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

Томсон во время своего последнего занятия в Университете Глазго в 1899 году.

Еще один повод для беспокойства добавила радиоактивность: сначала, в 1895 году, открытие икс-лучей немецким физиком Вильгельмом Конрадом Рентгеном (1845-1923), а затем, в 1897-м, открытие электрона Джозефом Джоном Томсоном (1856-1940). Снова пытаясь придерживаться динамической структуры эфира, герой нашей книги посчитал, что икс-лучи можно объяснить, если предположить продольные колебания самой среды, а это противоречило теории Максвелла (вспомним, что электромагнитные волны поперечные). Но иллюзия длилась недолго - столько, сколько понадобилось, чтобы понять: странное рентгеновское излучение - это электромагнитное излучение большей энергии, чем видимый свет и ультрафиолет.

Томсон вернулся к характерному для себя способу мышления. В 1902 году он представил работу, в которой возродил старую теорию немецкого ученого Франца Ульриха Теодора Эпинуса (1724-1802): в 1759 году последний утверждал, что электричество - настолько уникальный флюид, что его избыток приводит к положительному заряду, а недостаток - к отрицательному. Предположение Томсона было следующим:

«Флюид Эпинуса состоит из чрезвычайно маленьких и похожих друг на друга атомов, которые я называю электрионами, они намного меньше, чем атомы весомой материи, и свободно проникают в пространство, занятое этими атомами большего размера, и так же свободно - в пространство, не занятое ими. Как и в теории Эпинуса, у нас должно быть взаимное отталкивание между электрионами, взаимное отталкивание между атомами независимо от электрионов, а также взаимное притяжение между электрионами и атомами без электрионов».

Число электрионов, которые имеются у обычного атома, наряду с законами работы сил, задействованных в потере или получении атомами электрионов, объясняло разнообразие химических элементов с различными свойствами, представленное в периодической таблице элементов, которая была введена в 1869 году Дмитрием Менделеевым (1834-1907) и немецким химиком Юлиусом Лотаром фон Мейером (1830-1895) год спустя. Эта теория, построенная на основе простых компонентов, была слишком сложной.

Через некоторое время после открытия электрона Джозеф Джон Томсон предложил модель атома, основанную на сферической структуре с положительным зарядом, в которую были вставлены в необходимом положении для поддержания равновесия системы электроны: их количество было таким, чтобы уравновешивать заряд атома. Лорд Кельвин изменил эту модель, предположив, что частицы электричества движутся по концентрическим сферам. В 1903 году японский физик Хантаро Нагаока (1865-1950) предложил атом, образованный большой сферой с положительным зарядом, вокруг которой по круговым траекториям вращаются электроны. В 1911 году эксперименты новозеландского физика Эрнеста Резерфорда (1871-1937) показали, что атомная геометрия Нагаоки верна, но пришлось подождать датского физика Нильса Бора (18851962), который в 1911 году своей доквантовой моделью атома обозначил начало пути к окончательному решению, которое вылилось в развитие квантовой механики.

Несмотря на весь скептицизм Томсона по отношению к новой физике, нет сомнений в том, что ученый до конца своей жизни вел борьбу за понимание механизмов физических явлений, как бы они ни выглядели. Исследователь говорил:

«Так же как великие достижения в математике были осуществлены на основе желания найти решение задач, которые имели очень практический характер для математической науки, в физической науке многие великие достижения, которые были сделаны с начала мира до настоящего времени, были вызваны серьезным желанием изменить знание о свойствах материи ради какой-то полезной для человечества цели».

В 1892 году королева Виктория причислила Уильяма к дворянству — он стал первым ученым в Великобритании, который получил дворянский титул. В этот день премьер-министр превозносил возможности, которые откроет присутствие Томсона в палате лордов, поскольку большинство ее членов были далеки от науки. Уильям принял титул барона Кельвина из Ларгса, взяв название реки Кельвин, протекавшей недалеко от его университетской лаборатории, и города Ларгса, в пригороде которого находилась его резиденция Нетерхолл. После церемонии посвящения в дворянство, произошедшей 25 февраля, Томсон занял свое место в палате лордов.

Исследовательская деятельность лорда Кельвина после начала его парламентской карьеры не угасла. В 1896 году был отпразднован его юбилей на посту профессора Университета Глазго. В связи с этим королева Виктория пожаловала ученому Большой Крест Королевского Викторианского ордена; 11 июля 1899 года он представил совету университета свое заявление об отставке. Томсону недавно исполнилось 75 лет, со времени его назначения в 1846 году прошло уже 53 года. А 30 сентября было его последним днем в качестве действующего преподавателя.

Лорд Кельвин скончался 17 декабря 1907 года в Нетерхолле, рядом с городом Ларгс (Шотландия). Похороны состоялись 23 декабря в Лондоне. Многочисленные представители академического, научного и политического мира шли в похоронной процессии рядом с родственниками и друзьями Томсона. Останки ученого покоятся в Вестминстерском аббатстве, его могила находится рядом с могилой великого Исаака Ньютона.

В течение жизни Томсон написал огромное количество научных статей, изобрел и запатентовал множество измерительных приборов, предлагал неожиданные решения практических проблем, получал многочисленные почести и был первым в различных областях физики. Однако, как утверждал Джозеф Джон Томсон, сам лорд Кельвин считал самой важной своей работой исследования, связанные с возрастом Земли и Солнца.

В 1864 году Томсон опубликовал статью под названием «О вековом охлаждении Земли», которую за два года до этого представил в Эдинбургском королевском обществе. В этой работе ученый, опираясь на законы термодинамики, привел свои расчеты возраста Земли. Хотя результат, предложенный Томсоном, оказался ошибочным, его последующие дискуссии с другими исследователями приобрели большую известность. Эта полемика велась до самой смерти лорда Кельвина.

«Земля была создана между вечером субботы 22 октября и рассветом воскресенья 23 октября 4004 года до н.э. юлианского календаря» - эта точная оценка может считаться предварительным примером расчетов и экспериментов, достойных упоминания. Однако ее автор, епископ Джеймс Ашшер, основывался на Библии и числе поколений, которое, как он высчитал, прошло от Адама и Евы до наших дней. Богослов привел эти расчеты в 1650 году в своей книге Annales veteris testamenti, а prima mundi origine deducti ( «Анналы мира»). Он не первый делал оценки этого важного события, обладающие такой же точностью. Так, бенедиктинский монах Беда Достопочтенный в VIII веке указал, что создание Земли произошло в 3952 году до н.э., французский эрудит Жозеф Жюст Скалигер уверял в XVI веке, что это случилось в 3949 году до н.э., а английский священнослужитель и заместитель ректора Кембриджского университета Джон Лайтфут выступал в XVII веке за 3929 год до н.э.