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数学家及物理学家
开尔文(Kelvin,William Thomson , Baron) 苏格兰数学家及物理学家。1824年6月26日生于爱尔兰的贝尔法斯特;1907年12月17日卒于埃尔的拉格斯附近。 开尔文勋爵原名威廉·汤姆森。他的父亲是著名数学家,他从小是个神童,刚满八岁就爱听他父亲讲课。十一岁他上格拉斯哥大学,毕业时数学考第二名。他还只十几岁时就写了第一篇数学论文,这篇论文由一位年高望重的老教授宣读,因为在这么一个庄重的会议上让一个学生来演讲似乎不太严肃。1841年他进入剑桥大学。1845年毕业之后,汤姆森到巴黎去跟着雷尼奥作研究工作。 在当时,父与子都是大学教授,父亲是数学教授,儿子是自然哲学(科学的老式叫法)教授。小汤姆森当了半个多世纪的教授。他是首先不仅在讲堂上也在实验室里教授物理的人之一(他把教授住宅的原来的酒窖改装成实验室)。他讲课富有戏剧性,甚至有点离奇古怪,不同寻常。 1846年也就是他得到教授职位的那年,汤姆森宣布他根据基本物理学原理计算出了地球的年龄。他假定地球是从太阳中产生的。开始和太阳的温度一样,后来逐渐冷却下来。于是汤姆森证明地球达到现在的温度需要化费二千万到四亿年时间,可能一亿年左右。 这可把地质学家吓坏了,自从十年前赖尔使得他们受均变论原理以来,他们相信地球冷却需要更多的时间,在较长的时间里,地球多多少少都是在现在的温度之下。天文学观点及地质学观点的辩论,经历了半个世纪没有解决,直到放射性的发现才证明了地球还有不依赖于太阳的能源,它能不定期地保持地球的温度,甚至还能提高地球的温度。 当时,汤姆森的地球的短寿命学说加上亥姆霍兹同样的短寿命学说(也是根据另一种站不住脚的理由提出来的)却激起像内格利等生物学家考虑到“跳跃”式进化的可能性和使得进化过程加速,以及把生命史缩短成为几百万年。根据同样考虑也得到德符里斯的突变理论。 汤姆森对于热的现象很感兴趣,他是最早极力支持焦耳的人之一。事实上,汤姆森在很大程度上使得焦耳得以发表自己意见的适当机会。后来,他们合作研究出焦耳 – 汤姆森效应,它涉及当气体膨胀到真空中时,气体的温度如何降低。二三十年后杜瓦液化永久气体并获得超低温时,这是一个基本要素。(汤姆森也是最早支持法拉第的力线概念的人之一。) 查理曾发现,温度每降低一度,气体的体积就缩小0度时体积的1/273,汤姆林进一步研究其推论。他在1848年提出:不是气体的体积而是组成气体的分子的动能在 – 273摄氏度时变成零。事实上这对于所有物质的分子都对,因此汤姆森建议把 – 273摄氏度看作是绝对零度,在这个温度之下就无所谓温度。(现在绝对零度的数字是 – 273.18摄氏度。) 他更进一步提出一种新温标,其零度为绝对零度,其度数等于摄氏温标的刻度。这种温标称作绝对温标,或者为了纪念汤姆森(用他的爵位称号)称为开尔文温标。用这种温标所表示的温度简化为K。 绝对温标的观念很快就为大家所接受,因为在热力学中使用它非常方便。(兰金引进一种绝温标供英国工程师使用。)例如,卡诺证明热机所能作的最大功依赖于热机内的温差,如果用绝对温标,就可以简明地表示出这个关系。现在大家一致接受,在绝对零度时分子的运动能(或动能,这是汤姆森在1856年引进的词)实际上为零。麦克斯韦把分子的动能这个概念进一步发展,他用分子动能来解释温度,并且发展了气体动力论,其中热表现成为一种运动形式。 1851年汤姆森由卡诺的工作中推出下面的命题:一切能量都趋向于散逸成为热,也就是“衰退”成为没有用的形式。他把这种能量的连续的“衰退”描述为整个宇宙正在走向衰亡的信号。这是热力学第二定律的另外一种形式,这个概念类似于在大约同一时期克劳修斯更确切地提出的熵的概念。 这些年菲尔德正在把他的全部财产及心血投入敷设大西洋电缆上,而研究电缆所能通过的电信号的容量的正是汤姆森。他对于电缆及电流计的改进都有所贡献,若是没有这些改进,大西洋电缆根本没用。正是因为这方面的成就使他在1866年被授予爵士位。他还把贝尔发明的电话引进英国去。 他在晚年又做出许多发明,如航海罗盘的改进,新型测探仪,潮汐预报器,等等。1890年到1894年他任皇家学会主席。 科学家的命运有时是这样,他们年青时独辟蹊径,开创导向新概念的途径,而到晚年,被他们不能接受的更新的概念弄得糊里糊涂。 十九世纪八十年代,汤姆森停下来不再前进了。然而不到十年,第二次科学革命在全世界爆发,由此之后,任何十年内所发现的物理学的新事物都要比从牛顿到汤姆森两个世纪中的全部新事物还多。 汤姆森寿命很长足以看到这个革命的开端,但是他不能理解其伟大意义。一直到他八十多岁快到最后一口气时,这位年轻时是杰出的革命者的老人,还坚决反对新事物并激烈攻击象放射性原子在分裂或它以释放的能量来自原子内部等观念。 1892年汤姆森被晋封为拉格斯的开尔文男爵,这个头衔(来自格拉斯哥附近的开尔文河)无人继承,因为他没有后代。他葬于威斯敏斯特教堂,位于牛顿旁边。
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