuộn tròn gần nhà ở Netherhall và bị gãy xương ở chân, khiến anh phải bỏ lỡ cuộc họp tại Manchester năm 1861 của Hiệp hội vì sự tiến bộ của khoa học Anh và sau đó đi khập khiễng. Ông vẫn là một người nổi tiếng ở cả hai bờ Đại Tây Dương cho đến khi qua đời.

Thomson vẫn là một tín đồ sùng đạo Cơ đốc trong suốt cuộc đời của mình; tham dự nhà nguyện là một phần thói quen hàng ngày của anh ấy. Ông coi đức tin Cơ đốc của mình là hỗ trợ và cung cấp thông tin cho công trình khoa học của mình, như thể hiện rõ ràng từ bài phát biểu của ông tại cuộc họp hàng năm của Hiệp hội Bằng chứng Cơ đốc giáo, 23 tháng 5 năm 1889.

Trong danh sách Danh dự Đăng quang năm 1902 được công bố vào ngày 26 tháng 6 năm 1902 (ngày ban đầu đăng quang của Edward VII và Alexandra ), Kelvin được bổ nhiệm làm Cố vấn Cơ mật và là một trong những thành viên đầu tiên của Order of Merit mới (OM). Ông nhận lệnh từ Nhà vua vào ngày 8 tháng 8 năm 1902, và tuyên thệ là thành viên của hội đồng tại Cung điện Buckingham vào ngày 11 tháng 8 năm 1902. Trong những năm cuối đời, ông thường đến ngôi nhà thị trấn của mình lúc 15 tuổi. Eaton Place, gần Quảng trường Eaton ở Belgravia, London.

Vào tháng 11 năm 1907, ông bị ớn lạnh và tình trạng của ông trở nên tồi tệ cho đến khi ông qua đời tại thủ phủ Scotland, Netherhall, ở Largs vào ngày 17 tháng 12.

Theo yêu cầu của Tu viện Westminster, những người đảm nhận Wylie & Lochhead đã chuẩn bị một chiếc quan tài bằng gỗ sồi, được lót bằng chì. Trong bóng tối của buổi tối mùa đông, con tàu khởi hành từ Netherhall đến ga xe lửa Largs, một khoảng cách khoảng một dặm. Những đám đông lớn chứng kiến ​​sự đi qua của chuồng ngựa, và các chủ cửa hàng đóng cửa cơ sở của họ và làm mờ đèn của họ. Quan tài được đặt trên một chiếc xe van đặc biệt của Đường sắt Midland và Glasgow và South Western . Chuyến tàu khởi hành lúc 8h30 tối đi Kilmarnock, nơi chiếc xe tải được gắn với tuyến tốc hành qua đêm đến ga đường sắt St Pancras ở London.

Tang lễ của Kelvin sẽ được tổ chức vào ngày 23 tháng 12 năm 1907. Quan tài được đưa từ St Pancras bằng xe tang đến Tu viện Westminster, nơi nó an nghỉ qua đêm trong Nhà nguyện St Faith. Ngày hôm sau, Tu viện đã đông đúc để tổ chức tang lễ, bao gồm đại diện từ Đại học Glasgow và Đại học Cambridge , cùng với đại diện từ Pháp, Ý, Đức, Áo, Nga, Hoa Kỳ, Canada, Úc, Nhật Bản và Monaco. Mộ của Kelvin nằm ở gian giữa , gần màn đồng ca, và gần mộ của Isaac Newton, John Herschel, và Charles Darwin. Những người đểu cáng bao gồm con trai của Darwin, Ngài George Darwin.

Trở lại Scotland, Đại học Glasgow đã tổ chức lễ tưởng niệm Kelvin tại Bute Hall. Kelvin đã từng là thành viên của Nhà thờ Giám mục Scotland, trực thuộc Nhà thờ Giám mục St Columba ở Largs, và khi ở Glasgow đến Nhà thờ Giám mục St Mary (nay là Nhà thờ St Mary, Glasgow ). Cùng lúc với tang lễ ở Tu viện Westminster, một buổi lễ được tổ chức tại Nhà thờ Giám mục St Columba, Largs, với sự tham dự của một hội thánh lớn bao gồm các chức sắc cao quý.

William Thomson cũng được tưởng niệm trên ngôi mộ của gia đình Thomson ở Glasgow Necropolis . Ngôi mộ của gia đình có một đài tưởng niệm hiện đại thứ hai cho William bên cạnh, do Hiệp hội Triết học Hoàng gia Glasgow dựng lên ; một xã hội mà ông là chủ tịch trong các giai đoạn 1856–1858 và 1874–1877.

