Kelvin (Largs), William Thomson

Baron SİR WİLLİAM THOMSON (1866-92) olarak da bilinir
(d. 26 Haziran 1824, Belfast, Antrim ili, İrlanda [bugün Kuzey İrlanda] - ö. 17 Aralık 1907, Netherhall, Largs yakınları, Ayrshire, İskoçya),
İskoçyalı mühendis, matematikçi ve fizikçi.

Bilime başlıca katkıları arasında termodinamiğin ikinci yasasının geliştirilmesi, kendi adıyla anılan birimle ölçülen mutlak sıcaklık ölçeği, ısının dinamik kuramı, elektrik ve magnetizmanın matematiksel analizi, Yer’in yaşının jeofizik yöntemleriyle belirlenmesi ve hidrodinamik alanındaki temel çalışmaları sayılabilir. Denizaltı kablolarına ilişkin buluşları ve denizaltı telgraf iletişimi konusundaki kuramsal çalışmaları büyük önem taşır. Modern fiziğin temellerinin oluşturulmasında önemli rol oynayan Kelvin, döneminin bilim anlayışını derin bir biçimde etkilemiştir.

William Thomson önce Belfast’ta, sonra da Glasgow Üniversitesi’nde ders veren bir matematik profesörünün oğluydu. Annesini altı yaşındayken kaybetti. William’m matematik eğitimiyle doğrudan ilgilenen babası ona matematikte henüz üniversitelerde okutulmayan en yeni konuları öğretti. 1834’te, henüz 10 yaşında iken Glasgovv Üniversitesi’ne girmeyi başaran Thomson, özellikle Fransız matematikçi J.B.J. Fourier’nin Theorie analytique de la chaleur (1822; Isının Analitik Kuramı) adlı yapıtından etkilendi. 16 ve 17 yaşında iken yayımladığı ilk bilimsel makalelerinde Thomson, İngiliz bilim adamlarının genellikle karşı çıktığı Fourier’nin görüşlerinin savunusunu üstlendi ve Fourier’nin geliştirdiği matematiksel yöntemlerin yalnızca ısı akışına değil, başka enerji biçimlerine de (örn. devinen akışkanlar, bir telden geçen elektrik akımı) uygulanabileceğini öne süren ilk bilim adamı oldu.

Glasgow Üniversitesi’nde eğitimi sırasında birçok ödül alan Thomson, “An Essay on the Figüre of The Earth” (Yer’in Biçimi Üzerine Deneme) başlıklı makalesiyle altın madalya kazandı. 1841’de girdiği Cambridge Üniversitesi’ni dört yılda üstün başarıyla bitirdikten sonra Paris’e gitti. Burada gazların ısıl özellikleri üzerindeki çalışmalarıyla ünlü fizikçi ve kimyacı Henri -Victor Regnault’nun laboratuvannda bir süre bulunarak uygulamak çalışmalar alanında kendini yetiştirdi. Glasgow Üniversitesi’nde 1846’da boşalan doğa felsefesi kürsüsünün (sonradan fizik kürsüsü) profesörlüğüne oybirliğiyle seçildiğinde 22 yaşındaydı. Bu görevi 1899’a değin 53 yıl sürdüren Thomson bütün bilimsel çalışmalarını Glasgow’da gerçekleştirdi.

Üniversite öğretiminde deneysel çalışmanın önemini vurgulayarak İngiltere’nin ilk üniversite fizik laboratuvarını burada kurdu. Maddeye ve enerjiye ilişkin çeşitli kuramların tek bir büyük kuram biçiminde birleştirileceği görüşünde olan Thomson, hidrodinamik olgular ile bir telden geçen elektrik akımı arasındaki benzeşimi “On the Uniform Motion of Heat in Homogeneous Solid Bodies, and its Connection vvith the Mathematical Theory of Electricity” (Isının Türdeş Katilardaki Düzgün Devinimi ve Bu Olgunun Elektriğin Matematiksel Kuramıyla İlişkisi) başlıklı makalesinde ortaya koymuştu (1842). Joule’ün ısı ile mekanik enerjinin birbirine dönüştürülebilir olduğuna ilişkin kuramını 1847’de öğrenen Thomson, bu kuramın bilim çevrelerince tanınması doğrultusunda çaba harcadı.

