William Thomson

Narodil se ve skotsko-irské středostavovské rodině. Jeho otec James Thomson (1786–1849) byl profesorem matematiky a inženýrství na Královském akademickém institutu v Belfastu. Williamova matka Margaret zemřela v roce 1830, když mu bylo 6 let.[2] O tři roky později se James Thomson se svými šesti dětmi odstěhoval do Glasgowa, kde získal prestižní místo profesora matematiky na Glasgowské univerzitě.

William zpočátku navštěvoval Královský akademický institut v Belfastu, kde jeho otec přednášel. V roce 1834 nastoupil ve svých deseti letech na Glasgowskou univerzitu. Nebylo to kvůli jeho předčasné vyspělosti, ale protože univerzita nabízela nadaným žákům základní školy řadu vynikajících možností. William hned zpočátku projevoval intenzivní zájem o klasické a přírodovědné předměty. Ve dvanácti letech vyhrál cenu za překlad Lúkianových Rozhovorů bohů z latiny do angličtiny. V akademickém roce 1839/1840, tedy ve svých patnácti letech, získal cenu z astronomie a byl oceněn medailí za Esej o tvaru Země, v níž předvedl nadání pro matematickou analýzu a tvořivost.

Thomsona velice zaujala Fourierova Analytická teorie tepla pojednávající o šíření tepla, a proto se pustil do studia „kontinentální“ matematiky, jíž se britští matematici, kteří pracovali ještě stále ve stínu Isaaka Newtona, vzpírali. Nepřekvapí proto, že tito lidé Fourierovu práci napadali. V jejich čele stál anglický matematik Philip Kelland, jehož kritická kniha přiměla Thomsona v roce 1841 k sepsání jeho prvního vědeckého pojednání,[3] v němž pod pseudonymem P.Q.R. hájil Fouriera. Thomsonovu práci postoupil Cambridžskému matematickému časopisu jeho otec. Druhé pojednání od P.Q.R. následovalo téměř okamžitě.[4] V době, kdy byl téhož roku s rodinou na prázdninách na ostrově Arran ve Skotsku, sepsal coby P.Q.R. třetí, obsažnější pojednání nazvané O rovnoměrném šíření tepla v homogenních pevných látkách a jeho souvislosti s matematickou teorií elektřiny.[5] V tomto pojednání provedl pozoruhodné porovnání mezi matematickými teoriemi vedení tepla a elektrostatiky, což vedlo skotského fyzika Jamese Clerka Maxwella k tomu, že tuto analogii označil za jednu z nejcennějších myšlenek, jež formovaly vědu.[6]

V roce 1841 byl přijat na kolej Peterhouse Univerzity v Cambridgi. Během studia se aktivně věnoval sportu, zejména atletice a veslování, v němž vynikl a roku 1843 vyhrál univerzitní veslařský závod Colquhoun Sculls.[7] Živě se rovněž zajímal o klasickou hudbu – byl jedním ze zakladatelů Hudební společnosti Univerzity v Cambridgi – a o literaturu, avšak zdaleka nejvíc ho přitahovala věda. Jeho představivost upoutalo studium matematiky, fyziky, a zejména elektřiny. V roce 1845 absolvoval jako druhý z ročníku[8] a získal bakalářský titul. Vyhrál rovněž Smithovu cenu, což byla cena udělovaná za originální výzkum v matematice a fyzice. Jeden ze zkoušejících, anglický polyhistor Robert Leslie Ellis, prý poznamenal ke kolegovi zkoušejícímu: „Vy a já mu můžeme tak akorát ostřit pero.“[9]

Roku 1845 navrhl první matematické rozpracování myšlenky Michaela Faradaye, že elektrická indukce probíhá prostřednictvím vložené látky neboli dielektrika, a nikoli nějakou nepochopitelnou „akcí na dálku“. Navrhl rovněž matematickou metodu elektrického zobrazování, jež se stala účinným prostředkem při řešení problémů elektrostatiky – vědy, která se zabývá silami působícími mezi elektricky nabitými tělesy, jež jsou v klidovém stavu. Zčásti právě díky Thomsonovu povzbuzení se Faraday pustil v září 1845 do výzkumu, který vedl k objevu Faradayova efektu, jenž prokázal, že světelné a magnetické – a tedy elektrické – jevy spolu souvisejí.

V červnu 1845 byl zvolen členem koleje Peterhouse.[10] V té době se soustředěně věnoval studiu práce George Greena Aplikace matematické analýzy na teorie elektřiny a magnetismu z roku 1828, jež na něj měla značný vliv.[11].

