开尔文勋爵诞辰 200 周年 | 两次“入读”格拉斯哥大学的热力学之父

教育   2024-06-26 19:48   英国  


今天,是格拉斯哥大学的著名校友威廉·汤姆森(William Thomson),即开尔文勋爵(Lord Kelvin)诞辰的 200 周年。  



开尔文勋爵是大学历史上最杰出的人物之一


他的爵位称号来自流经大学周边的开尔文河。10 岁迈入格大校门,83 岁作为我们的民意校长辞世,他的一生正犹如开尔文河般与大学紧密相系。



开尔文在格拉斯哥


两百年前,1824 年的 6 月 26 日,威廉·汤姆森在贝尔法斯特出生


威廉 6 岁时,全家随被任命为 UofG 数学系主任的父亲一起搬到格拉斯哥。


10 岁时,威廉入读格拉斯哥大学,并在后续前往剑桥大学进修。


威廉于 1834 年第一次入学


在读期间,威廉在《剑桥数学期刊》上发表了关于傅立叶数学的文章,这是他最早的有关热力和电力的论文


1846 年,22 岁的威廉回到母校格拉斯哥大学任教,担任自然哲学系主任


当时的他已发表了 20 多篇高水平的学术论文,可谓另一种意义上的“著作等身”。


威廉在读时和任教前期的格大旧学院


1848 年,威廉开始使用“热的动力学理论”(Dynamical Theory of Heat)这一术语,并开创了热力学科学


此后,他发表了自己的动态热力学理论和热力学第二定律,定义绝对零度和引进了热力学温标,以及深入研究了太阳系热力学。


28 岁时的年轻威廉


终其一生,他共发表过 660 多篇科学论文,申请了 70 项发明专利,其中绝大多数都是他在格大的教席上完成的


1866 年,基于威廉对历史上首条横跨大西洋的电报电缆铺设工作成功的领导与贡献,他被授予爵位。


跨大西洋电报电缆的工程草图


后续在 1892 年,他被授予勋爵称号,并以流经大学周边的一条河流——开尔文河的名字受封“开尔文勋爵”。


开尔文河与不远处的 UofG

开尔文受封爵位后的纹章藏书票


开尔文担任我们的自然哲学系主任 53 年之久,直到 1899 年,才从格拉斯哥大学退休


退休后他继续从事研究工作,撰写有关光和镭辐射及深海波的论文,创建放射性原子模型。


同时,他对学校的奉献也未曾停止,他仍然想参与大学事业,并坚持在学校入学名册上登记自己为研究型学生(Research Student)。


75 岁的开尔文再度登记入学


而爱戴着他的学生们在 1904 年,即 120 年前票选他为大学的民意校长


开尔文一直担任此职务直至 1907 年 12 月 17 日辞世。直到去世前的三小时,他才停下了手头上的工作。


位于 Largs 的 Netherhall 是他最后工作和生活的地方


为了纪念他,国际计量大会把绝对温标命名为开尔文/开氏温标。热力学温度以开尔文为单位,是如今国际单位制中七个基本单位之一


今时今日,我们仍然尊崇他为热力学之父


他的影响与身后遗产


作为 19 世纪最重要的科学家之一,他在多个数学、物理和工程领域成就斐然,他取得的一系列重大突破在为现代世界奠基。


跟随下方的时间轴,你可以滑动查看开尔文在他光辉一生中的研究和发明之路。

1841-43

发表了关于傅立叶数学的论文,受到高度评价。这是他首篇关于热和电的论文。

1847

发表了关于斯特林发动机的开创性论文。

1848

开始使用“热的动力学理论”的术语,从此热力学科学诞生。

1850

詹姆斯兄弟发表的关于“压力对降低水的冰点的影响”的论文使他将第二定律与绝对温标联系起来。

1851

发表他的“热的动态理论”和第一篇关于蒸汽流的论文,催生了焦耳-汤姆逊效应和现代制冷。

1852

发表“热力学第二定律”。

1854

发表有关太阳系热力学的论文和第一篇有关发光介质的论文。

1854

与他人合作申请了他的第一项专利(铜导体的改进),从此开始了发明家的职业生涯。

1855

发表第一篇有关电报的论文。

1858

制造出电缆检流计,从此开启了企业家和实业家的职业生涯。同年通过电报电缆短时间连接美国和欧洲。

1859

发表有关电频率的开创性论文,为无线电铺平了道路。

1860

发表首批有关铜线电导率的实验结果。

1861-63

发表有关太阳热量年龄的论文,有关 OHMAD 绝对测量的论文以及第一篇有关电钟的钟表学论文。

1866

作为科学顾问,和团队一起成功完成跨大西洋电报电缆的铺设工作。

1867

推出象限静电计,并申请虹吸记录仪专利,即气泡喷墨打印机的前身。

1868

发表第一篇关于潮汐预报的论文。

1869

在大学的教授广场 11 号发表了他的时钟设计。

1871

开始进行扩散实验,他预计实验将持续 10,000 年。实验装置至今仍可在大学参议院会议室看到。

1872-73

发表有关辨别海上灯光的各种主题的论文。

1874-75

投身于改善海上安全的运动,展出潮汐计算器和潮汐计。

1876-78

大量论文开始引用他的地球模型和指南针的改进。

1879

发表有关旋转水的引力效应的论文,这是太平洋形成厄尔尼诺现象的理论基础。

1879-81

向政府特别委员会提交有关电灯的报告以及有关蒸汽温度计、电灯和福尔电池的论文。

1881

在大学里实现世界上首批完全用电力照明的房屋之一。

1882-83

发表有关制冷、作为导航方法的回转罗盘以及分子手性的论文。

1884

访问美国,在巴尔的摩发表系列光理论讲座。

1885-87

