当你能够衡量你所谈论的事物，并用数字表达它时，你对它有所了解；当你不能用数字表达它时，你的知识是贫乏和不令人满意的；它可能是知识的开始，但你在思想上几乎还没有进入科学的阶段。
William Thomson, 1st Baron Kelvin是一位英国数学物理学家和工程师，出生于Belfast。他在格拉斯哥大学担任自然哲学教授长达53年，在电学的数学分析和热力学第一定律和第二定律的制定方面做了重要工作，并在很大程度上推动了现代物理学这一新兴学科的统一。他于1883年获得皇家学会的Copley Medal，担任其主席1890–1895年，并在1892年成为第一位被提升为上议院的英国科学家。
绝对温度的单位开尔文是以他的名字命名的。虽然温度下限绝对零度的存在早在他的工作之前就为人所知，但Kelvin因确定其正确值（约为−273.15摄氏度或−459.67华氏度）而闻名。焦耳-汤姆逊效应也以他的名字命名。
他在研究工作中与数学教授Hugh Blackburn紧密合作。他还从事电报工程师和发明家的职业，这使他进入公众视野并确保了他的财富、名声和荣誉。由于他在跨大西洋电报项目上的工作，他于1866年被Queen Victoria授予爵位，成为Sir William Thomson。他在海事方面有广泛的利益，最著名的是他在水手罗盘上的工作，该罗盘之前可靠性有限。
他因在热力学方面的成就以及他反对爱尔兰自治而在1892年被封爵，成为Baron Kelvin, of Largs in the County of Ayr。该头衔指的是River Kelvin，它流经他在格拉斯哥大学Gilmorehill的实验室，位于Hillhead。尽管获得了来自几所世界著名大学的高级职位，但Kelvin拒绝离开Glasgow，一直留到他在1899年最终退休。作为工业研究和开发的积极参与者，他大约在1899年被George Eastman招募，担任英国公司Kodak Limited（与Eastman Kodak相关）董事会的副主席。1904年他成为格拉斯哥大学的校长。
他的家是红砂岩豪宅Netherhall，位于Largs，他在1870年代建造了这座宅邸，并在那里去世。格拉斯哥大学的Hunterian Museum有一个关于Kelvin工作的常设展览，包括他的许多原始论文、仪器和其他文物，如他的烟斗。
早年生活和工作
家族
William Thomson的父亲James Thomson是Royal Belfast Academical Institution的数学和工程教师，也是一位农民的儿子。James Thomson在1817年与Margaret Gardner结婚，他们的六个孩子中有四个男孩和两个女孩活过了幼年。Margaret Thomson在1830年去世，当时William只有六岁。
William和他的哥哥James由他们的父亲在家中受教，而年幼的男孩们则由他们的姐姐教导。James被期望从他父亲的主要鼓励、感情和经济支持中受益，并为工程职业做准备。
1832年，他的父亲被任命为Glasgow的数学教授，全家在1833年10月搬到了那里。Thomson的孩子们比他们父亲的农村背景获得了更广泛的国际化经历，在1839年中期在London度过了一段时间，男孩们在Paris被教导法语。Thomson生活中的大部分1840年代中期是在Germany和Netherlands度过的。语言学习被给予了高度的优先权。
他的妹妹Anna Thomson是James Thomson Bottomley FRSE 1845–1926的母亲。
青年时期
Thomson患有心脏问题，在9岁时几乎死亡。他在Royal Belfast Academical Institution就学，他的父亲是那里大学部门的教授，然后在1834年开始在Glasgow University学习，当时他只有10岁，这不是因为任何早熟；大学为有才能的学生提供了许多小学设施，这是一个典型的入学年龄。
在学校里，Thomson对古典文学表现出了浓厚的兴趣，同时也对科学感兴趣。12岁时，他因将Lucian of Samosata的《诸神对话》从拉丁文翻译成英文而赢得了奖项。
在1839/1840学年，Thomson因其题为《地球图形论文》的论文赢得了天文学班级奖，该论文展现了早期的数学分析和创意能力。他当时的物理导师是他的同名人David Thomson。
在他的整个生活中，他会在个人压力时期以这篇论文中提出的问题作为应对策略来工作。在这篇论文的标题页上，Thomson写下了以下来自Alexander Pope的《人论》的诗句。这些诗句激励Thomson用科学的力量和方法来理解自然界：
去吧，奇妙的生物！爬升科学指引之处；
去测量地球，称量空气，并陈述潮汐；
指导行星在什么轨道上运行。
纠正旧时光，并调节太阳；
Thomson被Fourier的《热的解析理论》吸引，并致力于研究被仍然在Sir Isaac Newton影子中工作的英国建立所抵制的"大陆"数学。不出所料，Fourier的工作受到了国内数学家Philip Kelland的攻击，他撰写了一本批评性著作。这本书促使Thomson用化名P.Q.R.写下了他第一篇发表的科学论文，为Fourier辩护，并由他的父亲提交给Cambridge Mathematical Journal。第二篇P.Q.R.论文几乎紧随其后。
1841年在Lamlash与家人度假时，他写了第三篇更为实质性的P.Q.R.论文《齐次固体中热的均匀运动及其与电学的数学理论的联系》。在这篇论文中，他在热传导和静电的数学理论之间建立了非凡的联系，这种类比最终被James Clerk Maxwell描述为最有价值的科学形成思想之一。
Cambridge
William的父亲能够为他最喜爱的儿子的教育提供慷慨的经费，1841年，他安排他进入Cambridge的Peterhouse，并提供了大量介绍信和充足的住宿。在Cambridge期间，Thomson积极参加运动、体育和划船，于1843年赢得了Colquhoun Sculls。他还对古典文学、音乐和文学产生了浓厚的兴趣；但他智力生活的真正热爱是对科学的追求。数学、物理学的研究，特别是电学的研究，吸引了他的想象力。1845年Thomson以Second Wrangler的身份毕业。他还赢得了First Smith's Prize，不同于tripos，这是一项原始研究的考试。考官之一Robert Leslie Ellis据说对另一位考官说："你和我不过是勉强能够削他的笔。"
1845年，他首次给出了Michael Faraday的思想的数学发展，即电感应通过介质或"介电常数"发生，而不是通过某种难以理解的"远距离作用"。他还发明了电像法的数学技术，它成为解决静电问题的有力工具，即处理静止时带电体之间的力的科学。部分是由于他的鼓励，Faraday在1845年9月进行了导致Faraday效应发现的研究，该效应证实了光和磁以及因此电现象是相关的。
1845年6月，他被选为St. Peter's（Peterhouse当时常被称为这样）的研究员。获得研究员身份后，他在著名的Henri Victor Regnault在Paris的实验室中花了一些时间；但在1846年他被任命为格拉斯哥大学自然哲学的主席。22岁时，他发现自己穿着该国最古老的大学之一教授的长袍，向他几年前作为一年级学生时的班级授课。
热力学
到1847年，Thomson已经获得了作为神童和特立独行科学家的声誉，当时他参加了在Oxford举行的英国科学促进协会年会。在那次会议上，他听到了James Prescott Joule进行的另一次尝试，到目前为止都是无效的，试图推翻热的热素理论以及由Sadi Carnot和Émile Clapeyron建立的热机理论。Joule主张热和机械功的相互转换性及其机械等当性。
Thomson被吸引但怀疑。虽然他觉得Joule的结果需要理论解释，但他更深地沉浸于对Carnot-Clapeyron学派的承诺中。他预测冰的熔点必须随着压力而下降，否则其冻结时的膨胀可以在永动机中被利用。他实验室中的实验确认在很大程度上加强了他的信念。
1848年，他对Carnot-Clapeyron理论进行了进一步的扩展，原因是他对气体温度计仅提供温度的操作定义感到不满。他提出了一个绝对温度标度，在该标度中，从温度为该标度的T°的物体A降至温度为T−1°的物体B的单位热量将产生相同的机械效应，无论T的数字是什么。这样的标度将完全独立于任何特定物质的物理性质。通过采用这样的"瀑布"，Thomson推测会达到一个点，其中不能再传递热量热素，即Guillaume Amontons在1702年推测过的绝对零度点。Carnot在1824年（Lord Kelvin出生的年份）用法文发表的《热的驱动力的思考》使用−267作为绝对零度温度的估计。Thomson使用Regnault发表的数据将他的标度与既定的测量相校准。
在他的出版物中，Thomson写道：
热（或热素）向机械效应的转换可能是不可能的，肯定是未被发现的
——但脚注标志着他对热素理论的第一次怀疑，指的是Joule非常出色的发现。令人惊讶的是，Thomson没有向Joule发送他的论文副本，但当Joule最终读到它时，他在10月6日写信给Thomson，声称他的研究已经证明了热向功的转换，但他正在计划进一步的实验。Thomson在10月27日回复，透露他正在计划自己的实验，并希望调和他们的两种观点。
Thomson回到批评Carnot的原始出版物，并在1849年1月向Edinburgh皇家学会阅读了他的分析，仍然确信该理论在基础上是合理的。然而，虽然Thomson没有进行新的实验，但在接下来的两年里，他变得越来越对Carnot理论感到不满，并被Joule的理论所说服。1851年2月，他坐下来表达他的新思想。他对如何构建他的理论感到不确定，这篇论文在他最终决定尝试调和Carnot和Joule之前经过了几次草稿。在他的重写过程中，他似乎考虑了随后会导致第二热力学定律的思想。在Carnot的理论中，失去的热是绝对失去的，但Thomson主张它是"对人类不可挽回地失去的；但在物质世界中并未失去"。此外，他的神学信念导致了关于宇宙热死亡的推测。
我相信物质世界的趋势是运动变得分散，作为一个整体，浓缩的反面逐渐发生——我相信没有物理作用可以恢复从太阳发出的热，并且这个来源不是无穷无尽的；同样地球和其他行星的运动正在失去活力，这被转换成热；虽然一些活力可能通过从太阳接收的热或通过其他手段恢复到地球，或者通过其他手段，但这个损失不能得到精确补偿，我认为它可能是补偿不足的。
补偿需要创造行为或具有类似权力的行为。
在最终出版中，Thomson从根本上背离了，并宣称"热的驱动力的整个理论建立在...两个...命题上，分别由Joule和Carnot及Clausius提出"。Thomson继续陈述了第二定律的一种形式：
不可能通过无生命物质代理的手段从
