William Thomson, 1. Baron Kelvin oder kurz Lord Kelvin , OM , GCVO , PC , FRS , FRSE , (* 26. Juni 1824 in Belfast , Provinz Ulster , Vereinigtes Konigreich Großbritannien und Irland ; † 17. Dezember 1907 in Netherhall bei Largs , Schottland ) war ein britischer Physiker auf den Gebieten der Elektrizitatslehre und der Thermodynamik . Die Einheit Kelvin wurde nach William Thomson benannt, der im Alter von 24 Jahren die thermodynamische Temperaturskala einfuhrte. Thomson ist sowohl fur theoretische Arbeiten als auch fur die Entwicklung von Messinstrumenten bekannt.

William Thomson war der Sohn von James Thomson (1786?1849), der Professor fur Mathematik an der Queen’s University Belfast war und ab 1832 Professor fur Mathematik an der Universitat Glasgow . Thomson hatte 1817 Margaret Gardiner geheiratet; das Ehepaar hatte sieben Kinder (von denen drei das Erwachsenenalter nicht erreichten). ^[1] Sein zwei Jahre alterer Bruder James wurde Ingenieur. Seine Mutter starb, als er sechs Jahre alt war (1830); sein Vater erzog seine Kinder streng presbyterianisch .

William erhielt seinen ersten Mathematikunterricht von seinem Vater. Ab 1834 studierte er an der Universitat Glasgow, wobei eigentliche Universitatsstudien ab 1838 erfolgten, darunter Astronomie, Chemie und Physik. 1839 erhielt er eine Goldmedaille der Universitat fur einen Essay uber die Figur der Erde. Dozenten in theoretischer Physik waren damals in Glasgow der Professor fur Naturphilosophie William Meikleham und der Astronomieprofessor John Pringle Nichol ; diese waren beeinflusst von franzosischen Physikern und Mathematikern wie Pierre Simon de Laplace (besonders dessen Himmelsmechanik), Joseph-Louis Lagrange , Augustin Jean Fresnel , Adrien-Marie Legendre und Joseph Fourier , dessen Analytische Theorie der Warme Thomson studierte. Das war ein Gegensatz zur Universitat Cambridge , wo es damals noch nicht einmal einen Lehrstuhl fur Naturphilosophie gab. Thomson besuchte 1839 Paris und studierte ab 1841 in Cambridge. Seine erste Veroffentlichung war 1841 eine Verteidigung der Fourieranalyse gegen mathematische Kritik aus Edinburgh. 1842 veroffentlichte er einen Aufsatz, in dem er die mathematische Behandlung des Warmeflusses durch Fourier auf die Elektrizitat ubertrug. In Cambridge nahm er 1845 am letzten Teil der Tripos-Prufungen teil, auf die er sich unter dem damals fur diese Vorbereitungskurse bekannten Privat-Tutor William Hopkins vorbereitete, was einen großen Teil seiner Zeit in Anspruch nahm, und wurde Second Wrangler . Damals waren weder Elektrizitat, Magnetismus noch Warme Gegenstand der Prufungen, was sich erst durch die Reformen von James Clerk Maxwell wesentlich anderte. Er erhielt einen Bachelor-Abschluss (B.A.), gewann den Smith-Preis und wurde Fellow des Peterhouse College in Cambridge. Um diese Zeit studierte er auch das Werk von George Green , das großen Einfluss auf ihn hatte, ^[2] und ging 1845 zu weiterem Studium nach Paris, wo er unter anderem mit Augustin-Louis Cauchy , Charles-Francois Sturm , Jean-Baptiste Biot und Joseph Liouville Kontakt hatte und im Labor von Henri Victor Regnault war. Auf Anregung von Liouville begann er sich intensiv mit der Theorie der Elektrizitat zu befassen und den damals damit verbundenen physikalischen Konzepten (damals herrschte die Vorstellung elektrischer Flussigkeiten vor, und neben Fernwirkungstheorien der zugehorigen Krafte auch Vorstellungen uber ein vermittelndes Medium, den Ather ).

