Уильям Томсон родился в столице Северной Ирландии — Белфасте 26 июня 1824 г. Его отец, шотландец, после смерти жены в 1830 г. перебрался с двумя сыновьями в Глазго, где занял должность профессора математики в местном университете. Дети получили прекрасное домашнее образование. В возрасте 8 лет Уильям начал посещать лекции отца, а в 10 лет был зачислен слушателем университета.
Будучи состоятельным человеком, отец много путешествовал с сыновьями, К 12 годам Уильям владел четырьмя или пятью языками. Совершенствование знаний в области математики продолжалось в Кембриджском университете (1841—1845). Пятнадцатилетний студент начал писать публиковать собственные работы. Его первая опубликованная статья появляется в Cambridge Mathematical Journal в мае 1841 г. Это была защита и разъяснение некоторых фундаментальных теорем из «гармонического анализа» Фурье.
Рано проявив математические способности, Томсон стал великолепным математиком и одновременно хорошо ознакомился с современным состоянием физики.
Джеймс, Маргарет с Джанет, Хелен, Пегги, Уильям-младший, Уильям-старший (слева направо)
Достигнутые результаты не связаны с какими-либо ограничениями в личной жизни, затворничеством и т. д. Томсон, в жизнь, был весел, общителен, много путешествовал и старался не ограничивать себя ни в чем. Успех сопутствовал ему.
Свое искусство экспериментатора Томсон за несколько месяцев отшлифовал в лаборатории известного французского физика, члена Парижской академии наук Анри Виктора Реньо (1810—1878), занимавшего тогда должность профессора Коллеж де Франс. Томсон очень высоко ценил полученные навыки.
Учеба закончилась, и тут же освободилась должность заведующего кафедрой физики университета в Глазго, на которую в 1846 г. избрали 22-летнего Уильяма Томсона. Профессорскую работу ученый закончил в почтенном возрасте — 1 октября 1899 г., но научной работой занимался до конца жизни. Университет отметил заслуги Томсона, избрав его в 1904 г. президентом.
Уильям Томсон, 1869 г.
Научные интересы Томсона весьма разнообразны. Много времени он уделял решению инженерных задач. Достаточно отметить, что ученый занимался вопросами математики, термодинамики, электротехники, связи, газо- и гидродинамики, астро- и геофизики. Всего им написано более 650 трактатов, мемуаров и т. д.
Труды по электростатике, электричеству и магнетизму стали выходить с 1845 г. С началом преподавательской деятельности Томсону пришлось заняться постановкой демонстрационных экспериментов, а с приобретением опыта он стал проводить экспериментальные проверки собственных теоретических изысканий. Результаты теоретических и экспериментальных работ часто обсуждались с такими крупными учеными, как М. Фарадей и Д. Максвелл.
Часто бывает, что слова приписываются конкретным фигурам, которые никогда их не произносили. Уильяма Томсона, более известного как лорд Кельвин, ни один суд не освободит от обвинения в том, что он объявил в 1900 году смерть физики… хотя на самом деле он этого никогда не делал. Согласно распространенной версии и в свете больших успехов, достигнутых физикой в конце девятнадцатого века, в 1900 году Кельвин обратился к Британской ассоциации содействия развитию науки со следующими словами: «Ничего нового в физике сейчас не обнаружено. Все, что остается, - это все более точные измерения». Научная траектория Кельвина не похожа на траекторию человека, склонного к ошибкам суждения такого масштаба. Его привилегированное место на научном Олимпе обеспечено его многочисленными заслугами.
Сегодня его имя особенно известно как эпоним единицы измерения температуры в Международной системе, обозначение, которое чтит его точное вычисление абсолютного нуля около -273,15 градуса по Цельсию. Но его вклад был существенным в формировании термодинамики, в развитии математической формулировки электричества и проложив путь к пониманию взаимосвязи между материей и энергией.
Его работа изобретателя и инженера привела его к совершенствованию навигационных компасов, и, прежде всего, он получил известность и богатство благодаря своей работе в области телеграфии и его усилиям по продвижению проекта трансатлантического кабеля.
Уильям Томсон (лорд Кельвин) со своим компасом, 1902 год
В этой короткой биографической статье основное внимание сделаем на труды ученого в области электросвязи.
Первых существенных практических результатов Томсон достиг в процессе участия в строительстве трансатлантической телеграфной линии.
В течение нескольких лет после изобретения телеграфа Морзе (1844 г.) страны Европы и Северной Америки покрылись густой сетью телеграфных линий, а вот рынки сбыта и источники сырья на других континентах оказались вне досягаемости средств связи.
Непорядок! Появился план строительства телеграфной линии между США и Западной Европой через Аляску, Берингов пролив и Сибирь. Предприятие лопнуло в самом начале: заработала трансатлантическая телеграфная линия, и в этом событии во многом "виноват" У. Томсон.
Первая попытка прокладки трансатлантического кабеля в 1857 г. закончилась неудачей — оборвался кабель. Томсон сразу начал исследовать его параметры, дал рекомендации по улучшению конструкции.
Несколько ранее (1856) он доказал, что скорость распространения сигнала в кабеле обратно пропорциональна его сопротивлению и электрической емкости. В 1858 г. для регистрации слабых телеграфных сигналов ученый изобретает зеркальный гальванометр, на который девятью годами позже получает патент.
Томсон сам принимает участие в прокладке второго трансатлантического кабеля, находясь на "Грейт Истерн" — крупнейшем судне того времени (1865). Позже им было изобретено устройство для автоматической записи телеграмм, получившее название сифон-рекордер.
Впервые Томсон начал заниматься вопросами электросвязи в 1856 г., войдя в состав научных сотрудников "Атлантической телеграфной компании", и продолжал заниматься вопросами телеграфии, а затем и телефонии всю жизнь.
