ウィリアム・トムソン

伝記

ウィリアム・トムソンは、1824年6月26日にアイルランドのベルファストで、2人兄弟の次男として生まれたイギリスの物理学者である。爵位に由来するケルヴィン卿の名で知られる。父は農家の生まれで、教師として働くかたわら独学でグラスゴー大学に入学し、のちにベルファスト大学の数学教授となった。トムソンは兄とともに父から家庭で教育を受けた。兄のジェームズも後に物理学者となり、圧力による氷点降下や水の三重点を発見している。父は1832年にグラスゴー大学へ赴任し、幼いころから神童ぶりを発揮したトムソンは、その2年後、わずか10歳で同大学への入学を許可された。1841年からケンブリッジ大学で学び、1845年に次席で卒業した。その後、パリのルニョーのもとで実験技術を磨き、クラペイロンの論文を通じてカルノーの研究を知った。

翌1846年に22歳の若さでグラスゴー大学の自然哲学の教授に就任し、1899年まで務めた。イギリスの大学で初めて物理学の研究室をつくった。ケンブリッジ在学中の1842年に、熱の分布と静電気力の分布を比べた論文を発表し、電磁場と非圧縮性弾性体の類似点を指摘した。1845年の論文では、電磁誘導を何らかの媒体によるというファラデーの考えに、数学的な表現を与えた。これらは後のマクスウェルに重大な示唆を与えた。1849年から10年間はファラデーが発見した常磁性と反磁性の理論の一般化に取り組み、透磁率と磁気感受率の概念を導入した。1853年には振動回路の理論を発展させ、これは1857年に実験で確かめられ、後にヘルツが電波の発生に使った。

ルニョーの実験結果とカルノーの研究を発展させ、1848年に、温度が物体中のエネルギーの総量を表すという絶対温度の概念を導いた。この単位は、のちに彼にちなんでケルビンと呼ばれるようになった。熱素説が残っていた当時、ジュールが発表した「熱はエネルギーの一形態である」という論文を高く評価した。1851年に、熱を全て仕事にすることはできないとすれば、カルノーの理論とジュールの法則が矛盾しないことを示した。これが現在の熱力学の第二法則であり、トムソンの原理と呼ばれる。同年から熱電気の研究を行い、トムソン効果を発見した。1847年にオックスフォードでジュールと会ってから数年間共同で研究し、1852年に細いノズルから気体を噴出させる実験でジュール＝トムソン効果を発見した。

1858年には海底電信用に反照検流計を発明し、1866年には大西洋横断電信ケーブルの敷設に成功して、その功績でナイトに叙せられた。1876年には磁気コンパスを発明し、英海軍に採用された。1862年には、フーリエの熱伝導理論で地球の冷却速度を計算し、地球の年齢は数千万年、長くても4億年を越えないと結論した。太陽の年齢も同様に見積もったが、地質学の斉一説と矛盾し、一部の地質学者と論争になった。この計算は、放射性元素の崩壊熱などが考慮されておらず、正しい値から大きくずれていた。1890年に王立協会会長に就任して1894年まで務め、1892年に初代ケルヴィン男爵に叙せられた。ライト兄弟が飛ぶ数年前には、空気より重い機械は飛べないと言ったと伝えられる。ヨットに熱心で、海に関するあらゆるものに関心を持った。1907年12月17日に死去し、ウェストミンスター寺院に葬られた。