William Thomson sau Baronul Kelvin – inginer, matematician, fizician și mărturisitor creștin

William Thomson, Baron Kelvin, numit şi William Thomson, sau Baronul Kelvin de Largs (1866–1892), dar şi Sir William Thomson. S-a născut pe 26 iunie 1824 la Belfast, Antrim în Irlanda (localitate care să află în nordul ţării) şi a decedat în data de 17 decembrie 1907, în Netherhall, aproape de Largs, Ayrshire în Scoţia. Cunoscut ca inginer, matematician şi fizician a avut o influenţă profundă asupra ştiinţei generaţiei sale.

Pentru descoperirile lui din inginerie şi fizică a trecut de la rangul de cavaler la cel de aristocrat, făcând parte din micul grup de cercetători britanici care a pus bazele fizicii moderne. Contribuţia lui în știință include: dezvoltarea celei de-a doua legi a principiului termodinamicii, scara temperaturilor absolute (măsurată în grade Kelvin), teoria dinamică a căldurii, analiza matematică a electricităţii şi magnetismului, bazele teoriei electromagnetice a luminii, determinarea vârstei geofizice a Pământului şi fundamentele hidrodinamicii. Munca sa teoretică în domeniul telegrafiei submarine și invențiile sale pentru cablurile submarine au ajutat Marea Britanie în ocuparea unui loc fruntaș în comunicarea mondială în timpul secolului XIX.

Stilul şi caracterul descoperirilor ştiinţifice şi inginereşti s-au reflectat şi în personalitatea lui activă. În timp ce era student la Cambridge a fost premiat cu medalie de argint pentru câştigarea campionatului de curse de maşini. A fost un călător pătimaş, călătorind însă foarte des în Europa şi de câteva ori în SUA, iar când a îmbătrânit călătorea foarte des între Londra şi Glasgow. Şi-a riscat viaţa de multe ori în timpul implementării proiectului cablului telegrafic transatlantic.

Viziunea lui Thomson asupra lumii susţinea că toate fenomenele care pot avea forţă, precum electricitatea, magnetismul şi căldura sunt rezultatul mişcării materiale invizibile. Acesta teorie l-a plasat în topul oamenilor de ştiinţă care se opuneau teoriei că forţa este produsă de fluide imponderabile. Cu toate acestea, până la sfârșitul secolului, Thomson, persistând în credința sa, s-a aflat în opoziție cu perspectiva pozitivistă care s-a dovedit a fi un preludiu al mecanicii cuantice și relativității secolului XX. Coerența viziunii asupra lumii l-a plasat în cele din urmă pe valul științei.

De asemenea, consecventa să i-a permis să aplice câteva idei de bază pe mai multe domenii de studiu. A combinat diferite zone din fizică – căldura, termodinamica, mecanica, hidrodinamica, magnetismul şi electricitatea, jucând astfel un rol principal în marea sinteza finală a științei secolului XIX, care vedea toate schimbările fizice ca fenomene legate de energie. Tot el a fost cel care a sugerat că între energii există ecuaţii matematice analogice. Sintetizarea acestor cunoştinţe despre teoria energiilor l-au poziţionat la acelaşi nivel al secolului al XIX -lea precum era Sir Isaac Newton în secolul al XVII -lea sau Albert Einstein în secolul al XX – lea. Sigur că aceste descoperiri au ajutat că ştiinţa să poată să treacă la următorul salt al cunoaşterii.

Viaţa lui William Thomson în tinereţe

Kelvin a fost cel de-al patrulea copil din cei şapte ai familiei Thomson. Mama lui a murit atunci când el avea şase ani. Tatăl său, James Thomson a fost autor de manuale didactice, dar cunoştea şi matematică. Învaţă în Belfast, iar mai apoi a predat la Universitatea din Glasgow, învăţându-i totodată şi pe băieţii săi matematică, dar multe lucruri pe care James îi învăţase, nu deveniseră parte din aria curriculară a universităţii britanice. Relaţia apropiată dintre un tată dominant şi un fiu ascultător a ajutat la dezvoltarea extraordinară a gândirii lui William. La vârsta de 10 ani William împreună cu fratele lui James care avea 11 ani, au fost înscrişi la Univesitatea din Glasgow în anul 1834. Acolo William a ajuns să cunoască controversată teorie a lui Jean-Baptiste-Joseph Fourier, când unul dintre profesorii lui i-a împrumutat o carte care se numea Teoria analitică a căldurii, care aplica tehnica matematicii abstracte în studiul fluxului căldurii prin orice corp solid. Thomson şi-a publicat primele două articole atunci când avea 16 şi 17 ani, apărând munca lui Fourier, care era atacată de oamenii de ştiinţă britanici. A promovat ideea că studiul matematic al lui Fourier ar putea fi aplicat nu numai fluxului căldurii ci ar putea fi folosit şi în studiul altor forme de energie, cum ar fi fluidele în mişcare sau fluxul energiei printru cablu.

