Antonio Rojo - Физике становится тепло. Лорд Кельвин. Классическая термодинамика

В противоположность этой вводной лекции, почти неизменной в течение многих лет, занятия Томсона были довольно непредсказуемыми. Хотя он всегда старался следовать конкретному плану, но допускал и отступления, касавшиеся самых разнообразных тем, так или иначе связанных с занятием. Несмотря на то что часто Томсон затрагивал сложные аспекты математической физики, за которыми было сложно следить большинству студентов, он пользовался неизменным авторитетом - энтузиазм, с которым молодой преподаватель подходил к физике и ее проблемам, был заразительным.

Мнения некоторых студентов Томсона полностью подтверждают наши слова: «он никогда не выглядел и не вел себя как старший», «Он никогда не был скучным, никогда не был тривиальным, никогда не был банальным», «Больше всего мне нравилось, когда он позволял следить за своей мыслью, насколько мы были в силах, и начинал размышлять вслух, как он часто это делал. Его ум был полон фантазий и метафор».

Больше всего способствовала такому отношению учеников, без сомнения, экспериментальная сторона занятий Уильяма. Собственно, и факультет назначил Томсона на эту должность, чтобы он провел глубокие изменения в преподавании натуральной философии, включив в учебный процесс работу в лаборатории. Впрочем, Томсон и сам был убежден, что подобный подход обязателен для образования в области физики. Конечно, в годы обучения в Кембридже Томсон недооценивал роль экспериментов, но работа в лаборатории Реньо открыла ему глаза и показала, как важны реальные эксперименты и точные измерения.

Более того, по мере продвижения в исследованиях Томсон ощущал нехватку точных данных, на которые он мог бы опереться в теоретических разработках, и это привело к тому, что ученый сам начал серьезную экспериментальную исследовательскую деятельность, которая позволила преодолеть эту трудность. Однако само начало этой деятельности было связано с немалыми трудностями: Мейклхем, возглавлявший кафедру в течение долгих лет, не вел никакой экспериментальной работы. Сам Томсон так описывал панораму, лежащую перед ним в Глазго:

«Я нашел устаревшие приборы. Многим из них было более 100 лет, лишь некоторым - меньше 50, и большинство из них было из источенного красного дерева. [...] Не существовало абсолютно никаких предпосылок для каких-либо экспериментальных исследований, не говоря уже о чем-то, похожем на практическую работу студентов».

Уильяму пришлось решить две задачи. С одной стороны, он должен был убедить своих коллег по факультету, что для успешного выполнения их же поручения нужны немалые финансовые вложения, связанные с приобретением необходимого оборудования и приборов, а также помещения для лабораторий. Тут можно отметить, что коллег удалось убедить, материалы были закуплены, а в качестве лаборатории выступил старый неиспользуемый погреб, расположенный недалеко от аудитории Томсона. Постепенно к этому погребу он присоединял другие помещения (по мере их освобождения), причем предпочитал просто ставить коллег перед фактом, опуская этап формальных запросов, которые требовались по регламенту, но совсем не гарантировали результата. Постепенно ученый создал достойную лабораторию, которую использовал для преподавания и исследований.

Вторая задача была посложнее. Томсон собирался разработать для студентов программу экспериментов, которая дополняла бы теоретическую часть его лекций. Можно представить себе сложность, которую эта задача представляла для физика-теоретика, каким и был Томсон, и помог ему только опыт работы в парижской лаборатории Реньо. Результатом стала первая университетская лаборатория, предназначенная для преподавания физики, и первая профессиональная лаборатория в современном смысле.

Решая эти задачи, Томсон прибегал к советам своего кембриджского друга Джорджа Габриеля Стокса (1819-1903). Стокс и Томсон отлично дополняли друг друга. Первый был спокойным, рассудительным, методичным; второй, напротив, - непосредственным и полным энтузиазма. Первый был склонен к экспериментам, второй намного больше ценил теоретические разработки. Уильям, прежде чем принять решение, обычно говорил: «Я посоветуюсь об этом со Стоксом», в то время как Стоке, размышляя над дилеммой, спрашивал себя: «Что бы подумал об этом Томсон?»

Томсон испытывал глубокое уважение к Стоксу и его работе. «Я советуюсь с человеком, имеющим для меня большой авторитет, — Стоксом, и делаю это каждый раз, когда у меня есть такая возможность», — говорил он в Балтиморских лекциях, а в связи с юбилеем Стокса в 1899 году заявил:

«Когда я размышляю о собственном начальном прогрессе, то обязательно вспоминаю о любезности, которую он выказал по отношению ко мне, и о том, какое большое значение имело для меня в течение жизни общение с сэром Джорджем Стоксом».

Стокс — ирландский математик и физик, который внес важный вклад в оптику, динамику флюидов и математическую физику. Он родился в Скрине, на севере Ирландии, 13 августа 1819 года и был сыном пастора протестантской евангелической церкви.

В 1837 году Стокс поступил в Пемброк- колледж в Кембридже, а в 1841 году получил титул старшего спорщика и выиграл премию Смита. В 1849 году он занял должность лукасовекого профессора математики в Кембриджском университете, на которой и оставался до завершения карьеры. В 1852 году Королевское общество наградило его медалью Румфорда за исследования по длине световой волны. Характерным для научных исследований Стокса было сочетание математических разработок и экспериментов, которые он ставил в своей лаборатории.

Первые работы ученого были связаны с движением несжимаемых жидкостей и трением, происходящим при этом. Одним из самых важных его результатов в этой области был так называемый закон Стокса, позволяющий вычислить конечную скорость сферы, падающей в вязкую среду, то есть постоянную скорость, с которой движется сфера, когда гравитационная сила компенсируется силой противодействия среды. Также Стоке изучал явление дифракции - эффекта, который оказывает на поток света объект, присутствующий на его траектории, и как на дифракцию влияют характеристики этого объекта (например, размер). Другой его важный результат состоял в определении того, что плоскость поляризации света перпендикулярна направлению его распространения. Кроме того, ученый изучал флуоресценцию и двойное лучепреломление, характерные для некоторых материалов, таких как исландский шпат. С 1885 по 1890 год он был председателем Королевского общества, а в 1893 году получил от него медаль Копли. Томсон и Стокс поддерживали крепкую дружбу более 50 лет и в течение всего этого времени постоянно обменивались идеями о научных проблемах, над которыми трудились. Эта привычка часто приводила к тому, что невозможно было определить, кто из них двоих раньше пришел к той или иной идее, как это случилось с теоремой Стокса.