Thomson kehrte 1846 nach Glasgow zuruck, als der Lehrstuhl fur Naturphilosophie ( theoretische Physik ) frei wurde, fur den er mit Unterstutzung seines einflussreichen Vaters erfolgreich kandidierte. Er war von 1846 bis 1899 Professor fur theoretische Physik in Glasgow und forschte hauptsachlich auf den Gebieten der Elektrizitatslehre und der Thermodynamik .

Auf Grund seiner vielfaltigen wissenschaftlichen Leistungen war Thomson zeitweilig einer der bekanntesten und einflussreichsten Wissenschaftler Europas. Als er im Alter von 83 Jahren starb, wurde er mit allen Ehren in der Westminster Abbey in London neben seinem beruhmten Kollegen Isaac Newton beigesetzt. ^[3]

Fruhe Arbeiten von Thomson betrafen die Thermodynamik, so 1848 eine Arbeit zur Thermodynamik auf Basis der Carnotschen Warmetheorie, in der er unter anderem die spater nach ihm benannte absolute Temperaturskala einfuhrte. Deren Einheit Kelvin ist in ihrer heutigen Form die seit 1968 gesetzlich festgelegte SI-Einheit der Temperatur. Seine Uberlegungen zur Thermodynamik waren damals noch fehlerbehaftet und erst der Ideenaustausch mit James Prescott Joule ab 1847 uberzeugte ihn von einer dynamischen Theorie der Warme. 1847 begann eine intensive Zusammenarbeit mit dem theoretischen Physiker George Gabriel Stokes , die sich dann in einem umfangreichen Briefwechsel uber funfzig Jahre fortsetzte und anfangs die Hydrodynamik betraf.

Thomson war auch vor James Clerk Maxwell ein Vorlaufer der dynamischen Theorie der Elektrizitat und des Magnetismus (einschließlich von Licht als elektrodynamischer Erscheinung). Als Anregung diente Thomson dabei die dynamische Theorie der Warme. Außerdem war er der erste, der das Kraftlinien-Konzept von Michael Faraday mathematisch formulierte. Die Theorien von Thomson aus den 1850er Jahren waren von wesentlichem Einfluss auf Maxwells eigene Theorie. Thomson selbst zogerte aber lange Maxwells Theorie anzuerkennen und verfolgte eine eigene Theorie, die Elektrodynamik, Licht, chemische Prozesse und Gravitation in einheitlicher Weise uber die Wirkung im Ather behandeln sollte. Er lehnte auch das Atom-Konzept ab (und unterstutzte P. G. Tait in dessen Versuch, Atome als verknotete Ringe im Ather darzustellen) und war spater ein Gegner der Ideen von Ernest Rutherford zur Radioaktivitat.

Sehr einflussreich war sein Lehrbuch der theoretischen Physik Treatise on Natural Philosophy mit Peter Guthrie Tait von 1867, das erstmals Newtonsche, Lagrange- und Hamiltonmechanik vereinte mit einer auf dem Energiekonzept basierenden Darstellung. ^[4] Die Kraft war darin nur noch ein abgeleitetes Konzept aus Extremalprinzipien der Energie. Die Zusammenarbeit von Thomson mit Tait, der Professor in Edinburgh war, begann 1861. Es waren mehrere Bande geplant, erschienen sind aber nur die Teile uber Kinematik und Dynamik. Das lag auch daran, dass 1873 der Treatise on Electricity and Magnetism von Maxwell erschien, mit dem sich Thomson abstimmte.

