जब आप जो कह रहे हैं उसे मापने में सक्षम होते हैं, और इसे संख्याओं में व्यक्त करते हैं, तो आप इसके बारे में कुछ जानते हैं, जब आप इसे संख्याओं में व्यक्त नहीं कर सकते, तो आपका ज्ञान अल्प और असंतोषजनक प्रकार का होता है; यह ज्ञान की शुरुआत हो सकती है, लेकिन आप शायद ही, अपने विचारों में विज्ञान के चरण तक आगे बढ़े हैं।
William Thomson, 1st Baron Kelvin, एक ब्रिटिश गणितीय भौतिकविद् और अभियंता थे जिनका जन्म Belfast में हुआ था। Glasgow विश्वविद्यालय में 53 वर्षों तक प्राकृतिक दर्शन के प्रोफेसर, उन्होंने विद्युत के गणितीय विश्लेषण और थर्मोडायनामिक्स के प्रथम और द्वितीय नियमों के निर्माण में महत्वपूर्ण कार्य किया, और भौतिकी के उदीयमान अनुशासन को इसके आधुनिक रूप में एकीभूत करने के लिए बहुत प्रयास किए। उन्हें 1883 में Royal Society के Copley Medal से सम्मानित किया गया, वह 1890–1895 में इसके अध्यक्ष थे, और 1892 में House of Lords में उन्नत होने वाले पहले ब्रिटिश वैज्ञानिक थे।
निरपेक्ष तापमान को उनके सम्मान में kelvin की इकाइयों में बताया जाता है। जबकि तापमान की निचली सीमा absolute zero के अस्तित्व को उनके काम से पहले ज्ञात था, Kelvin इसके सही मान को लगभग −273.15 डिग्री Celsius या −459.67 डिग्री Fahrenheit के रूप में निर्धारित करने के लिए जाने जाते हैं। Joule–Thomson effect का नाम भी उनके पर स्थापित है।
उन्होंने अपने काम में गणित प्रोफेसर Hugh Blackburn के साथ घनिष्ठ रूप से काम किया। उनके पास एक विद्युत तार अभियंता और आविष्कारक के रूप में भी एक कैरियर था, जिसने उन्हें जनता के सामने लाया और उनके धन, प्रसिद्धि और सम्मान को सुनिश्चित किया। transatlantic telegraph project पर उनके काम के लिए उन्हें 1866 में Queen Victoria द्वारा नाइट की गई, जिससे वह Sir William Thomson बन गए। उनके समुद्री हित व्यापक थे और वह नाविक के कम्पास पर अपने काम के लिए सबसे अधिक प्रसिद्ध थे, जिसकी विश्वसनीयता पहले सीमित थी।
उन्हें 1892 में thermodynamics में उनकी उपलब्धियों और Irish Home Rule के प्रति उनके विरोध की मान्यता में ennobled किया गया, जिससे वह Baron Kelvin, of Largs in the County of Ayr बन गए। यह शीर्षक River Kelvin को संदर्भित करता है, जो Glasgow विश्वविद्यालय के Gilmorehill घर पर उनकी प्रयोगशाला के पास बहता है Hillhead पर। कई विश्व-प्रसिद्ध विश्वविद्यालयों से उन्नत पदों की पेशकश के बावजूद, Kelvin ने Glasgow को छोड़ने से इनकार कर दिया, 1899 में उस पद से अपनी अंतिम सेवानिवृत्ति तक रहे। औद्योगिक अनुसंधान और विकास में सक्रिय, उन्हें 1899 के आसपास George Eastman द्वारा ब्रिटिश कंपनी Kodak Limited के बोर्ड के उपाध्यक्ष के रूप में सेवा करने के लिए नियुक्त किया गया था, जो Eastman Kodak से संबद्ध थी। 1904 में वह Glasgow विश्वविद्यालय के Chancellor बन गए।
उनका घर लाल बलुआ पत्थर का आवास Netherhall था, Largs में, जिसे उन्होंने 1870 के दशक में बनाया था और जहां वह की मृत्यु हुई। Glasgow विश्वविद्यालय का Hunterian Museum में Kelvin के काम पर एक स्थायी प्रदर्शनी है जिसमें उनके कई मूल पत्र, उपकरण, और अन्य कलाकृतियां हैं, जैसे उनी धूम्रपान पाइप।