V rámci stáže související s členstvím v Peterhousu strávil nějaký čas v pařížské laboratoři fyzika a chemika Henriho Victora Regnaulta, kde se věnoval kalorimetrii. V Paříži se setkal s řadou významných francouzských matematiků a vědců, mimo jiné s Augustinem Louisem Cauchym, Jacquem Charlesem Françoisem Sturmem, Jean-Baptistem Biotem a Josephem Liouvillem, který jej povzbuzoval, aby spojil teorie Michaela Faradaye, Charles-Augustina Coulomba a Siméona Denise Poissona. Jeho pařížský pobyt přerušilo jmenování profesorem přírodní filosofie na Glasgowské univerzitě v roce 1846. Bylo mu tehdy pouhých 22 let. Do svých vysokoškolských kurzů zavedl laboratorní práce a zřídil fyzikální laboratoře zvlášť pro tyto účely. Nejlepší studenty se snažil motivovat a povzbuzovat udělováním cen za dobré výsledky.

Srovnání stupnic Fahrenheita, Celsia a Kelvina:
Boiling point = bod varu
Freezing point = bod mrazu
Absolute zero = absolutní nula

Do roku 1847, kdy se Thomson zúčastnil každoročního shromáždění Britské asociace pro pokrok ve vědě v Oxfordu, již získal pověst předčasně vyspělého a nezávislého vědce. Během tohoto shromáždění vyslechl další z do té doby bezvýsledných pokusů Jamese Prescotta Joulea, jimiž se snažil zpochybnit takzvanou kalorickou teorii, která hlásala, že teplo je tvořeno jistou formou tekutiny, a teorii tepelného stroje založenou na kalorické teorii Nicolasem Léonardem Sadim Carnotem a Émilem Clapeyronem. Joule obhajoval vzájemnou převoditelnost tepla a mechanické práce a jejich mechanickou rovnocennost. Thomsona to zaujalo, zůstal však skeptický, neboť cítil, že Jouleovy výsledky potřebují teoretický výklad.

Zahloubal se proto usilovněji do studia Carnot-Clapeyronovy teorie, kterou roku 1848 dále rozvinul. Představil svoji absolutní teplotní stupnici[12] založenou na této teorii a dál pokračoval v publikování esejí pojednávajících o dynamické teorii tepla. Významnou měrou se rovněž podílel na odvození zákonů termodynamiky.

Thomson se vrátil ke kritice Carnotovy původní publikace a v lednu 1849 přednesl svoji analýzu na zasedání Edinburské královské společnosti.[13] V únoru 1851 se pustil do práce ve snaze sladit Carnotovy vývody s Jouleovými. Při té příležitosti se zabýval myšlenkami, které daly následně vzniknout druhému termodynamickémz zákonu. V Carnotově teorii bylo ztracené teplo absolutně ztraceno, Thomson však tvrdil, že se „nenávratně ztratilo člověku, nikoli však v materiálním světě“. Jeho teologické smýšlení jej navíc vedlo k tomu, aby druhý termodynamický zákon extrapoloval do vesmíru, což dalo zrod myšlence tepelné smrti vesmíru.

V roce 1851 byl Thomson zvolen členem Královské společnosti.

Převážně písemná spolupráce s Jamesem Prescottem Joulem v letech 1852–1856 vedla mimo jiné k objevu Jouleova–Thomsonova jevu. Publikované výsledky této spolupráce[14] měly velký vliv na všeobecné přijetí Jouleovy práce a kinetické teorie.

William Thomson publikoval více než 650 vědeckých pojednání[15] a přihlásil na 70 patentů (ne všechny byly přijaty).

Poté co 17. června 1870 zemřela po 17 let trvající vysilující nemoci Thomsonova manželka Margaret, rozhodl se provést ve svém životě změny. Jako milovník mořeplavby zakoupil v září 126tunový škuner Lalla Rookh a používal ho jak pro pobavení svých přátel a vědeckých kolegů, tak jako plovoucí laboratoř pro testování svých námořních kompasů a dalších navigačních přístrojů.[32][33]

V červnu 1873 se Thomson s profesorem Fleemingem Jenkinem plavili na palubě kabelové lodi Hooper, která mířila do Lisabonu se 4000 km kabelu, když se na pokládaném kabelu objevil defekt. Následovala neplánovaná 16denní zastávka na Madeiře, během níž se Thomson spřátelil s Charlesem Blandym a jeho třemi dcerami. Poté se 2. května následujícího roku vydal na svém škuneru Lalla Rookh zpět na Madeiru, a když vplouval do přístavu, signalizoval směrem k Blandyho rezidenci dotaz: „Vezmete si mě?“ Blandyho dcera Fanny (Frances Anna Blandyová) odpověděla stejným způsobem: „Ano.“ Thomson se s Fanny, která byla o 13 let mladší než on, oženil 24. června téhož roku. V roce 1874 začal William Thomson rovněž budovat své venkovské sídlo Netherhall. Byla to usedlost z červeného pískovce ve skotském Largsu, v níž také posléze zemřel.

Roku 1892 byl sir William Thomson byl povýšen na barona a ustanoven členem Sněmovny lordů. Byl mu udělen titul Lord Kelvin, baron z Largsu.[34] Vzhledem k tomu, že nezanechal žádné potomky, šlechtický titul po jeho smrti zanikl. Jako lord Kelvin dostal velký počet vyznamenání po celém světě. Pokračoval ve vývoji a patentování elektrických měřících zařízení.