Gemeinsam mit James Prescott Joule entdeckte er 1852 den Joule-Thomson-Effekt , ferner 1857 den magnetischen AMR-Effekt . Die Erfindung der Mehrfachtelegrafie von Chajim Slonimski und Aaron Bernstein konnte William 1856 verbessern. ^[5] Im Jahr 1867 entwickelte Thomson die Anwendung der Fourieranalyse zur Berechnung der Gezeiten und konstruierte 1872 die erste Gezeitenrechenmaschine . Er war auch wesentlich an der Vorbereitung und Verlegung von Tiefseetelegraphenkabeln im Atlantik beteiligt. Beim ersten Kabel, das 1858 verlegt wurde, war er einer der Direktoren der Gesellschaft und technischer Berater, geriet aber mit dem Leiter E. O. W. Whitehouse in Konflikt, da dieser sich nicht an die Empfehlungen von Thomson hielt. ^[6] Außerdem gab es Patentstreitigkeiten. Erfolgreicher war das zweite Kabelprojekt in den 1860er Jahren. Fur die Bestimmung der Wassertiefe bei den Kabelprojekten erfand er eine 1876 in Großbritannien patentierte Thomsonsche Lotmaschine . Die Telegraphengleichung wurde aber nicht von Thomson, sondern von Oliver Heaviside 1885 entwickelt. ^[7] Die Erlose aus dem Kabelprojekt machten Thomson wohlhabend und waren ein wesentlicher Grund fur seine Erhebung in den Adelsstand und die Peerswurde. Unter anderem kaufte er sich ein großes Anwesen an der schottischen Kuste in Largs und eine 126 Tonnen-Yacht, die er Lalla Rookh nannte.

Thomson konstruierte die noch heute ubliche Form des Trockenkompasses und beschaftigte sich auch intensiv mit Elektrizitat. Dabei entwickelte er die nach ihm benannte Thomson-Brucke , die Thomsonsche Schwingungsgleichung und den Kelvin-Generator und beschrieb den Thomson-Effekt . Daruber hinaus konstruierte er ein Spiegel-Galvanometer (verwendet in den ersten Telegraphenkabeln uber den Atlantik), eine Spannungswaage und nicht zuletzt das Quadranten-Elektrometer. Seine Vielseitigkeit auf fast allen Gebieten der Physik fuhrte dazu, dass ihm uber 70 Patente erteilt wurden. Sowohl wissenschaftliche Anerkennung als auch finanzielle Unabhangigkeit wurden ihm dadurch zuteil.

Er veroffentlichte uber 600 wissenschaftliche Arbeiten.

Als Professor fuhrte er Laborkurse ein auf gleicher Stufe mit theoretischen Vorlesungen und vergab Preise an begabte Studenten.

Thomson griff auch in die Debatte um die Evolutionstheorie ein. Er schatzte 1862 das Alter der Erde auf 25?400 Millionen Jahre, wobei 98 Millionen Jahre der wahrscheinlichste Wert sei. 1869 erklarte er, dass dieser Zeitrahmen fur eine Evolution nach den von Charles Darwin angenommenen Mechanismen zu kurz sei und schlug vor, das Leben habe mit einem Meteoriten die Erde erreicht. Spater grenzte er den Zeitpunkt der Entstehung der Erde bis auf 24,1 Millionen Jahre ein und sah dies als seine großte Leistung. Zu diesem Ergebnis kam er aufgrund der noch vorhandenen Erdwarme , die jedoch nach spaterem Wissen zum Teil aus radioaktiven Prozessen im Erdinneren gespeist wird. Als spater Messungen des radioaktiven Zerfalls zu hoheren Werten fuhrten, revidierte er seine Meinung nicht.

Er grenzte seine thermodynamischen Berechnungen auch deutlich gegen seiner Meinung nach ?vage Beobachtungen“ von Geologen wie Charles Darwin ab, der abgeschatzt hatte, dass es etwas mehr als 300 Millionen Jahre gedauert haben musse, ein 500 Fuß hohes Kalkstein-Kliff im Suden Englands durch das Meer abzutragen. ^[8]

Lord Kelvin bezweifelte Darwins Ergebnis auch, weil er 1862 als dauerhafteste Energiequelle fur die Sonnenstrahlung die von Helmholtz vorgeschlagene Freisetzung gravitativer Bindungsenergie vermutete. Unter der Annahme, dass die Sonnenmasse stark zum Zentrum hin konzentriert sei, ware ihr Alter unter 100 Millionen Jahren. ^[9] Spater engte er die Abkuhlungdauer des Erdmantels auf 20 bis 40 Mio. Jahre ein. Er erlebte zwar noch, dass Ernest Rutherford 1904 den radioaktiven Zerfall als Quelle der Erdwarme vorschlug, teilte diese Meinung aber nicht. Die Energieabgabe der Sonne uber geologische Zeitraume hinweg konnte erst ab 1920 mit der Kernfusion erklart werden.