A câştigat multe premii la universitate, printre care la vârsta de 15 ani o medalie de aur pentru “Un eseu despre figura Pământului” unde a demonstrat o abilitate excepţională în matematică. În acel eseu erau prezentate analizele sale care au fost o sursă ştiinţifică pe tot parcursul vieţii acestuia. Ultima oară când a consultat acest eseu a fost cu câteva luni înainte să moară, adică la vârsta de 83 de ani.

A intrat la Cambridge în anul 1841 unde a obţinut diploma de licenţă cu rezultate excepţionale. În 1845 a obţinut o copie a eseului cu numele ”Aplicarea analizei matematice în teoria electricităţii şi a magnetismului” a lui George Green. Această lucrare şi cartea lui Fourier au fost componentele principale cu care Thomson şi-a expus viziunea şi l-a ajutat să-şi creeze începutul sintetizării relaţiei matematice dintre electricitate şi căldură. După ce a terminat studiile la Cambridge, a plecat la Paris, unde a lucrat într-un laborator de fizică şi chimie, Henri-Victor Regnault, tocmai pentru a câştiga experienţă practică în consolidarea cunoştiinţelor teoretice. În 1846 catedra de filozofie naturală, mai târziu denumită fizică, rămâne vacantă. Tatăl lui Thomson a organizat apoi o campanie atent planificată și plină de energie pentru ca fiul său să fie numit în funcție, iar la 22 de ani, William a fost ales în unanimitate. În ciuda faptului că cei de la Cambridge îşi doreau ca Thomson să rămână la ei, el a rămas la Glasgow pentru tot restul carierei lui. A renunţat la catedra din universitate în anul 1899, la vârsta de 75 de ani, după 53 de ani de muncă roditoare şi frumoasă cu instituţia, spunând că lasă locul liber unui tânăr începător.

Lucrările științifice ale lui Thomson au fost ghidate de convingerea că diferitele teorii referitoare la materie și energie converg către o mare teorie unificată. El a urmărit obiectivul unei teorii unificate, chiar dacă s-a îndoit că aceasta poate fi atinsă în viața sa, sau vreodată. Baza convingerii sale a fost impresia cumulativă obţinută prin experimente care au arătat legătura dintre diferite forme de energie. La mijlocul secolului al XIX lea a arătat că magnetismul, electricitatea, electromagnetismul şi lumina erau conectate, arătând prin analogie matematică că există o relaţie între fenomenul hidrodinamic şi fluxul electric al curentului prin cabluri. James Prescott Joule a susţinut relaţia dintre mişcarea mecanică şi căldură, iar ideea lui a fost baza pentru cercetarea termodinamică.

În 1847 într-o adunare a Asociaţiei Britanice de Dezvoltare Știinţifică, Thomson a auzit pentru prima dată teoria lui Joule despre interconvertibilitatea căldurii şi mişcării. Teoria lui Joule, contrar cunoașterii acceptate a timpului, prin care căldura era o substanță imponderabilă (calorică) nu putea fi, așa cum susținea el, o formă de mișcare. Thomson a fost destul de deschis la minte aşa încât a discutat cu Joule despre implicaţiile noii teorii. În acelaşi timp el nu era de acord cu această teorie şi era dispus să fie mai rezervat în ceea ce priveşte părerea lui, în special de când a apărut relaţia dintre căldura şi mişcarea mecanică care se potrivea cu viziunea lui în ceea ce priveşte cauzele forţei. Începând cu anul 1851 el a reuşit să recunoască în public părerea lui despre teoria lui Joule, fiind sprijinit de un tratat de matematică ”Teoria dinamică a căldurii”. Eseul conţinea versiunea sa a celei de-a doua legi a termodinamicii, care a fost un pas important spre unitatea teoriilor ştiinţifice.

Lucrările lui Thomson la electricitate și magnetism au început și în zilele sale de student la Cambridge. Când, mult mai târziu, James Clerk Maxwell a decis să întreprindă cercetări în magnetism și electricitate, a citit toate articolele lui Thomson despre acest subiect și l-a adoptat pe Thomson ca mentor. Maxwell – în încercarea sa de a sintetiza tot ceea ce se știa despre relația dintre electricitate, magnetism și lumină – și-a dezvoltat teoria monumentală electromagnetică a luminii, probabil cea mai semnificativă realizare a științei din secolul al XIX-lea. Această teorie a avut geneza sa în activitatea lui Thomson și Maxwell și-a recunoscut cu ușurință datoria.

Contribuţiile ştiinţifice ale lui Thomson au fost numeroase. A ajuns la nivelul cunoştiinţelor lui Michael Faraday, Fourier, Joule şi nu numai. Utilizând analiza matematică, a exemplificat generalizând din rezultate experimentale. A formulat conceptul care a fost generalizat în teoria dinamică a energiei. A colaborat de asemenea, cu un număr mare de oameni de ştiinţă recunoscuţi ai timpului, printre care Sir George Gabriel Stokes, Hermann von Helmholtz, Peter Guthrie Tait, şi Joule. Cu aceşti parteneri, el a avansat către frontiere din diferite zone ale ştiinţei, în special hidrodinamică. Mai mult a demonstrat analogia matematică dintre fluxul căldurii în corpuri solide şi fluxul electricităţii în conductori.

Implicarea lui în controversatul studiu legat de fezabilitate implementării cablului telegrafic transatlantic, i-a schimbat direcţia profesională. În anul 1854 a ajuns să lucreze în acest proiect, atunci când Stokes, un corespondent permanent în lumea ştiinţei a cerut o explicaţie teoretică pentru întârzierea trecerii curentului electric printr-un cablu de mari dimensiuni. Thomson, în răspunsul său a făcut referire la lucrarea sa numită ”Mişcarea uniformă a căldurii în corpuri omogene solide” în conexiune cu teoria matematică a electricităţii, din 1842. Ideea despre analogia matematică dintre fluxul de căldură şi curentul electric s-a potrivit perfect în analiza sa privind problema trimiterii mesajelor telegrafice printr-un cablu aflat pe o lungime de 4800 de km. Ecuaţiile sale au descris fluxul de căldură care trece printr-un fir rezistent, astfel demonstrând aplicabilitatea întrebării despre viteza trecerii curentului printr-un cablu.

Publicarea răspunsului lui Thomson către Stokes a întâmpinat un refuz din partea E.O.W. Whitehouse, electricianul șef al companiei Atlantic Telegraph. Whitehouse a afirmat că experiența practică a respins concluziile teoretice ale lui Thomson și pentru o vreme, opinia lui Whitehouse a prevalat înaintea directorilor companiei. În ciuda dezacordului lor, Thomson a participat, în calitate de consultant șef, la expedițiile periculoase de instalare a cablurilor. În 1858, Thomson și-a brevetat receptorul de telegraf, numit galvanometru oglindă, pentru a fi folosit pe cablul Atlantic. (Dispozitivul, împreună cu modificările sale ulterioare numite înregistratorul de sifon, au ajuns să fie utilizate pe majoritatea rețelei mondiale de cabluri submarine.) În cele din urmă, directorii companiei Atlantic Telegraph l-au concediat pe Whitehouse, au adoptat sugestiile lui Thomson pentru proiectarea cablului, și au ales galvanometrul oglindă. Thomson a fost ridicat la rangul de cavaler în 1866 de regina Victoria pentru munca sa.

Viaţa din ultima perioadă a vieții

După montarea cu succes a cablului transatlantic, Thomson a devenit partener în două firme de consultanță inginerească, care au jucat un rol major în planificarea și construcția cablurilor submarine în perioada frenetică a expansiunii, care a dus la o rețea globală de comunicații telegrafice. Thomson a devenit un om înstărit, care își putea permite un iaht de 126 tone și o moșie baronială.

Domeniile de interes a lui Thompson în ştiinţă nu au inclus numai studiile în electricitate, magnetism, termodinamică, hidrodinamică, dar a pus şi problema fluxului geofizic, aspectul Pământului, electricitatea atmosferică, studii termice ale pământului, mişcarea Pământului şi geomagnetism. De asemenea, a intrat în controversată teorie a evoluţiei lui Charles Darwin. A fost împotriva acestei teorii, rămânând de partea cea bună a lucrurilor.

Thomson a contestat părerile asupra schimbărilor geologice și biologice ale uniformitariștilor timpurii, inclusiv Darwin, care susțineau că Pământul și viața sa au evoluat pe parcursul unui număr incalculabil de ani, timp în care forțele naturii au funcționat întotdeauna ca în prezent. Pe baza teoriei termodinamice și a studiilor lui Fourier, Thomson din 1862 a estimat că acum mai bine de un milion de ani căldura Soarelui și temperatura Pământului trebuie să fi fost considerabil mai mari și că aceste condiții au produs furtuni și inundații violente și un tip cu totul altfel. de vegetație. Părerile sale, publicate în 1868, i-au înfuriat în special pe susținătorii lui Darwin. Thomas Henry Huxley i-a răspuns lui Thomson în adresa aniversară din 1869 către președintele Societății Geologice din Londra. Speculațiile lui Thomson cu privire la vârsta Pământului și a Soarelui erau inexacte, dar a reușit să susțină afirmația că teoria biologică și geologică trebuie să se conformeze teoriilor bine stabilite ale fizicii.

