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

В 1900 году он прочел лекцию под названием «Облака XIX века над динамической теорией тепла и света». В ней лорд Кельвин говорил о двух проблемах, требовавших решения: «Красота и ясность динамической теории, которая устанавливает, что тепло и свет - это способы движения, сейчас затуманены двумя облаками. Первое родилось с волновой теорией света, и им занимались Френель и доктор Томас Юнг; оно подразумевает вопрос: как Земля может двигаться через упругое тело, каковым, по сути, является эфир? Второе - это доктрина Максвелла — Больцмана относительно распределения энергии».

Первый вопрос касается уже упомянутого отказа от эфира как категории, необходимой для объяснения движения света. Вторая проблема сосредотачивается на так называемом излучении черного тела. Два этих вопроса — далеко не второстепенные неудобные мелочи; оба этих «облака» стали отправной точкой для двух теорий, которые произвели революцию в физике начала ХХ века: речь идет о теории относительности и квантовой теории. «Думаю, что скоро мы узнаем о великих откровениях», - написал лорд Кельвин одному из своих коллег за несколько месяцев до смерти.

Одержимость устаревшим механицизмом была не единственной ошибкой лорда Кельвина, выступавшего также против электромагнитной теории Максвелла, радиоактивности и других открытий, произошедших после 1865 года. Его поведение в течение последней трети жизни напоминало поведение маньяка, не желающего принимать ни одно научное новшество, относительно которого он имел сомнения, предубеждения или которое просто не укладывалось в рамки привычных для него теорий. На самом деле сегодня лорд Кельвин представлен в физике довольно скудно: о нем напоминают лишь абсолютная температурная шкала (шкала Кельвина) и единица измерения (кельвин). Любопытно, что эти понятия начали использоваться только в 1954 году, спустя долгое время после смерти ученого.

Значительная часть материалов о лорде Кельвине, которые публикуются сегодня, посвящена исключительно ошибкам, которые он совершал, как уже упомянутое мнение об уменьшении количества кислорода на планете. Вновь и вновь историки науки вспоминают его слова — действительные его слова: «Летательные аппараты, которые тяжелее воздуха, невозможны», «У радио нет будущего», «Рентгеновские лучи — это выдумка», «У меня нет ни малейшей веры в воздушную навигацию, отличную от воздушных шаров, и надежды на хорошие результаты в каком-либо из испытаний, о котором мы слышали», «Нет ничего нового, что может быть открыто в физике сейчас; все, что осталось,— это проводить все более и более точные эксперименты» ... Кажется, сложно найти другого человека, настолько далекого от реальности, но почему же тогда королева Виктория решила пожаловать Томсону дворянский титул?

Возможно, ответом станет деятельность ученого до того, как ему исполнилось приблизительно 40 лет, — и когда он проявлял научную смелость, неожиданную для автора приведеиных выше изречений. Примерно в середине XIX века были сформулированы теории о свете, теплоте, электричестве и магнетизме — классических дисциплинах физики, — и участие в этом Томсона было основополагающим. Не будет большим преувеличением сказать, что в течение двух последних третей XIX века ни одна дискуссия в физике не проходила без его участия. Авторитет Томсона среди его европейских коллег был исключительно высок, и многие считали его самым блестящим ученым последних десятилетий.

Также следует вспомнить и бесчисленные достижения Томсона. Он ввел абсолютную температурную шкалу. В механике жидкостей известна теорема Кельвина о циркуляции. Он открыл так называемый эффект Томсона - термоэлектрическое свойство материалов, а вместе с Джоулем - термодинамический процесс, известный как эффект Джоуля - Томсона. В астрофизике используется временная шкала Кельвина - Гельмгольца - оценка времени, в течение которого звезда может светить, благодаря действию силы тяготения, сдавливающей ее массу с выделением тепла. Именами тех же людей названа неустойчивость в динамике жидкостей, которая объясняет, например, образование в атмосфере определенных типов облаков. Волны, которые формирует нос плывущего корабля, соответствуют так называемой модели Кельвина. Томсон открыл магнетосопротивление, и теорема Стокса о векторном исчислении появилась в первый раз в письме Томсона Стоксу, который позже использовал ее для формулировки одной из задач на экзамене 1854 года на премию Смита. Согласно Сильванусу Филиппу Томпсону, одному из биографов ученого, лорд Кельвин получил более 50 патентов в таких областях, как телеграф, компасы, навигационные приборы, динамо-машины и электрические лампы, электроизмерительные инструменты, электролитическое производство щелочей, клапаны для жидкостей и так далее. Наконец, Томсон активно участвовал в прокладке первого телеграфного кабеля через Атлантический океан.