Uber das Alter der Erde fuhrte Thomson 1869 auch ein offentliches Streitgesprach mit Thomas Henry Huxley , dem damaligen Prasidenten der Royal Society. Da sich die Kontrahenten in keinem Punkt einigen konnten, fuhrten sie den Streit noch jahrelang weiter und dehnten ihn auch auf die Entstehung des Lebens aus. Huxley bekam von vielen namhaften Wissenschaftlern Unterstutzung, aber Thomson war nicht bereit, seine Altersangaben zu korrigieren. Auch John Perry , der fruher als Assistent fur Thomson gearbeitet hatte, hielt dessen Angaben zum Alter der Erde fur viel zu niedrig. Er vermutete, dass Thomsons Annahme, die Erde sei ein fester Korper, falsch war und meinte, die Erde musste einen extrem heißen flussigen Kern besitzen. Auf dieser Basis berechnete er ein Alter der Erde von zwei bis vier Milliarden Jahren, was den heutigen Erkenntnissen erstaunlich nahekam. Trotzdem dauerte es noch lange, bis das viel hohere Alter der Erde in der Wissenschaft allgemein anerkannt wurde. Auch heute noch wird von Kreationisten die niedrige Altersangabe von Thomson gegen Darwins Evolutionstheorie in Feld gefuhrt. ^[10]

Am 27. April 1900 hielt Thomson eine Freitagsabend-Vorlesung vor der Royal Institution mit dem Titel Nineteenth-Century Clouds over the Dynamical Theory of Heat and Light . ^[11] Die eine Wolke betraf die scheinbar widerstandslose und nicht beobachtbare Bewegung der Erde durch den ?Ather“ als dem Ausbreitungsmedium des Lichts und speziell die negativen Ergebnisse des Michelson-Morley-Experiments . Kelvin gab zu, dass er keinen Fehler in der Ausfuhrung oder Idee des Experiments finden konnte. Einen moglichen Ausweg sah er im Vorschlag einer Langenkontraktion des Athers durch Hendrik Antoon Lorentz und George Francis FitzGerald . ^[12] Er schloss aber mit der Feststellung, dass trotzdem diese erste Wolke noch sehr dicht erschien ( I am afraid we still must regard Cloud Nr. 1 as very dense ). Gelost wurde das bald darauf 1905 durch die spezielle Relativitatstheorie und die Aufgabe der Vorstellung eines Athers, auch wenn die Durchsetzung dieser Theorie noch langer dauerte. Die 2. Wolke betraf die Maxwell-Boltzmann-Verteilung in der statistischen Mechanik und dem Gleichverteilungssatz , die Kelvin ? wie auch andere bedeutende Physiker seiner Zeit wie Maxwell selbst und Rayleigh ? als unvereinbar mit den beobachteten Werten der spezifischen Warme von Gasen sah. Die Losung dieses Problems kam erst durch die Quantentheorie . Im Gegensatz zu einigen modernen Darstellungen von Kelvins Vortrag erwahnte er die Schwarzkorperstrahlung und die damit verbundene UV-Katastrophe nicht. Auch die Kelvin zugeschriebene Behauptung, von diesen Problemen abgesehen ware in der Physik nichts Neues mehr zu entdecken, findet sich nicht in der Vorlesung und auch sonst nicht in seinen Schriften, sondern geht moglicherweise auf eine Verwechslung mit einer Außerung von Albert Michelson zuruck. ^[13]