प्रारंभिक जीवन और कार्य
परिवार
William Thomson के पिता, James Thomson, Royal Belfast Academical Institution में गणित और engineering के शिक्षक थे और एक किसान के पुत्र थे। James Thomson ने 1817 में Margaret Gardner से विवाह किया और उनके बच्चों में से चार लड़के और दो लड़कियां infancy से बचीं। Margaret Thomson की 1830 में मृत्यु हुई जब William छह वर्ष का था।
William और उनके बड़े भाई James को उनके पिता द्वारा घर पर ट्यूटर किया गया था जबकि छोटे लड़कों को उनकी बड़ी बहनों द्वारा ट्यूटर किया गया था। James को अपने पिता के प्रोत्साहन, स्नेह और वित्तीय सहायता का प्रमुख हिस्सा प्राप्त करने के लिए तैयार किया गया था और engineering में एक कैरियर के लिए तैयार किया गया था।
1832 में, उनके पिता को Glasgow में गणित के प्रोफेसर के रूप में नियुक्त किया गया था और परिवार October 1833 में वहां चला गया। Thomson के बच्चों को अपने पिता के ग्रामीण पालन-पोषण की तुलना में एक व्यापक cosmopolitan अनुभव से परिचित कराया गया, 1839 के मध्य में London में समय बिताया और लड़कों को Paris में French का ट्यूटर दिया गया। Thomson के जीवन का अधिकांश भाग 1840 के दशक के मध्य में Germany और Netherlands में बिताया गया था। भाषा अध्ययन को उच्च प्राथमिकता दी गई थी।
उनकी बहन, Anna Thomson, James Thomson Bottomley FRSE 1845–1926 की माता थीं।
युवावस्था
Thomson को हृदय की समस्याएं थीं और जब वह 9 साल का था तो लगभग मर गया। उन्होंने Royal Belfast Academical Institution में भाग लिया, जहां उनके पिता विश्वविद्यालय विभाग में प्रोफेसर थे, 1834 में Glasgow University में अध्ययन शुरू करने से पहले 10 साल की उम्र में, किसी भी अग्रगामिता के बाहर नहीं; विश्वविद्यालय सक्षम छात्रों के लिए प्राथमिक स्कूल की कई सुविधाएं प्रदान करता था, और यह एक विशिष्ट प्रारंभ आयु थी।
स्कूल में, Thomson ने विज्ञान में अपनी प्राकृतिक रुचि के साथ-साथ classics में एक तीव्र रुचि दिखाई। 12 साल की उम्र में उन्हें Lucian of Samosata के Dialogues of the Gods को Latin से English में अनुवाद करने के लिए एक पुरस्कार जीता।
Academic year 1839/1840 में, Thomson ने astronomy में class prize जीता अपने Essay on the figure of the Earth के लिए जिसमें गणितीय विश्लेषण और रचनात्मकता के लिए प्रारंभिक दक्षता दिखाई गई। इस समय उनका physics tutor उनका नाम वाला, David Thomson था।
अपने पूरे जीवन में, वह व्यक्तिगत stress के समय में coping strategy के रूप में इस essay में उठाई गई समस्याओं पर काम करते रहे। इस essay के title page पर Thomson ने Alexander Pope के Essay on Man से निम्नलिखित पंक्तियां लिखीं। इन पंक्तियों ने Thomson को विज्ञान की शक्ति और विधि का उपयोग करके प्राकृतिक दुनिया को समझने के लिए प्रेरित किया:
Go, wondrous creature! mount where Science guides;
Go measure earth, weigh air, and state the tides;
Instruct the planets in what orbs to run.