Přes lákavé nabídky z několika významných univerzit zůstal věrný Glasgowu. Na postu profesora přírodních věd na zdejší universitě působil dlouhých 53 let až do svého odchodu do důchodu v roce 1899.[16] Téhož roku jej vzhledem k jeho činnosti v oblasti výzkumu a vývoje podnikatel a vynálezce George Eastman povolal za místopředsedu britské pobočky společnosti Kodak.[35]

Roku 1904 se stal kancléřem Glasgowské univerzity.[16]

Lord Kelvin zemřel 17. prosince 1907 ve své usedlosti v Largsu.[36] Byl pohřben ve Westminsterském opatství v Londýně vedle ostatků Isaaka Newtona. Patřil mezi nejvlivnější vědce devatenáctého století – Newton tuto pozici zaujímal v sedmnáctém a Einstein ve dvacátém století. William Thomson po sobě zanechal neuvěřitelných 661 vědeckých publikací a 70 patentů. Díky využití jeho teorií stále vznikají nové vynálezy i dnes, zejména v oblasti dějů při velmi nízkých teplotách. Kelvinovo jméno nám připomíná jeho teplotní stupnice, mrakové formace (Kelvinovy-Helmholtzovy oblaky, Kelvinova–Helmholtzova nestabilita a mořské a atmosférické vlny (Kelvinovy vlny).

• V roce 1847 se stal členem Edinburské královské společnosti. Roku 1861 získal její Keithovu cenu a v roce 1887 její Gunningovu jubilejní cenu královny Viktorie. V letech 1873–1878, 1886–1890 a 1895 až do své smrti v roce 1907‎ pak byl prezidentem společnosti.
• V roce 1851 se stal členem Královské společnosti‎, načež v roce 1856 obdržel její Královskou medaili a v roce ‎‎1883 její Copleyho medaili. V letech 1890 až 1895 pak byl jejím prezidentem.‎ Roku 1851 se rovněž stal zahraničním členem Královské švédské akademie věd.
• Roku 1858 se stal čestným členem Královské učitelské společnosti a v roce 1859 čestným členem Skotského spolku inženýrů a loďařů.
• V roce 1866 povýšen do rytířského stavu.[37]
• Roku 1871 byl prezidentem Britské asociace pro pokrok ve vědě.
• V roce 1873 se stal komturem brazilského Císařského řádu růže.
• Roku 1872 byl zvolen členem Americké akademie umění a věd.
• V roce 1876 se stal teprve třetím vědcem, který obdržel italskou ‎‎Matteucciho medaili za přínos pro fyziku.
• Roku 1877 byl přijat do Francouzské akademie věd.[38] ‎ ‎Téhož roku se rovněž stal dopisujícím členem Ruské akademie věd v Petrohradě.[39]
• V roce 1881 se stal komandérem francouzského Řádu čestné legie a roku 1889 jeho velkodůstojníkem.
• Roku 1883 byl přijat do americké Národní akademie věd.
• V roce 1884 obdržel pruský řád Pour le Mérite za vědu a umění.
• V roce 1887 se stal členem ‎‎Německé akademie věd Leopoldina.[40]
• Roku 1890 se stal komandérem belgického Řádu Leopolda.
• V roce 1892 povýšen na barona a jako lord Kelvin, 1. baron z Largsu ustanoven členem Horní sněmovny.
• Roku 1896 mu byl udělen velkokříž Královského Viktoriina řádu.[41] Téhož roku mu bylo rovněž uděleno čestné členství Ruské akademie věd v Petrohradě.[39]
• V roce 1901 obdržel japonský Řád posvátného pokladu 1. třídy.
• V květnu 1902 mu Yaleova univerzita ‎udělila čestný doktorát práv[42] a v červnu byl u příležitosti korunovace Eduarda VII.[43] jmenován členem Soukromé rady Spojeného království a stal se jedním z prvních nositelů britského Řádu Za zásluhy.[44][45] V září mu byl u příležitosti oslav stého výročí narození matematika Nielse Henrika Abela udělen Královskou Fredrikovou univerzitou čestný doktorát z matematiky.[46][47]
• Roku 1905 se stal prvním mezinárodním nositelem Medaile Johna Fritze udělované Americkou asociací inženýrských společností.
• V roce 1971 vydala skotská Clydesdale Bank 100librovou bankovku s jeho portrétem.[48]
• Roku 2011 byl jednou z prvních sedmi osobností uvedených do Skotské inženýrské dvorany slávy.[49]

Světový den chlazení, který byl v roce 2019 zřízen Mezinárodním institutem pro chlazení pro zvýšení povědomí o důležitosti chladících technologií, se každoročně slaví 26. června jako připomínka narození Williama Thomsona.[50][51]

Na počest lorda Kelvina byly pojmenovány dva měsíční útvary – Promontorium Kelvin a Rupes Kelvin a Kelvinovy hřbety v Antarktidě.