• 1851 wurde er Fellow der Royal Society , deren Royal Medal er 1856 und deren Copley Medal er 1883 erhielt und deren Prasident er von 1890 bis 1895 war.
• 1872 wurde er in die American Academy of Arts and Sciences gewahlt.
• 1876 erhielt er als erst dritter Wissenschaftler die Matteucci-Medaille .
• 1877 wurde Thomson in die Academie des sciences , ^[14] 1883 in die National Academy of Sciences , 1884 in den Orden Pour le merite fur Wissenschaft und Kunste aufgenommen.
• 1878 nahm ihn die Academie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique als assoziiertes Mitglied auf. ^[15]
• 1887 wurde er Mitglied der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina . ^[16]
• 1877 wurde er korrespondierendes und 1896 Ehrenmitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften in St. Petersburg. ^[17] 1871 war er Prasident der British Association for the Advancement of Science .
• Er war Fellow der Royal Society of Edinburgh und mehrfach deren Prasident (1873 bis 1878, 1886 bis 1890, 1895 bis zu seinem Tod 1907).
• 1866 wurde er zum Ritter geschlagen und 1892 als Baron Kelvin of Largs in the County of Ayr , ^[18] in den erblichen Adelsstand erhoben. Der Namensgeber fur den Titel ist der Fluss Kelvin durch Glasgow, an dem die Universitat liegt, und Largs der Ort seines Landsitzes an der Kuste. Mit dem Titel war ein Sitz im House of Lords verbunden. Da er keine Nachkommen hinterließ, erlosch der Adelstitel bei seinem Tod.

Zu Ehren Lord Kelvins wurden zwei Mond formationen benannt, das Kap Kelvin und die Rupes Kelvin . Weiterhin wurden verschiedene Objekte nach ihm benannt, an deren Entwicklung er maßgeblich beteiligt war, beispielsweise die Kelvingleichung , die Kelvin-Kontraktion , die Kelvin-Sonde und die Kelvinwelle . Daruber hinaus sind die Kelvin Crests , ein Gebirge in der Antarktis, nach ihm benannt.

• Jed Z. Buchwald : Thomson, Sir William (Baron Kelvin of Largs) . In: Charles Coulston Gillispie (Hrsg.): Dictionary of Scientific Biography . Band   13 : Hermann Staudinger ? Giuseppe Veronese . Charles Scribner’s Sons, New York 1976, S.   374?388 .  
• Silvanus P. Thompson : The life of William Thomson, Baron Kelvin of Largs . In two volumes. Publisher: Macmillan & Co., London 1910 (mit Bibliographie der Schriften von Thomson und umfangreichen Briefauszugen)
• Silvanus P. Thompson: The life of William Thomson, Baron Kelvin of Largs . Volume I
• Alexander Russell: Lord Kelvin; his life and work Publisher: T.C. & E.C. Jack; London 1912
• Andrew Grey: Lord Kelvin: an account of his scientific life and work . Publisher: J. M. Dent & Co., London 1908
• George F. Fitzgerald: Lord Kelvin, professor of natural philosophy in the University of Glasgow, 1846?1899: with an essay on his scientific work . Publisher: James MacLehose and Sons, Glasgow 1899
• In memoriam. The Right Honorable William Thomson, Lord Kelvin, born June 26, 1824; died December 17, 1907; interred in Westminster Abbey December 23, 1907 Publisher: The American Institute of Electrical Engineers, New York 1908
• Crosbie Smith, M. Norton Wise : Energy and Empire. A biographical study of Lord Kelvin , Cambridge University Press 1989
• P. Volkmann: Technikpioniere: Namensgeber von Einheiten physikalischer Einheiten. VDE Verlag, Berlin/Offenbach 1990, ISBN 3-8007-1563-5 , S. 69?72.
• Isaac Asimov : Biographische Enzyklopadie der Naturwissenschaften und der Technik , Herder, Freiburg/Basel/Wien 1974, ISBN 3-451-16718-2 , S. 309?310.

• Reprint of Papers on Electrostatics and Magnetism, London 1872, Ausgabe 1884, Archive
• Mathematical and Physical Papers, 6 Bande, Cambridge 1911, Band 1, Archive , Band 2 , Band 3 , Band 4 , Band 5 , Band 6
• mit P. G. Tait: Treatise on Natural Philosophy, 2 Bande, Oxford 1867, Band 1, 1912, Archive , Band 2, 1895, Archive
  • deutsche Ubersetzung: Handbuch der theoretischen Physik, Ubersetzt von Gustav Wertheim , Hermann von Helmholtz , Vieweg 1871, Band 1, Archive