Correct old Time, and regulate the sun;
Thomson Fourier के Théorie analytique de la chaleur से intrigued हो गए और Continental mathematics का अध्ययन करने के लिए खुद को प्रतिबद्ध किया जो एक British establishment द्वारा प्रतिरोधित किया जा रहा था जो अभी भी Sir Isaac Newton की छाया में काम कर रहा था। अप्रत्याशित रूप से, Fourier के काम को घरेलू गणितज्ञों द्वारा हमला किया गया था, Philip Kelland एक महत्वपूर्ण पुस्तक की रचना कर रहे थे। पुस्तक ने Thomson को pseudonym P.Q.R. के तहत अपना पहला प्रकाशित वैज्ञानिक पत्र लिखने के लिए प्रेरित किया, Fourier की रक्षा करते हुए, और Cambridge Mathematical Journal को अपने पिता द्वारा प्रस्तुत किया। एक दूसरा P.Q.R. पत्र लगभग तुरंत ही आया।
1841 में Lamlash में अपने परिवार के साथ छुट्टी पर, उन्होंने एक तीसरा, अधिक महत्वपूर्ण P.Q.R. पत्र लिखा On the uniform motion of heat in homogeneous solid bodies, and its connection with the mathematical theory of electricity. इस पत्र में उन्होंने heat conduction और electrostatics के गणितीय सिद्धांतों के बीच उल्लेखनीय संबंध बनाए, एक analogy जिसे James Clerk Maxwell अंततः सबसे मूल्यवान science-forming विचारों में से एक के रूप में वर्णित करने वाले थे।
Cambridge
William के पिता अपने प्रिय पुत्र की शिक्षा के लिए एक उदार प्रावधान करने में सक्षम थे और, 1841 में, उन्हें extensive letters of introduction और ample accommodation के साथ Peterhouse, Cambridge में स्थापित किया। Cambridge में रहते हुए, Thomson खेल, athletics और sculling में सक्रिय थे, 1843 में Colquhoun Sculls जीते। उन्होंने classics, music, और literature में भी जीवंत रुचि दिखाई; लेकिन उनके बौद्धिक जीवन का असली प्रेम विज्ञान की खोज थी। गणित, भौतिकी, और विशेष रूप से electricity का अध्ययन, उनकी कल्पना को मोहित कर गया था। 1845 में Thomson ने Second Wrangler के रूप में स्नातक किया। उन्होंने First Smith's Prize भी जीता, जो, tripos के विपरीत, मौलिक अनुसंधान का एक परीक्षण है। Robert Leslie Ellis, परीक्षकों में से एक, कहा जाता है कि एक अन्य परीक्षक को घोषित किया है "आप और मैं सिर्फ उसके pens की मरम्मत करने के लिए उपयुक्त हैं।"
1845 में, उन्होंने Michael Faraday के विचार का पहला गणितीय विकास दिया कि electric induction एक intervening medium, या "dielectric" के माध्यम से होता है, और किसी incomprehensible "action at a distance" से नहीं। उन्होंने electrical images की गणितीय तकनीक भी तैयार की, जो electrostatics की समस्याओं को हल करने में एक शक्तिशाली एजेंट बन गई, विज्ञान जो विद्युत रूप से charged bodies के बीच की शक्तियों को deal करती है। Faraday को उनके प्रोत्साहन के जवाब में आंशिक रूप से September 1845 में अनुसंधान किया गया जो Faraday effect की खोज की ओर ले गया, जिसने स्थापित किया कि प्रकाश और चुंबकीय और इसलिए विद्युत घटनाएं संबंधित थीं।
उन्हें June 1845 में St. Peter's के fellow के रूप में चुना गया था क्योंकि Peterhouse को अक्सर समय में कहा जाता था। Fellowship प्राप्त करने पर, उन्होंने Paris में मशहूर Henri Victor Regnault की प्रयोगशाला में कुछ समय बिताया; लेकिन 1846 में उन्हें Glasgow विश्वविद्यालय में natural philosophy की कुर्सी पर नियुक्त किया गया। बाईस साल की उम्र में उन्होंने खुद को देश के सबसे पुरानी Universities में से एक में एक professor की gown पहनी हुई पाया, और उस class को व्याख्यान दे रहे थे जिसके पहले वर्ष का छात्र वह कुछ साल पहले थे।
