Книга Лорд Кельвин. Классическая термодинамика - Антонио М. Лальена Рохо

ВОЗВРАЩЕНИЕ В КЕМБРИДЖ

В конце апреля 1845 года Томсон вернулся в Кембридж, где стал преподавателем (фелло) колледжа святого Петра. Отец с радостью поздравил сына с удивительными успехами в столь раннем возрасте. Так, Томсон-старший сказал ему:

«В твоем возрасте я преподавал восемь часов в день для доктора Эдгара [учителя в маленькой сельской школе в Баллинахинче (Северная Ирландия), где Джеймс Томсон работал ассистентом], а в дополнительные часы, часто усталый и полный апатии, читал по-гречески и на латыни, чтобы подготовиться к поступлению в колледж, что и произошло спустя почти два года».

В июне в Кембридже состоялось собрание Британской ассоциации развития науки. У Томсона появилась возможность встретиться с Фарадеем, работы которого были ему знакомы, и хотя между учеными существовало некоторое недопонимание, они поддерживали научные контакты. Фарадей в то время искал ассистента, однако он не предложил Томсону эту должность. Фарадею было сложно оценить математическую сторону разработок Томсона - с подобным отношением как-то столкнулся и Максвелл, которому Фарадей написал:

«Разве невозможно, чтобы, когда математик, изучающий физические действия и эффекты, доходит до выводов, они были выражены на обычном языке, со свойственной ему полнотой, ясностью и строгостью, так же как это происходит с математическими формулами? Если бы вы могли это делать, неужели это не было бы огромным подарком таким, как я? Надо перевести эти термины с языка иероглифов, которым они выражены, чтобы можно было экспериментально работать с ними. Я действительно думаю, что это необходимо».

На том собрании Томсон представил работу, в которой предлагал решение задачи с двумя круглыми заряженными проводниками, взаимодействующими между собой. Итак, он вернулся к тем же вопросам, что поднимал в работах, написанных для Лиувилля, но теперь речь шла о новом интересующем его аспекте.

В 1834 году Уильям Сноу Харрис (1791-1867), врач и исследователь, интересующийся электрическими свойствами материалов, провел серию экспериментов, связанных с электричеством высокого напряжения. Как и Томсон спустя несколько лет, Харрис в 1835 году получил за эти работы медаль Копли от Королевского общества. Одним из вопросов, который его интересовал, были искры, проскакивающие между двумя достаточно близко расположенными проводниками. Томсон показал, что этот факт может служить для установления — в определенных пределах — абсолютного уровня силы электрического тока, и это может быть объектом более детального исследования. Ученый вновь настаивал на том, что, исходя из закона Кулона, законы Фарадея могут определяться как теоремы, которые можно вывести с использованием простых методов математического анализа, разработанных Грином.

Томсон в своей работе также столкнулся с необходимостью экспериментировать с диэлектрическими материалами. Эти материалы — плохие проводники и могут использоваться как изоляторы, но, в отличие от последних, в них можно вызвать внутреннее электрическое поле, если поместить их в другое электрическое поле. Томсон был заинтересован в изучении эффектов, которые могли бы возникнуть при движении подобных материалов и их взаимодействии с поляризованным светом.

Фарадей изложил Томсону свои аргументы и сообщил ему об отрицательных результатах экспериментов: он не заметил между диэлектриками никакого притяжения и не добился никакого взаимодействия диэлектриков с поляризованным светом. Но это не отбило у Томсона желания продолжать исследования.

Сразу же по возвращении в Кембридж у молодого преподавателя появилось значительное число учеников. Летом он занимался с некоторыми из них и в итоге признался своему отцу, что у него «столько учеников, сколько можно пожелать». Также Уильям начал преподавать в колледже. Частные занятия обеспечивали ему более чем достаточный доход, а через некоторое время к нему добавилось и жалование в колледже. Однако эта деятельность требовала постоянного присутствия Томсона в Кембридже, поэтому когда отец заговорил с ним о возможности занять должность преподавателя математики в средней школе Глазго, Уильям отказался: в Кембридже его ждала более интересная со всех точек зрения работа. И все же через некоторое время он решил вернуться к семье, в Глазго.

ГЛАВА 2

Томсон и законы термодинамики

В 1846 году, в возрасте 22 лет, Уильям Томсон, к радости отца, получил кафедру натуральной философии Университета Глазго. Занять эту должность ему помогли научный авторитет и опыт, полученный в Кембридже и Париже. В течение двух следующих десятилетий Томсон вел огромную исследовательскую и преподавательскую деятельность и даже произвел частичную революцию в образовании.

Он принял участие в формулировке начал термодинамики и оставил глубокий след в науке.

Когда в октябре 1846 года Уильям Томсон стал профессором кафедры натуральной философии Университета Глазго, он присоединился к группе четырех других Томсонов, занимавших в то время посты в этом учреждении. Кроме его отца, Джеймса, который был профессором математики, в университете работали Томас Томсон - королевский преподаватель химии, Аллеи Томсон - королевский преподаватель анатомии и Уильям Томсон - преподаватель медицины. Последний и Джон Никол, королевский преподаватель астрономии, активно помогали Джеймсу Томсону, который прилагал все силы, чтобы кандидатура его сына была одобрена.

Профессор Мейклхем скончался в мае 1846 года, и Университет Глазго начал поиски его преемника среди большого количества кандидатов, стремившихся занять эту должность. Серьезным конкурентом героя нашей книги мог бы быть Дэвид Томсон, заместитель Мейклхема с 1841 года, однако он незадолго до этих событий получил должность в Кингс-колледже Абердина, поэтому не выдвигал свою кандидатуру на рассмотрение. Также на вакансию мог претендовать шотландский физик Джеймс Дэвид Форбс, и отец Уильяма, Джеймс Томсон, написал Форбсу, чтобы узнать, каковы его планы. Тот ответил: «В мои намерения не входит быть кандидатом. Надеюсь, им станет ваш сын и получит должность».

Несмотря на то что смерть Мейклхема не стала неожиданностью из-за его серьезной болезни, Уильям сомневался в том, должен ли он выдвигаться на эту должность. Его положение в Кембридже было довольно хорошим, и он вполне мог работать там еще два или три года. Кроме того, Уильям полагал, что в Британии перед ним открываются более широкие научные возможности, чем в Глазго. Однако настойчивость отца в конце концов победила, и 26 мая 1846 года Уильям официально представил свою кандидатуру на рассмотрение. В этот день он послал каждому из выборщиков письмо, подписавшись как Уильям Томсон, фето и преподаватель математики в колледже святого Петра. Письмо гласило:

«Поскольку кафедра натуральной философии в Университете Глазго недавно оказалась свободной и поскольку Вы один из выборщиков, я беру на себя смелость объявить Вам о своем намерении стать кандидатом на эту должность; как только в моем распоряжении будут рекомендации в мою поддержку, я передам их Вам».