Di sản để lại

Các giới hạn của vật lý cổ điển

Năm 1884, Thomson dẫn đầu một lớp học thạc sĩ về “Động lực học phân tử và lý thuyết sóng ánh sáng” tại Đại học Johns Hopkins. Kelvin gọi phương trình sóng âm mô tả âm thanh là sóng áp suất trong không khí và cố gắng mô tả một phương trình sóng điện từ , cho rằng một ate ánh sáng dễ bị rung động. Nhóm nghiên cứu bao gồm Michelson và Morley, những người sau đó đã thực hiện thí nghiệm Michelson – Morley cắt bỏ lý thuyết aether. Thomson không cung cấp văn bản nhưng AS Hathaway đã ghi chú và sao chép chúng bằng Papyrograph. Khi chủ đề đang được phát triển tích cực, Thomson đã sửa đổi văn bản đó và vào năm 1904, nó đã được sắp chữ và xuất bản. Những nỗ lực của Thomson để cung cấp các mô hình cơ học cuối cùng đã thất bại trong chế độ điện từ.

Vào ngày 27 tháng 4 năm 1900, ông thực hiện một báo cáo tại Viện Hoàng gia với tựa đề “Những đám mây về lý thuyết động lực học của nhiệt và ánh sáng trong thế kỷ 19”. Hai “đám mây đen” mà ông đề cập là bao quanh vật chất. Sự nhầm lẫn về cách vượt qua chuyển động của ete (bao gồm cả kết quả khó hiểu của thí nghiệm Michelson-Morley) cho thấy quy luật phân chia trong cơ học thống kê có thể sụp đổ. Từ những vấn đề này, hai lý thuyết vật lý chính đã được phát triển trong thế kỷ 20: lý thuyết trước là thuyết tương đối; lý thuyết sau là thuyết tương đối. Thứ hai, cơ học lượng tử. Albert Einstein đã xuất bản cái gọi là “Annus Mirabilis Papers” vào năm 1905, một trong số đó dựa trên khám phá về lượng tử năng lượng của cơ học lượng tử do Max Planck phát hiện ra để giải thích quang điện Người còn lại mô tả lý thuyết tương đối, và cuối cùng, ông giải thích chuyển động Brown theo cách của cơ học thống kê, lý thuyết này cung cấp một lập luận mạnh mẽ cho sự tồn tại của nguyên tử.

Các thông báo sau đó đã được chứng minh là sai

Giống như nhiều nhà khoa học, Thomson đã mắc một số sai lầm trong việc dự đoán tương lai của công nghệ.

Người viết tiểu sử Silvanus P. Thompson của ông viết rằng “Khi phát hiện ra tia X của Röntgen được công bố vào cuối năm 1895, Lord Kelvin đã hoàn toàn nghi ngờ và coi thông báo này như một trò lừa bịp. Các bài báo đã đăng đầy rẫy những điều kỳ diệu về Những tia sáng của Röntgen, về điều mà Lord Kelvin đã vô cùng nghi ngờ cho đến khi chính Röntgen gửi cho anh ta một bản sao của Hồi ký “; vào ngày 17 tháng 1 năm 1896, sau khi đọc tờ báo và xem những bức ảnh, ông đã viết cho Röntgen một bức thư nói rằng “Tôi không cần phải nói với bạn rằng khi tôi đọc bài báo, tôi đã rất ngạc nhiên và vui mừng. Bây giờ tôi không thể nói gì hơn là chúc mừng bạn nồng nhiệt về khám phá tuyệt vời mà bạn đã đạt được ” Anh ấy sẽ tự tay mình chụp X-quang vào tháng 5 năm 1896.

Dự báo của ông về ngành hàng không thực tế (tức là máy bay nặng hơn không khí ) là tiêu cực. Năm 1896, ông từ chối lời mời gia nhập Hiệp hội Hàng không, viết rằng “Tôi không có niềm tin nhỏ nhất trong việc điều hướng trên không ngoài việc bay khinh khí cầu hoặc kỳ vọng vào kết quả tốt từ bất kỳ thử nghiệm nào mà chúng tôi nghe thấy.” Và trong một cuộc phỏng vấn trên tờ báo năm 1902, ông dự đoán rằng “Không có khinh khí cầu và máy bay sẽ không bao giờ thành công trên thực tế.”

Kể từ những năm 1980, “không có khám phá mới trong vật lý, những gì còn lại là các phép đo ngày càng chính xác hơn” đã bị nhiều người nhầm với Kelvin bởi Kelvin, và không có trích dẫn hoặc mô tả nào về nó được công bố trong một bài phát biểu trước Hiệp hội Anh. . Giải thưởng Tiến bộ Khoa học (1900) Không có bằng chứng cho thấy Kelvin đã nói như vậy, và câu trích dẫn là từ ngữ của Albert A. Michelson, người đã phát biểu vào năm 1894 : “… Có vẻ như hầu hết các nguyên tắc cơ bản chính đã được thiết lập vững chắc …” Một nhà vật lý nổi tiếng chỉ ra rằng chân lý tương lai của khoa học vật lý nên được tìm thấy ở vị trí thứ sáu sau dấu thập phân. “[90] Philipp von Jolly và những người khác đã phát biểu tương tự. Lý do cho bài phát biểu của Kelvin vào năm 1900 có thể liên quan đến thông báo của ông với tổ chức hoàng gia vào năm 1900 Bài diễn văn của “Hai đám mây” đã nhầm lẫn, ngược lại, bài diễn văn chỉ ra những lĩnh vực mà cuộc cách mạng sẽ diễn ra sau này.

Năm 1898, Kelvin dự đoán rằng chỉ 400 năm nguồn cung cấp oxy vẫn còn trên hành tinh, do tốc độ đốt cháy chất cháy. Trong tính toán của mình, Kelvin cho rằng quang hợp là nguồn oxy tự do duy nhất; ông không biết tất cả các thành phần của chu trình oxy. Ông thậm chí không thể biết được tất cả các nguồn của quá trình quang hợp: ví dụ vi khuẩn lam Prochlorococcus — chiếm hơn một nửa quá trình quang hợp ở biển — mãi đến năm 1986 mới được phát hiện.

Những điều cần học hỏi ở William Thomson

Nhận thức về thất bại của mình

Mặc dù có những tiến bộ vượt bậc trong khoa học và kỹ thuật, nhưng về cuối đời, Kelvin nhận thức sâu sắc về những sai lầm của vật lý cổ điển mà ông đã có công trong việc tạo ra. Ông đã chia sẻ tình cảm này tại lễ kỷ niệm 50 năm làm giáo sư bằng những lời lẽ chắc chắn sẽ khiến khán giả của ông sửng sốt: “Một từ thể hiện sự vất vả nhất trong những nỗ lực vì sự tiến bộ của khoa học mà tôi đã kiên trì thực hiện trong suốt 55 năm. Từ đó là thất bại. Tôi không biết gì về lực điện và lực từ hay mối quan hệ giữa ate, điện và vật chất có thể quan sát được, hay ái lực hóa học hơn những gì tôi biết và đã cố gắng dạy cho sinh viên triết học tự nhiên của mình cách đây 50 năm trong buổi học đầu tiên của tôi với tư cách là giáo sư. ”

william thomson
Tâm hồn trẻ trung

Lời than thở này quay trở lại thời kỳ đầu của anh ấy, với niềm vui mà Kelvin cảm thấy khi biết rằng bạn có thể mô tả nhiệt chảy như thế nào trong toán học mà không cần biết nhiệt là gì. Đây là chiến thắng và bi kịch của vật lý cổ điển. Nó là một hiện tượng học xuất sắc, nhưng lại không giải thích được cách cấu trúc của nguyên tử tạo nên hành vi của vật chất.

Kỷ nguyên của Kelvin đã khép lại. Những người khác sẽ có nhiệm vụ làm sáng tỏ những hiện tượng mới – electron, tia X, phóng xạ, hiệu ứng quang điện, thuyết tương đối – đã xuất hiện vào thập kỷ trước của ông. Chúng ta nên tôn vinh anh ấy vì những gì anh ấy đã đạt được và khao khát của anh ấy cho những gì còn lại sẽ đạt được. Ông cảm thấy mình giống như Isaac Newton về già, chơi với viên sỏi hấp dẫn kỳ lạ trên bãi biển trong khi đại dương sự thật chưa được khám phá trước mắt, và ông cảm thấy thất vọng vì điều này.

Năng lượng vô biên

Cuộc sống của Kelvin được đặc trưng bởi nguồn năng lượng vô hạn có thể giữ cho cả một phòng thí nghiệm gồm các trợ lý khoa học hoạt động và dẫn đến hơn 650 bài báo khoa học và 75 bằng sáng chế. Một người so sánh hiện đại có thể là Richard Feynman. Cả hai đều là những nhà vật lý toán học xuất sắc và những người giải quyết vấn đề. Cả hai đều có những đóng góp lớn cho nhiều lĩnh vực vật lý, có mối quan tâm rộng rãi trong các lĩnh vực khác và là những giáo viên truyền cảm hứng.

Nếu chúng ta tìm kiếm một thứ để tưởng nhớ Kelvin bởi, các nhà khoa học có thể chọn thang nhiệt độ tuyệt đối làm thành tựu đăng quang của anh ấy; các thành viên của công chúng có thể chọn cáp điện báo xuyên đại dương. Bài điếu văn của Russell, “Công việc của anh ấy sống và sẽ tiếp tục tồn tại”, không phù hợp với quy mô thành tựu của anh ấy.

BÌNH LUẬN

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây