何かについて話すことができ、それを数字で表現することができるとき、あなたはそれについて何かを知っています。数字で表現することができないとき、あなたの知識は貧弱で不十分な類のものです。それは知識の始まりかもしれませんが、あなたはあなたの思考において科学の段階に進んでいません。
William Thomson, 1st Baron Kelvinは、Belfast生まれのイギリス人数学物理学者兼エンジニアです。Glasgow大学で53年間自然哲学教授を務め、電気の数学的分析と熱力学の第一法則および第二法則の定式化に重要な貢献をし、現代的形態の物理学という新興分野の統一に尽力しました。1883年にロイヤルソサエティのCopley Medal を受賞し、1890～1895年の間その会長を務め、1892年にはイギリス人科学者として初めてHouse of Lordsに昇格しました。
絶対温度はケルビン単位で表され、彼の名誉を称えています。温度の下限である絶対零度の存在は彼の研究以前から知られていましたが、Kelvinはその正確な値がおよそ摂氏−273.15度またはファーレンハイト−459.67度であることを決定したことで知られています。Joule–Thomson効果も彼にちなんで名付けられています。
彼は数学教授Hugh Blackburnと密接に協力して研究を進めました。彼はまた電信エンジニアにして発明家としてのキャリアを持ち、それが彼を世間の注目を浴びさせ、彼の富、名声、名誉を確保しました。大西洋横断電信プロジェクトの業績により、1866年にVictoria女王からナイト爵位を授けられ、Sir William Thomsonとなりました。彼は広大な海事関連の利益を持ち、羅針盤の改良で最も有名です。それまで羅針盤の信頼性は限定的でした。
彼は1892年に熱力学における業績とアイルランド自治に対する反対を理由に貴族の地位を与えられ、Ayr州のLargsのBaron Kelvinとなりました。この称号はGlasgow大学のGilmorehillにある彼の研究室の近くを流れるRiver Kelvinを指しています。世界の著名な大学から高い地位の申し出を受けてもKelvinはGlasgowを離れることを拒否し、1899年に最終的にその職から引退するまで留まりました。産業研究開発に活発に携わり、1899年頃にGeorge Eastmanによって採用され、Eastman Kodakと関連するイギリス企業Kodak Limitedの取締役会副会長として務めました。1904年にGlasgow大学の総長になりました。
彼の邸宅はLargsの赤砂岩造の邸宅Netherhallで、1870年代に建設し、そこで亡くなりました。Glasgow大学のHunterian Museumには、Kelvinの研究に関する常設展示があり、多くの原論文、計器、喫煙パイプなどの工芸品が展示されています。
初期の人生と仕事
家族
William Thomsonの父であるJames Thomsonは、Royal Belfast Academical Institutionで数学とエンジニアリングの教師で、農民の息子でした。James Thomsonは1817年にMargaret Gardnerと結婚し、彼らの子どもたちのうち、4人の男の子と2人の女の子が乳幼児期を乗り越えました。Margaret Thomsonは1830年にWilliamが6歳の時に亡くなりました。
Williamとその兄James は自分たちの父親から家庭で家庭教師を受け、より若い男の子たちは年上の姉妹から家庭教師を受けました。Jamesは父親の励まし、愛情、財政的支援の大きな部分から利益を得ることが期待されており、エンジニアリングのキャリアの準備がされていました。
1832年、彼の父はGlasgowの数学教授に任命され、家族は1833年10月にそこに移動しました。Thomson家の子どもたちは、父親の農村的な育ちよりもはるかに広いコスモポリタンな経験を得て、1839年の中盤にLondonで過ごし、男の子たちはParisでフランス語の家庭教師を受けました。Thomsonの人生の多くの1840年代の中盤はGermanyとNetherlandsで費やされました。言語学習は高い優先度が与えられました。
彼の姉妹であるAnna Thomsonは、James Thomson Bottomley FRSE 1845–1926の母親でした。
青年時代
Thomsonは心臓の問題を抱えており、9歳の時にほぼ亡くなりかけました。彼はRoyal Belfast Academical Institutionに通い、そこで彼の父親が大学部門の教授でしたが、1834年に10歳の時にGlasgow Universityで研究を始めました。これは神童性のためではなく、大学は有能な生徒のための初等学校の施設の多くを提供しており、これは典型的な開始年齢でした。
学校では、Thomsonは科学への自然な関心と同様に古典への熱心な関心を示しました。12歳の時、彼はLucian of Samosataの「Dialogues of the Gods」をラテン語から英語に翻訳したことで賞を獲得しました。
1839/1840学年度に、Thomsonは「地球の形についての論文」で天文学のクラス賞を獲得しました。これは数学分析と創造性の初期の能力を示していました。この時の彼の物理学の家庭教師は彼の同名の人物、David Thomsonでした。
彼の人生を通じて、彼はこの論文で提起された問題に個人的なストレスの時期における対処戦略として取り組むことになりました。この論文のタイトルページで、Thomsonはalexander Popeの「人間論」から以下の行を書きました。これらの行はThomsonに科学の力と方法を使用して自然の世界を理解することを刺激しました：
さあ、素晴らしい生き物よ！科学があなたを導くところへ上りなさい。
地球を測定し、空気を計量し、潮汐を述べなさい。
惑星に何の軌道で走るべきかを指示しなさい。
古い時間を正しなさい、太陽を調整しなさい。
Thomsonはfourierの「Théorie analytique de la chaleur」に魅了され、イギリスの確立によって抵抗された「大陸」数学を研究することに自分自身を専念させました。それは依然としてSir Isaac Newtonの影の下で働いていました。当然のことながら、Fourierの著作は国内の数学者、Philip Kellandによって攻撃されており、批判的な著作を発表していました。この著作はThomsonに彼の最初の出版された科学論文をP.Q.Rという偽名で書き、Fourierを擁護し、彼の父親によってCambridge Mathematical Journalに提出するように動機付けました。2番目のP.Q.R.論文がすぐに続きました。
1841年にLaymlashの家族と一緒に休暇中に、彼は3番目のより実質的なP.Q.R.論文「均質な固体における熱の均一な動きについて、および電気の数学的理論との関連」を書きました。この論文で彼は熱伝導と静電気の数学的理論間の注目すべき関連を作った。James Clerk Maxwellは最終的にこのアナロジーを最も価値のある科学形成の考えの一つとして説明することになりました。
Cambridge
Williamの父は彼のお気に入りの息子の教育のための寛大な提供ができ、1841年に彼を紹介の広い手紙とふんだんな宿泊施設を備えて、Cambridge のPeterhouse に設置しました。Cambridge にいる間、Thomsonはスポーツ、運動、スカーリングで活動的でした。彼は1843年のColquhoun Scullsに勝利しました。彼はまた古典、音楽、文学に活発な関心を持ちました。しかし彼の知的人生の真の愛は科学の追求でした。数学、物理学、特に電気の研究は彼の想像力を魅了していました。1845年にThomsonはSecond Wranglerとして卒業しました。彼はまた、triposとは異なり、独創的な研究のテストであるFirst Smith's Prizeを獲得しました。試験官の一人であるRobert Leslie Ellisは、別の試験官に「あなたと私は彼のペンを修正するのにちょうど適しているだろう」と宣言したと言われています。
1845年に、彼は電気誘導が介在する媒質または「誘電体」を通じて行われ、いくつかの理解不可能な「作用距離」によってはいない というMichael Faradayの考えの最初の数学的発展を与えました。彼はまた電気画像の数学的手法を工夫しました。これは静電気の問題を解くための強力な手段になりました。静電気は静止時に電気的に帯電した物体間の力を扱う科学です。部分的には彼の励まし に応じて、Faradayは1845年9月に光と磁気および従って電気現象が関連していたことを確立したFaraday効果の発見につながった研究を行いました。
彼は1845年6月にSt. Peterの仲間に選出されました。Peterhouse はその時代に多くの場合そう呼ばれていました。フェローシップを得たとき、彼はParis の著名なHenri Victor Regnault の実験室でいくらか時間を費やしました。しかし1846年に彼はGlasgow大学の自然哲学の椅子に任命されました。22歳で、彼は国内で最も古い大学の一つで教授のガウンを着ていることに気付き、数年前に最初の学年の学生であったクラスに講義を行っていました。
熱力学
1847年までに、Thomsonはすでに先制的で独立的な科学者としての評判を得ていました。彼はOxford で British Association for the Advancement of Science の年次会議に出席しました。その会議で、彼はJames Prescott Jouleが、これまでのところ、熱のカロリック理論とSadi Carnotと Émile Clapeyron によって建設された熱エンジンの理論を信用しないための別のもう一つの効果のない試みをしているのを聞きました。Jouleは熱と機械的仕事の相互転換性と彼らの機械的等価性を主張しました。
Thomsonは興味深いが懐疑的でした。彼はJouleの結果が理論的説明を要求していると感じましたが、彼はCarnot-Clapeyron学派への更に深いコミットメントに後退しました。彼は、そうでなければ凍結時の膨張が永動機で利用できる可能性があるため、氷の融点は圧力で低下しなければならないと予測しました。彼の研究室での実験的確認は彼の信念を強化するのに大いに役立ちました。
1848年に、彼はCarnot-Clapeyron理論をさらに拡張しました。彼はガス温度計がのみ温度の操作定義を提供することに不満を持っていました。彼は絶対温度スケールを提案しました。このスケールでは、体A から温度T°でこのスケール、体B の温度T-1°に降りてくる単位の熱は、Tの数字が何であるかにかかわらず同じ機械的効果を与えるでしょう。そのようなスケールは任意の特定の物質の物理的性質から完全に独立しているでしょう。そのような「滝」を採用することによって、Thomsonはそれ以上の熱カロリックが移譲できない点に達することを仮定しました。絶対零度の点についてGuillaume Amontons は1702年に推測していました。Carnotによって1824年にフランス語で出版された「熱の動力に関する反省」、Lord Kelvinの生まれた年は、絶対零度温度の推定として−267を使用しました。Thomsonは、確立された測定に対してスケールをキャリブレートするためにRegnaultによって公開されたデータを使用しました。
彼の出版物では、Thomsonは以下を書きました：
熱（またはカロリック）の機械的効果への変換は、おそらく不可能であり、確かに未発見です
—しかし、脚注は彼がJouleの非常に注目すべき発見を参照して、カロリック理論についての彼の最初の疑いを知らせました。驚いたことに、Thomsonはジョーンに彼の論文のコピーを送っていませんでしたが、Jouleが最終的にそれを読んだとき、彼は10月6日にThomsonに手紙を書き、彼の研究が仕事への熱の変換を実証していたが、彼はさらなる実験を計画していたと主張しました。Thomsonは10月27日に返答し、彼が彼自身の実験を計画していることを明かし、彼らの2つのビューの和解を望んでいました。
Thomsonはcarnotの原始出版を批評に戻り、1849年1月にEdinburgh Royal Societyに彼の分析を読むため、まだ理論が基本的に健全であると確信していました。しかし、Thomsonが新しい実験を行わなかったが、次の2年間でCarnotの理論に対してますます不満になり、Jouleの確信が増しました。1851年2月に彼は彼の新しい考えを表現するために座った。彼は理論をフレーミングする方法が不確かでした。その論文は、彼がCarnotと Jouleを和解させることが試みられた前にいくつかの草稿を経過しました。彼の書き直しの間に、彼はその後、熱力学の第二法則を与えるであろう考えを検討しているようです。Carnotの理論では、失われた熱は絶対に失われていましたが、Thomsonはそれが「人間に回復不可能に失われた。しかし物質世界では失われていない」と主張しました。さらに、彼の神学的な信念は宇宙の熱死についての推測につながりました。
物質世界の傾向は、動きが拡散することであると私は信じています。そして全体として、集中の逆が徐々に起こっています。太陽から放出された熱を回復することができるいかなる物理的作用もないと私は信じています。また、このソースは枯渇していません。地球と他の惑星の動きは、熱に変換されるvis vivaを失っています。そして例えば太陽から受け取った熱によって、または他の手段によって、地球にいくらかのvis vivaが復元されるかもしれませんが、損失は正確に補償されることはできず、それが過小補償されている可能性が高いと思います。
補償には創造的な行為または同様の力を持つ行為が必要でしょう。
最終出版では、Thomsonは根本的な出発から後退し、「熱の動力のすべての理論は、Jouleにそれぞれ起因する2つの提案、およびCarnotと Clausius に基づいています」と宣言しました。Thomsonは第二法則の形式を述べるために行きました：
無生物の物質代理店の手段によって、機械的効果を導き出すことは不可能です。
