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

Изолированные положительный и отрицательный заряды

Положительный и отрицательный заряды

Два положительных заряда

То ли из- за давления отца, то ли из страха Томсон засомневался в том, что сможет осуществить карьеру ученого и серьезно задумался (по крайней мере, так он говорил своим друзьям) о том, чтобы стать адвокатом. Тогда он много времени посвящал и литературе, оставив на некоторое время учебу. «Я прочитал некоторые стихотворения Шекспира, - писал он, - и мне этого было достаточно, чтобы захотеть читать больше». Это замечание показывает, насколько захватила Уильяма эта новая, еще неведомая ему сфера.

Есть еще много вещей, которые будут против тебя, если только ты не сможешь показать своих знаний об операциях экспериментальной философии.

Джеймс Томсон своему сыну Уильяму

К счастью, приближался трайпос — экзамен по математике, длившийся несколько дней, в течение которых студенты подвергались различным испытаниям. (Считается, что экзамен получил это название благодаря неудобиому трехногому стулу — tripod, — на котором сидели экзаменуемые.) Для успешной сдачи требовалась специальная подготовка, и Уильям был вынужден вернуться к математике.

Участие Томсона в трайпосе 1845 года — возможно, один из самых известных эпизодов в его жизни. Все его товарищи были уверены, что он получит первое место и титул старшего спорщика, который присваивается победителю. Отец Уильяма, в свою очередь, также был заинтересован в том, чтобы тот был первым, поскольку считал, что этот результат поможет сыну получить кафедру натуральной философии в Глазго. Томсон не только рассчитывал на собственные способности, но и полагался на неоценимую помощь преподавателя математики Уильяма Хопкинса, который был одним из лучших репетиторов по трайпосу. Сам Хопкинс в 1827 году занял всего лишь седьмое место, но в 1849 году среди его учеников было уже 17 старших спорщиков. Победителями трайпоса были Джордж Габриэль Стокс в 1841 году и Джон Уильям Стретт (лорд Рэлей) в 1865-м. Последний получил Нобелевскую премию по физике в 1904 году. Однако, например, физики Джеймс Клерк Максвелл и Джозеф Джон Томсон (обладатель Нобелевской премии 1906 года) получили только второе место в 1854 и 1880 годах соответственно.

В 1845 году Уильям уступил на экзамене Стивену Паркинсону, студенту колледжа святого Иоанна. Томсон получил титул второго спорщика, который предоставлялся кандидатам, занявшим второе место. Его уверенность в себе и убежденность в победе были так велики, что, как рассказывают, Уильям послал друга посмотреть, кто получил второе место, и удивился, когда тот, вернувшись, сообщил, что вторым оказался сам Томсон. Однако через какое-то время юноша признал, что и вправду ответил не лучшим образом, поскольку слишком увлекся одним из заданий. Томсон вспоминал об этом эпизоде следующим образом:

«Паркинсон был лучшим в первые два дня экзамена, когда нужно был0 решать упражнения из учебника, а не задачи, требовавшие аналитического исследования. Я должен был улучшить результат в последние два дня, но этого не произошло, [...] и я едва ли смог получить хорошие оценки. Я потратил почти все время на особенно заинтересовавшую меня задачу. Она касалась волчка, который падает на твердую поверхность. Это очень простая задача, если подойти к ней нужным способом, но я запутался, потратил на нее много времени и написал что-то не очень подходящее, и у меня не осталось времени на другие вопросы [...]. Достойный человек Паркинсон (с которым я не был знаком тогда лично) заранее учился хорошо отвечать на экзаменах, в то время как у меня в течение предыдущих месяцев в голове были другие темы, о которых нас не спрашивали: теория тепла, тепловой поток между изотермическими поверхностями, зависимость потока от предыдущего состояния и все эти вещи, которым я выучился у Фурье».

Практически сразу после трайпоса Томсон смог «отомстить» Паркинсону, разбив его на испытаниях премии Смита — экзамене, где больше ценилась способность к пониманию и анализу, а не скорость решения задач, при этом сами задачи касались физики и математики, а не математических методов,как в трайпосе. Один из наставников Томсона, Генри Куксон, написал его отцу:

«Я видел, как Вашего сына переполняет счастье. [... ] Некоторые задаЧи экзамена на премию Смита были сложнее, чем те [которые были в трайпосе], и требовали более глубокого и философского видения тем. Именно этому следует приписывать успех Вашего сына».

В возрасте 21 года Томсон уехал в Париж. Он прибыл в столицу Франции 30 января 1845 года в сопровождении своего друга Хью Блэкберна (1823-1909), шотландского математика, который со временем заменил отца Уильяма на кафедре математики Университета Глазго. Целью этой поездки была работа в лаборатории Анри Виктора Реньо ( 1810-1878) - химика и физика, который в то время исследовал для французского правительства физико-химические свойства газов. Реньо изучал такие проблемы, как коэффициент расширения при определенной температуре или количестве тепла, требующемся для поднятия этой температуры на некоторое число градусов. В то время ученые пытались экспериментально получить информацию, необходимую для повышения эффективности паровых машин. Дополнительным преимуществом этих экспериментальных исследований было значительное развитие термодинамики, которая получила теоретико-экспериментальную базу.

Любопытно отметить различия между Великобританией и Францией в экспериментальных исследованиях в этой области. В Великобритании, где паровая машина была разработана в конце XVIII века, исследования независимо друг от друга проводили изобретатели и ученые. Во Франции же политики сразу осознали, какое стратегическое значение это изобретение может иметь для технологического развития, и выделили средства на его изучение. Заслуга французского правительства была еще больше, чем кажется на первый взгляд, если учесть, что в то время знание об основных законах поведения пара было очень скудным. Действительно, это хороший пример для современных политиков, часто слишком неуступчивых в вопросах финансирования базовых исследований, которые рано или поздно могли бы способствовать процветанию страны.

Как уже было сказано, отец Томсона считал, что экспериментальное обучение необходимо его сыну для получения кафедры в Глазго, и пребывание в Париже позволяло восполнить этот пробел в теоретическом образовании Уильяма. Возможно, нескольких месяцев, проведеиных в столице Франции, не хватило для того, чтобы молодой Томсон понял все тонкости лабораторной работы, но по крайней мере это связало его с экспериментальной физикой и химией и позволило ему приобрести знания в области теоретического применения этих дисциплин и в инженерном деле, что сильно повлияло на его последующую карьеру. Отец постоянно подталкивал сына: