Kelvin, signore (william thomson)

Kelvin, lord (william thomson) (1824-1907), scienziato britannico.

Il quarto figlio di James e Margaret Thomson, William Thomson è nato a Belfast. Suo padre, matematico, insegnava alla Belfast Academical Institution, ben nota per il suo radicalismo politico e religioso. Sua madre, che proveniva da una famiglia di commercianti di Glasgow, morì quando William aveva sei anni. Nel 1832 a suo padre fu offerta la cattedra di matematica all'Università di Glasgow e lì continuò ad esercitare una profonda influenza sull'educazione dei suoi figli. William godette di un ampio curriculum filosofico a Glasgow ma lasciò senza prendere una laurea per entrare a Peterhouse, Cambridge, come studente universitario. Dopo diversi anni di intenso studio matematico, emerse secondo nei "Mathematics Tripos" del 1845, gli esami intensamente competitivi che classificavano gli studenti dell'ultimo anno in ordine di merito matematico. Migliorando le sue abilità sperimentali a Parigi, fu eletto nel 1846 professore di filosofia naturale all'Università di Glasgow, incarico da cui si ritirò nel 1899.

In un articolo scientifico scritto quando aveva diciassette anni, Thomson usò il trattamento matematico del flusso di calore di Jean-Baptiste-Joseph Fourier (1768-1830) per sostituire le forze di azione a distanza in elettrostatica con modelli a flusso continuo. Il suo approccio radicale in seguito ispirò la teoria del campo elettromagnetico di James Clerk Maxwell, che trovò espressione nel celebre Trattato di elettricità e magnetismo (1873). Lo stesso Thomson estese le tecniche di Fourier per analizzare i segnali elettrici trasmessi attraverso fili telegrafici a lunga distanza. Il ritardo di tali segnali aveva sollevato preoccupazioni tra i proiettori telegrafici, soprattutto in relazione alla fattibilità economica dei cavi sottomarini. L'analisi di Thomson gli ha permesso di consigliare sulle dimensioni ottimali per i telegrafi transatlantici e imperiali proiettati. Costruì anche strumenti di misura estremamente delicati, in particolare un "galvanometro a specchio marino", da utilizzare nell'ingegneria telegrafica. Per questi servizi all'impero, fu nominato cavaliere dalla regina Vittoria nel 1866, dopo il completamento del primo telegrafo atlantico di successo.

A soli due anni dall'inizio della sua cattedra a Glasgow, Thomson formulò una scala di temperatura "assoluta" (in seguito chiamata Scala Kelvin in suo onore) che differiva dalle scale tradizionali in quanto indipendente da qualsiasi sostanza specifica come il mercurio. Dipendeva dal recente impegno di Thomson per la teoria di Sadi Carnot sulla forza motrice del calore in cui la "caduta" del calore tra una temperatura elevata (la caldaia) e una temperatura bassa (il condensatore) guidavo un motore termico proprio come la caduta dell'acqua azionava una ruota idraulica. L'intuizione di Thomson era di correlare la differenza di temperatura - la "caduta" - con il lavoro svolto piuttosto che con una particolare sostanza di lavoro.

Queste ricerche si sono svolte all'interno di un contesto più ampio che ha generato, nel decennio successivo, le nuove scienze della termodinamica e dell'energia. Negli anni 1840 lo sperimentalista di Manchester James Joule aveva condotto indagini di laboratorio per determinare la relazione quantitativa tra il lavoro svolto e il calore prodotto. Thomson inizialmente accettò le scoperte di Joule secondo cui il lavoro poteva essere convertito in calore, come nell'attrito, secondo un esatto equivalente. Attento alla teoria di Carnot, tuttavia, non poteva accettare il contrario che il lavoro, una volta convertito in calore, potesse essere semplicemente recuperato come lavoro utile. Aiutato da indagini simili recentemente intraprese dall'ingegnere scozzese William John Macquorn Rankine e dal fisico tedesco Rudolf Clausius, Thomson produsse una riconciliazione tra Joule e Carnot nel 1850–1851. Per la produzione di lavoro o forza motrice, un "motore termodinamico" (il nome di Thomson per un motore termico) richiedeva due principi, la conversione di una quantità esatta di calore nel lavoro svolto e il trasferimento di una certa quantità di calore da da alta a bassa temperatura. Questi principi hanno costituito la base per le due leggi della termodinamica. La nuova scienza ha offerto agli ingegneri navali dell'impero, molti situati a Glasgow, un incentivo a progettare motori a vapore con pressioni molto più elevate, che in conformità con le leggi termodinamiche avrebbero offerto una maggiore economia del consumo di carburante.

Thomson e Rankine hanno quindi introdotto i termini presenti (dopo cinetico) e potenziale energia. Le leggi di conservazione e dissipazione dell'energia divennero le fondamenta di una nuova "scienza dell'energia" e la disciplina fisica fu rapidamente ridefinita come studio dell'energia e delle sue trasformazioni. Thomson e il suo collega dell'Università di Edimburgo Peter Guthrie Tait hanno avviato, ma mai completato, un vasto progetto per sviluppare una prospettiva energetica in tutti i rami della scienza fisica, che avrebbe trovato incarnazione nella loro Trattato di filosofia naturale (1867).

Usando queste leggi sull'energia, Thomson arrivò a un'età per la terra e il sole (20-100 milioni di anni). Ha sfidato esplicitamente i tempi geologici e le ipotesi su cui Charles Darwin aveva costruito la sua controversa teoria dell'evoluzione per mezzo della selezione naturale (1859). Il famoso evoluzionista in seguito ammise che tra le molte obiezioni sollevate alla sua teoria, quella di Thomson si rivelò la più difficile da contrastare.

Thomson ha sviluppato il suo laboratorio privato nel primo laboratorio fisico universitario in Gran Bretagna. Il lavoro si estendeva oltre i test e le invenzioni telegrafiche per brevettare e produrre una vasta gamma di strumenti scientifici, industriali e di navigazione. La ricchezza generata gli permise di acquistare nel 1870 una goletta da 126 tonnellate, Lalla Rookh, che fungeva da laboratorio a galla, soprattutto per testare la sua bussola da marinaio e il suo suono meccanico. Quando nel 1892 fu elevato alla nobiltà, divenne il primo scienziato britannico ad essere così onorato. Prendendo il titolo di Barone Kelvin dall'affluente del fiume Clyde che scorreva vicino all'Università, Lord Kelvin continuò a pubblicare articoli scientifici finché non trovò un'ultima dimora nell'Abbazia di Westminster, non lontano dalla tomba di Sir Isaac Newton.