Într-o serie de prelegeri din 1884 la Universitatea Johns Hopkins despre starea cunoștințelor științifice, Thomson s-a întrebat cu voce tare despre eșecurile teoriei undelor luminii pentru a explica anumite fenomene. Interesul lui pentru mare l-a făcut să se îmbarce pe iahtului sau, Lalla Rookh, de unde au rezultat câteva brevete: o busolă care a fost recunoscută de amiralitatea britanică, un calculator analogic care măsura fluxul mişcării apei într-un port sau calculul fluxului mişcării la orice oră în trecut său viitor şi un echipament de măsură pentru adâncime. A reuşit să găsească o companie care să îi fabrice aceste brevete şi pe lângă acestea o serie de echipamente de măsură electrice. La fel ca şi tatăl său, a publicat o carte numită” Tratat de filozofie naturală” în anul 1867, care era un studiu scris şi publicat de el şi care avea ca rol modelarea gândirii unei generaţii de fizicieni.

Thomson a fost îndreptăţit să aibă dreptul la mai multe scrisori după numele său decât orice alt bărbat din Commonwealth. A primit diplome onorifice de la universităţi din toată lumea şi laude din partea societăţilor inginereşti şi a organizaţiilor ştiinţifice. A fost ales în 1851 membru al Royal Society, fiind şi preşedintele acesteia între 1890 şi 1895. A publicat peste 600 de lucrări şi i s-au acordat zeci de brevete. A murit la moşia sa din Scoţia şi a fost înmormântat în Westminster Abbey din Londra.

Autor: Harold I. Sharlin
Sursa: Encyclopaedia Britannica | William Thomson, Baron Kelvin. Scottish engineer, mathematician, and physicist
Traducător: Florina Popa

Lordul Kelvin – un mărturisitor creștin

Creștin fiind, Lordul Kelvin era un om de familie blând, înțelept și generos, credincios în biserica sa, un studios ardent al Scripturii și un promotor al educației creștine. El credea că membrii bisericii ar trebui să studieze hărțile din spatele Bibliei și să înțeleagă istoria. El a exprimat adesea mulțumirea față de frumusețea, designul și ordinea creației și a legii naturale și nu a avut răbdare cu valul crescând al ateismului. „Cu cât conduc mai mult cercetările științifice, cu atât cred că știința exclude ateismul”, a spus el. Ca atâția oameni de știință din această serie, nu a avut nicio problemă cu relația dintre credință și știință; de fapt, el a spus:

„Dacă studiezi știința suficient de adânc și suficient de mult, te va forța să crezi în Dumnezeu.”

Lordul Kelvin a folosit termenul de design inteligent cu mult înainte de a deveni o mișcare:

“În jurul nostru se găsesc dovezi copleșitoare de design inteligent și binevoitor… ideea ateistă este atât de fără sens încât nu o pot exprima în cuvinte.”

Și totuși creștinismul său era solid din punct de vedere biblic. Nu a fost mulțumit să lase universul ca un produs al unui designer neștiur, ci el a predicat Evanghelia. Zicea:

    “Creștinismul fără cruce nu este nimic. Crucea a fost acomodarea cu o viață de respingere, dispreț și înfrângere. Dar acestea nu au încetat nici astăzi să fie adevărate. Iisus este încă Cel pe care omul îl disprețuiește și respinsul umanității. Lumea nu l-a admirat niciodată pe Iisus, căci curajul moral este încă necesar în fiecare dintre locurile înalte de către cel care l-ar „mărturisi” pe Hristos. Prin urmare, „jignirea” crucii i-a determinat pe oameni în toate vârstele să se străduiască să scape de ea și să nege că este puterea lui Dumnezeu în lume.”

Lordul Kelvin a fost un cavaler neclintit pe care Dumnezeu l-a ridicat pentru a lupta cu dragonul darwinismului și materialismului într-un moment critic. În acea decadă crucială a anilor 1880, Maxwell și Faraday au dispărut, dar Kelvin era în frunte. El a descoperit ascensiunea darwinismului atât pentru știința sa slabă, cât și pentru influența sa malefică. În consecință, el a intrat personal în luptă. Mulți alți oameni de știință de seamă ai perioadei, precum Richard Owen, Rudolph Virchow, St. George Mivart și Whitwell Elwin, au protestat împotriva afirmațiilor lui Darwin cu respingeri biologice și filozofice.

Dar Kelvin a lansat un atac științific cu fizica științifică care i-a rostogolit pe Darwin și pe susținătorii săi. Până în zilele morții sale, Darwin a considerat-o cea mai serioasă și neliniștitoare critică a teoriei sale, pentru că a atins argumentul despre cerințele sale de lungă vârstă și părea să aibă un sprijin științific puternic.

Autor: David F. Coppedge
Sursa: Crev.info | William Thomson, Lord Kelvin
Traducător: Claudiu Balan