Joule’ün kuramı, o güne değin yaygın kabul görmüş olan, ısının ağırlıksız bir akışkan (kalorik) olduğu düşüncesine tümüyle karşı çıkıyordu. Thomson 1851’de yayımladığı “On the Dynamical Theory of Heat” (Isının Dinamik Kuramı Üzerine) başlıklı matematiksel incelemesinde Joule’ün görüşlerini doğruladı; bu çalışma, Thomson’ın Clausius’tan bağımsız olarak ortaya koyduğu termodinamiğin ikinci yasasını da içeriyordu. Thomson ve Joule, birlikte yürüttükleri araştırmalar sonucunda, bir gazın iş üretmeden ya da ısı aktarımı olmaksızın genleşmesi durumunda sıcaklığının azaldığını buldular (1852). Joule - Thomson etkisi olarak adlandırılan bu olgudan yararlanılarak 19. yüzyılın ikinci yansında gazların sıvılaştınlması gerçekleştirilmiş, soğutucu sanayisi geliştirilmiştir.

Isı makinelerinin verimini ısının kalorik kuramına dayanarak açıklayan Carnot’nun çalışmasını, ısının mekanik enerjiyle eşdeğer olduğunu kanıtlayan Joule’un bulgularıyla bağdaştırarak ısı kuramını bir mekanik ilkesine dönüştürmeye çalışan Thomson, 1848’de de mutlak sıcaklık ölçeğini geliştirdi. Fransız fizikçi J.A.C. Charles’in 1787’de ortaya koyduğu gazların genleşme yasası, soğutulan bir gazın hacminin, her 1 °C sıcaklık farkı için, 0°C’deki hacminin 273’te biri kadar küçüldüğünü belirliyordu (Charles yasası).

Buradan, -273°C’de gazın hacminin sıfır olacağı sonucu çıkıyordu. Thomson, -273°C’de hacmin sıfır olmayacağını, ama gazı oluşturan moleküllerin devinimlerinin ortadan kalkacağını, böylece (kendisinin 1856’da “kinetik enerji” olarak adlandırdığı) devinim enerjisinin sıfır olacağını öne sürdü. Bu, bütün maddelerin molekülleri için geçerli idi. Tüm molekül hareketinin durduğu ve herhangi bir sonlu süreçle erişilmesi olanaksız bir alt sınır olan —273°C’lik sıcaklığın mutlak sıfır olarak kabul edilmesini öneren Thomson, bu sıcaklıktan yukarıya doğru Celsius ölçeğiyle derecelendirilen bir sıcaklık ölçeği ortaya koydu. Bu -273°C’lik sıcaklık aynı zamanda, Carnot teoremine göre, ısının tümüyle işe dönüşebilmesi için gerekli alt sınırdı.

Mutlak sıcaklık ölçeği, termodinamik ölçek ya da Thomson’ın onuruna Kelvin ölçeği olarak adlandırılan bu ölçek günümüzde bütün bilimsel sıcaklık ölçümlerinin temelini oluşturur (mutlak sıfır, günümüzde —273,15°C olarak kabul edilmektedir). Moleküllerin kinetik enerjisi kavramı bütün enerji türlerinin ısıya dönüşerek harcanacağı ve bütün cisimlerin zamanla soğuyarak sonunda evrenin mutlak sıfır sıcaklıkta dengeye ulaşacağı varsayımına temel olmuştur; bu kavram J.C. Maxwell ve L. E. Boltzmann’ın geliştirdikleri gazların kinetik kuramının da temelini oluşturmuştur.