Кабельный телеграф дал толчок научным электрическим измерениям (определения сопротивления меди и изоляции, а также емкости кабелей).
Грейт Истерн (Great Eastern) было самым большим судном в мире, когда оно проложило первый трансатлантический кабель в 1866 году. Железное судно было 211 метров в длину и перевозило более 1000 километров кабеля.
Телеграфный кабель на "Грейт Истерн"
Погрузка трансатлантического телеграфного кабеля на "Грейт Истерн", 1866 г.
Телеграфный сифонный регистратор производства Muirhead & Co. Ltd. с кабельной станции Баллингскеллигс в Ирландской Республике. Эта станция была открыта в 1873 году, всего через девять лет после грандиозного путешествия "Грейт Истерн", которое проложило первый успешный подводный кабель через Атлантику. Регистратор сифона был изобретен лордом Кельвином в 1867 году для использования с новым трансатлантическим телеграфным кабелем.
Двигатель Уильяма Томсона, 1871 г
Вольтметр Уильяма Томсона, ранний прибор для измерения разности потенциалов, примерно в середине 1880-х годов
Все достижения ученого и изобретателя в маленькой заметке, конечно, перечислить невозможно, но нельзя не вспомнить формулу Томсона, полученную в 1853 г. для расчета резонансной частоты колебательного контура.
Его внимание также привлекла передача и распределение электроэнергии. В 1879 году, давая показания об электрической передаче перед парламентским комитетом, он показал, что можно передавать с экономией 21 000 л.с. под напряжением 80 000 вольт на расстояние 300 миль. Два года спустя он представил Британской ассоциации доклад «Экономика металлических проводников электричества».
В 1890 году он был назначен председателем Международной Ниагарской комиссии, которая изучила, отчиталась и присудила призы планам по выработке и передаче электроэнергии от Ниагарского водопада.
Уильям Томсон связан с меньшим предприятием того же характера, находящимся недалеко от его дома, - выработкой электроэнергии у водопада Фойе и ее использованием для производства алюминия Британской алюминиевой компанией.
Можно с уверенностью сказать, что никто не изобрел больше него различных электрических измерительных приборов для стандартного, лабораторного или коммерческого использования.
Электроизмерительные приборы Уильяма Томсона
Труды Томсона всегда находили быстрое признание, награды не заставляли ждать. В 1846 г. он избирается членом Эдинбургского, а через пять лет — Лондонского королевских обществ. Единственные печальные события: смерть отца (1849) во время эпидемии холеры и смерть жены (1870).
Эксплуатация 70 патентов, работа в качестве консультанта во многих компаниях (в том числе и в фирме "Маркони") позволяли не стесняться в средствах. В 1870 г. Томсон приобрел роскошную яхту "Лалла Рух" водоизмещением 126 т. Несколько позднее (1874) на купленной усадьбе Нисерголл близ устья реки Клайд (Шотландия) он возвел замок. Значительное время отводилось заграничным путешествиям. Во время одного из них ученый посетил Одессу и Севастополь.
Лорд Кельвин на яхте "Лалла Рух" 1899 г.
В 1858 г. за успехи в прокладке кабеля муниципалитет Глазго присваивает Томсону рыцарское звание. В 1892 г. за большие научные достижения королева Виктория жалует ему титул пэра Англии. Так сэр Томсон превратился в лорда Кельвина. Фамилия выбрана по названию реки, на берегу которой стоит университет Глазго.
Новый лорд автоматически стал членом Палаты лордов с 1892 г., где занимался вопросами высшего образования, техники, введения метрической системы в стране. Он был членом и председателем многих научных обществ мира, в т. ч. состоял почетным членом Петербургской академии наук, награжден многими почетными медалями.
В 1884 году Гейдельбергский университет на праздновании своего трехсотлетнего юбилея, желая присвоить ему почетную степень и обнаружив, что единственная имеющаяся в их распоряжении степень доктора медицины, которой он еще не имел, вручил ему этот диплом.
Франция назначила его Великим офицером Почетного легиона. Четыре раза он был президентом Королевского общества Эдинбурга (национальной академия науки и литературы Шотландии) и дважды президентом Института инженеров-электриков.
В конце века, не имеющего себе равных в мировой истории по прогрессу цивилизации и науки, оглядываясь назад и прослеживая рост старых, начало и развитие новых наук и тесный союз теории и практики, который доказал это принося пользу человечеству, мы видим повсюду и на каждом этапе заметную работу одного универсального гения - Уильяма Томсона, впоследствии сэра Уильяма Томсона, а теперь - лорда Кельвина.
Уильям Томсон, лорд Кельвин, читает свою последнюю лекцию в Университете Глазго, 1 октября 1899 г.
Университет Глазго, 1899 г.
Лорд и леди Кельвин с выдающимися инженерами компании General Electric, около 1900 года. На снимке также изображены Т. Коммерфорд Мартин, Эдвин У. Райс-младший, Чарльз П. Штейнмец и Элиу Томсон.
Работы лорда Кельвина получили всемирное признание. На празднование 50-летнего юбилея его профессорской деятельности съехалось 2500 гостей. Чествование длилось три дня.
В конце жизни Кельвин был избран президентом Лондонского королевского общества (1900—1905), должность, которую когда-то занимал Ньютон. Последние два года в борьбе с болезнями провел в Нисерголле, где и скончался 17 декабря 1907 г. Похоронен в Вестминстерском аббатстве вблизи могилы Ньютона.
В 1924 г. широко отмечалось 100-летие со дня рождения ученого. Шестой номер журнала "Электричество", полностью посвященный Кельвину, вышел с красной надписью на обложке: "Lord Kelvin number".