थर्मोडायनामिक्स
1847 तक, Thomson को पहले से ही एक precocious और maverick वैज्ञानिक के रूप में एक reputation प्राप्त था जब वह Oxford में British Association for the Advancement of Science की annual meeting में भाग लिया। उस meeting में, उन्होंने James Prescott Joule को अपनी yet another ineffective attempts को caloric theory of heat और Sadi Carnot और Émile Clapeyron द्वारा इस पर निर्मित heat engine के सिद्धांत को discredit करने की सुनी। Joule ने heat और mechanical work की mutual convertibility और उनकी mechanical equivalence के लिए argued किया।
Thomson intrigued था लेकिन sceptical। हालांकि उन्हें लगा कि Joule के परिणामों को theoretical explanation की मांग थी, वह Carnot–Clapeyron school के प्रति even deeper commitment में retreat कर गए। उन्होंने predicted किया कि ice का melting point pressure के साथ fall करना चाहिए, अन्यथा freezing पर इसके expansion को एक perpetuum mobile में exploit किया जा सकता है। उनकी प्रयोगशाला में Experimental confirmation ने उनकी beliefs को bolster करने में बहुत मदद की।
1848 में, उन्होंने Carnot–Clapeyron सिद्धांत को अपनी असंतुष्टि के माध्यम से आगे बढ़ाया कि gas thermometer ने केवल temperature की एक operational definition प्रदान की। उन्होंने एक absolute temperature scale प्रस्तावित किया जिसमें heat की एक unit इस scale के temperature T° पर body A से temperature T−1° पर body B तक descending करते हुए, same mechanical effect दे सकती है, चाहे number T कुछ भी हो। ऐसा scale किसी भी specific substance की physical properties से quite independent होगा। ऐसी एक "waterfall" को employ करके, Thomson ने postulated किया कि एक point पर पहुंचा जाएगा जहां no further heat caloric transfer नहीं हो सकता, absolute zero का point जिस पर Guillaume Amontons ने 1702 में speculated किया था। "Reflections on the Motive Power of Heat", Carnot द्वारा French में 1824 में published, Lord Kelvin के जन्म का year, absolute zero temperature के लिए −267 को एक estimate के रूप में use किया। Thomson ने established measurements के विरुद्ध अपने scale को calibrate करने के लिए Regnault द्वारा published data का use किया।
अपने publication में, Thomson ने लिखा:
Heat (या caloric) का mechanical effect में conversion शायद impossible है, certainly undiscovered
—लेकिन एक footnote ने caloric theory के बारे में उनके पहले संदेह को signal किया, Joule की very remarkable discoveries को refer करते हुए। आश्चर्यजनक रूप से, Thomson ने Joule को अपने paper की एक copy नहीं भेजी, लेकिन जब Joule ने अंततः इसे पढ़ा तो वह 6 October को Thomson को लिखा, दावा किया कि उनके अध्ययनों ने heat को work में conversion को demonstrate किया था लेकिन कि वह further experiments की planning कर रहे थे। Thomson ने 27 October को replied, revealing किया कि वह अपने own experiments की planning कर रहे हैं और उनके दोनों विचारों के एक reconciliation की उम्मीद कर रहे हैं।
Thomson Carnot के original publication को critique करने के लिए लौटे और अपने विश्लेषण को January 1849 में Royal Society of Edinburgh को read किया, अभी भी convinced कि theory fundamentally sound थी। हाल
