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

Гармонический анализатор приливов, разработанный Уильямом Томсоном и выставленный в Музее науки в Лондоне.

Эйри изучал проблему и нашел приемлемое решение, включив в компас пару постоянных магнитов, ориентированных определенным образом. Но это решение не было абсолютно удовлетворительным, поскольку позволяло только скорректировать, и то не полностью, действие сильного магнетизма. Позже Смит разработал процедуру коррекции, в которую включался слабый магнетизм, но она была слишком сложной, поскольку требовалось, чтобы каждый корабль прошел ряд измерений, результаты которых следовало обработать и составить таблицы, включающие специфические поправки для каждого конкретного корабля. И все же, несмотря на свою сложность, эта процедура использовалась в британском флоте долгие годы.

Томсон в своем анализе учел другую проблему, связанную с движением стрелки компаса, которая стремилась вращаться вокруг своей оси, выравниваясь в одну линию с осью корабля. Этот чисто механический эффект накладывался на магнитное выстраивание, но мог влиять на движение стрелки, особенно когда она имела больший, чем обычно, вес (такие компасы использовали на некоторых кораблях, полагая, что благодаря своему большему весу такие стрелки будут стабильнее, однако эффект был обратным). Со временем корабли становились все больше, компасы — тоже, и проблема была все острее.

Решение Томсона казалось очевидным. В задаче участвовали хорошо знакомые элементы: магнитное поле Земли, сильный и слабый магнетизм корабля, намагниченные элементы и динамика. Томсон искал решение, которое не требовало бы от моряков знаний в таких дисциплинах, как физика или математика. Он разработал конструкцию из легких элементов, чтобы избежать динамических эффектов и облегчить компенсацию явлений, вызванных использованием железа в конструкции корабля.

Однако его компас был оценен не очень высоко. Ни Эйри, ни руководство адмиралтейства не поняли улучшений, предложенных ученым. Несмотря ни на что Томсон добился использования своей конструкции на некоторых кораблях и на основании отчетов об эксплуатации и наблюдений пользователей вносил в прибор усовершенствования. К 1880 году компас Томсона начал использоваться на коммерческих судах.

Прикладная работа, которой занимался ученый в эти годы, безусловно, заставила его отложить темы, связанные с базовой наукой. Фон Гельмгольц, навестивший его в 1884 году, написал:

«У меня впечатление, что сэр Уильям может делать нечто лучшее, чем применять свою выдающуюся проницательность к промышленным проектам; его инструменты кажутся мне слишком утонченными для того, чтобы давать их в руки необразованных рабочих и служащих. [...] Он одновременно решает в уме глубокие теоретические проблемы, но у него нет времени спокойно поработать над ними».

Однако уже был близок новый этап в плодотворной научной жизни Томсона.

В последние годы жизни Томсон придерживался присущего ему механистического представления о физических процессах. Однако новая физика, которая начала появляться, полностью противоречила такому восприятию действительности. Это поставило ученого в несколько маргинальное положение в науке, что было полной противоположностью лидерству Томсона, характерному для начала его карьеры.

После успешной прокладки трансатлантического кабеля между Ирландией и Канадой Томсон участвовал в прокладке в 1869 году французского кабеля, соединившего бухту Пти Мину рядом с Брестом (Франция) с Сен-Пьер и Микелоном в Ньюфаундленде (Канада). Позже этот кабель был протянут до Даксбери (Массачусетс, США). Также в 1873 году ученый вместе с Генри Дженкином выполнял функции инженера в Western & Brazilian Telegraph Company, занимавшейся прокладкой кабеля между Рио-де-Жанейро и городом Пара (сегодня Белен) в Бразилии. Уже находясь на борту судна Hooper, направляющегося в Бразилию, они обнаружили, что кабель поврежден, и сделали остановку на Мадейре для починки. Там Томсон познакомился с предпринимателем и владельцем нескольких винных погребов Чарльзом Блэнди. Томсон и Дженкинс показали двум старшим дочерям Блэнди код Морзе, и те сразу же начали практиковаться, подавая с помощью лампы сигналы кораблю, пришвартованному в порту.

Сэр Уильям вернулся на Мадейру в следующем году, на корабле «Яалла Рук». По легенде, с борта корабля он послал сообщение в сторону дома Блэнди: «Выйдешь за меня замуж?» Последовал ответ: «Да». Правда это или нет, однако Томсон и Фрэнсис Анна, вторая дочь Блэнди, 24 июня 1874 года поженились в часовне британского консульства на Мадейре. Через два дня Томсону исполнилось 52 года. Фанни (как все называли Фрэнсис Анну) было 36. Разлучила их только смерть Томсона. Фанни умерла в 1916 году, через девять лет после кончины Уильяма.

Приехав в Великобританию, пара построила себе дом в Нетерхолле, рядом с Ларгсом, примерно в 50 км от Глазго. Это было одним из первых жилищ в Великобритании с электрическим освещением, которое сначала питалось от батарей, а затем - от газовых генераторов. Томсон также оборудовал дома лабораторию - свою третью лабораторию, поскольку на «Лалла Рук» у него тоже было помещение, посвященное экспериментам. Можно сказать, что жизнь Уильяма перевернулась. Энергичная Фанни всегда была готова помочь супругу с социальной стороной его деятельности, в которой тот был не особо искусен.

Около 1860 года Томсон начал писать учебник по натуральной философии. Он делал это вместе с Питером Гатри Тэтом ( 1831-1901), шотландским физиком и математиком, занявшим после Форбса кафедру в Эдинбурге. Томсон и Тэт собирались написать трактат, в котором были бы рассмотрены проблемы различных областей физики с точки зрения закона сохранения энергии. Кроме того, они собирались сделать текст полезным для студентов, то есть он не ограничивался бы рассмотрением обычных задач, а охватывал более сложные проблемы, связанные с промышленными разработками (например, паровые машины, телеграфные кабели и так далее). Это был абсолютно новаторский подход. Тэт писал Томсону в 1861 году:

«Я думаю, что мы можем составить в трех средних томах курс экспериментальной физики и математики, более полный, чем существуют (насколько я знаю) на французском и немецком языках. На английском я не знаю ни одного».

Сразу же стало ясно, какие темы следовало осветить в работе: кинематика и динамика, гидростатика и гидродинамика, свойства материи, звук, свет, тепло, электричество и магнетизм - то есть все, что сегодня известно как классическая физика. Томсон и Тэт были первыми, кто решил объединить эти фрагменты знания в одну дисциплину.