Soğuma olayını Yer’in yaşının belirlenmesine uygulayan Thomson, Yer’in Güneş’ten koptuğunda Güneş ile aynı sıcaklıkta olduğu ve o zamandan bu yana sürekli soğuduğu görüşünden kalkarak Yer’in yaşının 200 milyon yıldan fazla olamayacağını hesapladı (1862), daha sonra bu sürenin 20-40 milyon yıl arasında olduğunu ileri sürdü (1899). Jeolojik bulgular ise Yer’in yaşının 200 milyon yıldan fazla olduğunu ortaya koyuyordu. Thomson’ın bu savı jeologlar ve evrim kuramını savunan bilim adamlarınca şiddetle eleştirildi. Bu çelişki radyoaktifliğin keşfinden ve böylece Yer’de Güneş’ten bağımsız bir ısı kaynağının bulunduğunun anlaşılmasından sonra çözülebildi ve Thom- son’ın Yer’in yaşına ilişkin görüşlerinin yanlış olduğu belirlendi.

Thomson’ın duyarlı ölçü aygıtlarının geliştirilmesi konusunda önemli başarıları vardır. Elektrik akımı ile ısı akışı arasındaki matematiksel benzeşime ilişkin çalışmaları Atlas Okyanusunda döşenen ilk denizaltı telgraf kablosunun başarısında belirleyici rol oynadı. Dover ile Calais arasında 1850’de döşenen denizaltı kablosunda sinyallerin düşük hızla yol aldığı ve bozulmaya uğradığı gözlenmişti. Thomson bunun elektriksel bir iletken olan deniz suyu ile kablonun bir sığaç (kondansatör) oluşturmasından kaynaklandığını belirledi. Sinyaldeki gecikmenin önlenebilmesi için kablonun çapının büyük olması, iletkenliği yüksek malzemeden yapılması ve iletilen sinyallerin genliğinin çok küçük olması gerektiğini öne sürdü.

Böylesine zayıf gerilimleri algılayabilen ve günümüzde aynalı galvanometre olarak bilinen duyarlı bir aygıt geliştirerek 1858’de patentini alan Thomson, Atlas Okyanusuna denizaltı kablosu döşemek üzere kurulmuş olan Atlantic Telegraph Company’nin başdanışmanlığına getirildi. İrlanda ile Kanada’daki Newfoundland arasında yaklaşık 4.800 km uzunluğundaki ilk kablo 1858’de döşendi. Şirketin başmühendisi E.O.W. Whitehouse, Thomson’ın önerilerini uygulamaya koymayı kabul etmemiş ve döşenen kablo kısa sürede işe yaramaz hale gelmişti; bunun üzerine şirket Whitehouse’ın görevine son verdi ve 1866’da Thomson’ın önerilerine uygun yeni bir kablo döşedi. Bu kablonun başarısı Thomson’ın büyük bir servet ve ün sahibi olmasına yol açtı. Bunun yanı sıra, aynı yıl kendisine “sir” unvanı verilen Thomson’ın adına 1892’de İskoçya’daki Largs dolaylarında Kelvin baronluğu kuruldu ve Thomson bu tarihten sonra Lord Kelvin olarak anıldı. 185l’de Londra’daki Royal Society'nin üyeliğine seçilen Thomson, 1890-95 arasında bu kuruluşun başkanlığını yaptı.

Kelvin iki kez evlendi ve hiç çocuğu olmadı. Yaşamı boyunca 600'den fazla bilimsel makale yayımladı, birçok buluş yaparak patentini aldı, kendisine sayısız unvan, onursal üyelik ve ödül verildi. Seksen üç yaşında öldüğünde Westminster Abbey’de Newton’un yanına gömüldü.

Kelvin yaşamının son yıllarında fizikte ortaya çıkan yeniliklere ilgisiz"kalmış, hatta bunlara karşı çıkmıştır. Ama onun, Helmholtz ile birlikte, klasik fiziği geliştirerek 20. yüzyılın başında çağdaş bir bilim dalma dönüştüren iki büyük bilim adamından biri olduğu herkesçe kabul edilir.