Commons : William Thomson, 1. Baron Kelvin  ? Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Literatur von und uber William Thomson, 1. Baron Kelvin im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
• John J. O’Connor, Edmund F. Robertson :  William Thomson (Lord Kelvin). In: MacTutor History of Mathematics archive  (englisch).
• Bilder aus dem Leben von Lord Kelvin ( Memento vom 4. Marz 2012 im Internet Archive )
• Kurzbiographie der TU Munchen, Fakultat fur Physik
• Prof Thomson’s (Lord Kelvin) Mirror instrument in: Charles Bright: The story of the Atlantic cable . Publisher: Georges Newnes Ltd., London 1903
• William Thomson, Baron Kelvin ? in der National Portrait Gallery, London

1. ↑ Lebenslauf (englisch)
2. ↑ Karl-Eugen Kurrer : The History of the Theory of Structures. Searching for Equilibrium . Ernst & Sohn , Berlin 2018, ISBN 978-3-433-03229-9 , S. 924 u. 1003.
3. ↑ Heinrich Zankl : Fehlerhafte Schatzung ? Lord Kelvin und das Alter der Erde. In: Kampfhahne der Wissenschaft ? Kontroversen und Feindschaften. Wiley-VCH. 2010, ISBN 978-3-527-32579-5 , S. 15?24.
4. ↑ M. Norton Wise: William Thomson and Peter Guthrie Tait, Treatise on Natural Philosophy (1867), First Edition. in Grattan-Guinness (Hrsg.), Landmark Writings in Western Mathematics 1650?1940, Elsevier 2005, Kapitel 40
5. ↑ Polnische Rechenmaschinenerfinder des 19. Jahrhunderts Ein wenig bekanntes Kapitel polnischer Wissenschaftsgeschichte aus wissenschaft und fortschritt 26 (1976) 2 als PDF S. 88 PDF online
6. ↑ D. de Cogan, Dr E.O.W. Whitehouse and the 1858 trans-Atlantic Cable , History of Technology, Band 10, 1985, S. 1?15.
7. ↑ Ernst Weber und Frederik Nebeker: The Evolution of Electrical Engineering. IEEE Press, Piscataway, New Jersey USA, 1994, ISBN 0-7803-1066-7 .
8. ↑ B. Heuel-Fabianek: Naturliche Radioisotope: die ?Atomuhr“ fur die Bestimmung des absoluten Alters von Gesteinen und archaologischen Funden. Strahlenschutz Praxis, 1/2017, S. 31?42.
9. ↑ William Thomson: On the Age of the Sun’s Heat . In: Macmillan's Magazine . Band   5 , 1862, S.   388?393 ( zapatopi.net ).  
10. ↑ Heinrich Zankl: Fehlerhafte Schatzung ? Lord Kelvin und das Alter der Erde. In: Kampfhahne der Wissenschaft. Wiley-VCH. 2010, ISBN 978-3-527-32579-5 , S. 18?21.
11. ↑ Abgedruckt mit Erganzungen in seinen Baltimore lectures on molecular dynamics and the wave theory of light , Baltimore, Johns Hopkins University, London: Clay and Sons, 1904, Appendix B, S. 486 ff, Internet Archive , und in Philosophical Magazine, Series 6, Band 2, Juli 1901, S. 1?40.
12. ↑ Kelvin, Baltimore Lectures, 1904, S. 492.
13. ↑ Oliver Passon, Kelvin's Clouds, 2021, Arxiv
14. ↑ Verzeichnis der Mitglieder seit 1666: Buchstabe K. Academie des sciences, abgerufen am 5. Januar 2020 (franzosisch).  
15. ↑ Academicien decede: Lord William Thomson Kelvin. Academie royale des Sciences, des Lettres et des Beaux-Arts de Belgique, abgerufen am 4. Oktober 2023 (franzosisch).  
16. ↑ Sir William Thomson. In: Mitgliederverzeichnis. Auf Leopoldina.org, abgerufen am 26. April 2022.
17. ↑ Ehrenmitglieder der Russischen Akademie der Wissenschaften seit 1724: Томсон Уильям, лорд Кельвин. Russische Akademie der Wissenschaften, abgerufen am 16. Marz 2021 (russisch).  
18. ↑ The London Gazette : Nr. 26260, S. 991. 23. Februar 1892.