发明标准空气介质电容器,撰写了一系列关于罗素孤子和重力仪的论文。

1888

计算南极冰盖,并向格拉斯哥地质学会阐述冰和海洋在气候变化中的重要性。

1889

给出对磁性的数学模型的分析。

1890

发明防滴水龙头。

1892-93

提出压电模型并研究晶体解理面。

1897

前往加拿大和美国。听说发现电子后,他推测电子将具有量子能量。

1898

成为世界上第一个发送无线电报的人。电报发给了他的同事George Gabriel Stokes。

1900-02

放弃了寻找 1846 年首次提出的大综合理论的希望。

1903-07

继续广泛研究,撰写有关光和镭辐射以及深海波的论文。创建了放射性原子模型。

左右滑动查看


1961 年,格大开设开尔文自然哲学系,其在 1986 年合并进了物理和天文学系。


如今在物理与天文学院担任开尔文自然哲学主席的 Professor Miles Padgett 说:


Prof Miles Padgett 和物理与天文学院


“自开尔文勋爵出生的两个世纪里,世界发生了巨大变化,其中许多变化都建立在他的开创性工作之上。他对热量和温度的发现创立了热力学,他的应用工作使跨大西洋通信成为可能。


我想开尔文本人也会为
格拉斯哥大学今天正在进行的研究感到自豪。


大学的 ARC 高级研究中心


我们正在开发量子技术,使我们能够看到不可见的温室气体或透过雾和烟看世界;我们正在帮助构建未来的超高速通信网络,支持富数据的工作方式;我们正在测量时空中被称为引力波的微小涟漪,形成新的天文学。



整个大学,就像开尔文一样,正努力将纯科学转化为能对现实世界产生影响的创新技术。”


校园里的开尔文线索


⚪ 11 Professors' Square 开尔文故居

1870 年,格拉斯哥大学由老校址搬迁至如今的 Gilmorehill 主校区,作为旧学院的 12 名教授之一,开尔文搬入学校的教授广场 11 号居住。



他和妻子在此会见了许多来自科学界的同事和朋友,也招待过不少学生的来访。


⚪ The Kelvin Building 开尔文大楼


原名自然哲学大楼,后以开尔文勋爵的名字命名。该建筑于 1906 年竣工,并于次年,开尔文逝世的同年由威尔士亲王和王妃正式开放。



目前,这座大楼是物理与天文学院的所在地


⚪ The Hunterian Museum 亨特博物馆


在校内的亨特博物馆中,有着“开尔文勋爵:革命性的科学家”常设展,展出一系列原始科学仪器和物品收藏,生动地呈现了开尔文的生平与工作。


博物馆里的开尔文罗盘


两百周年庆祝活动


为了庆祝开尔文诞辰两百周年,格大校园里举办了一系列相关活动,包括:


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🎨 ARC 高级研究中心举办“开尔文勋爵:超越绝对零度”展览,展出历史文物和受开尔文数学公式启发所创作的画作,描绘光物质与暗物质的宇宙。


🧑‍🏫 日本物理学家、诺贝尔奖得主梶田隆章教授进行公开讲座,探讨中微子和引力波的测量,以致敬作为温度等领域精密测量先驱的开尔文。


🎤 ARC 举办开尔文两百周年纪念研讨会,邀请英国和美国的专家讨论开尔文的科学贡献。


📰 IEEE 历史中心 的 Dr Daniel Mitchell 在亨特博物馆进行讲座,阐述开尔文对测量和量化的贡献。


🏛️大学图书馆和亨特博物馆开放特展,展出与开尔文相关的历史物品,包括文档、原型和科学仪器。


更多详情请见大学新闻通讯 🔍

https://www.gla.ac.uk/news/headline_1085092_en.html



校长 Professor Sir Anton Muscatelli 表示格拉斯哥大学很荣幸能举办这些活动:


“开尔文勋爵的工作被广泛认为是塑造我们周围世界的众多现代科学研究领域的源泉。通过庆祝他的生活和工作,我们延续了格拉斯哥大学的发明、创新和灵感传统。”



回望时光深处,15 岁的威廉·汤姆森在天文学课上写的一篇 Essay 标题页里曾摘抄了诗人亚历山大·蒲柏《人论》中的诗句:


去,奇妙的生物!向着科学引领之处攀登

去测量大地,称重空气,并注明潮汐

给运行的行星指明轨道,

更正老旧的时间,调节太阳的光芒


这带着启蒙理性光芒的诗句启迪了他以科学的力量去认知自然世界,而后影响了他的一生。


亨特博物馆的开尔文雕像


如今,开尔文在大学旧学院进行研究所用,制造于 1876 年的时钟,仍矗立于教授广场 11 号故居的入口处。


尽管它所使用的离心调速器在 1921 年被更先进的系统所淘汰,但这一变化正寓意着“更正老旧的时间”——不断修正和更新旧有的科学观念。



时至今日,格拉斯哥大学的研究人员也依然从开尔文的生活与工作中汲取灵感。在他奠定的卓越基础上,我们在通信、精密测量和低碳能源等领域取得了突破,继续改变着世界。


我们的物理与天文学院,詹姆斯·瓦特工程学院,和数学与统计学院正在准备迎接全球最优秀的人才,期待下一个推开大门的“开尔文”。


刻有 Kelvin 字样的学校纪念大门


请在文末点击“阅读原文”,了解我们的学院和课程,以及更多开尔文两百周年诞辰的故事。



本文档案照片属于博物馆馆藏,不开放第三方授权

请勿转载他处使用



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英国格拉斯哥大学
英国格拉斯哥大学位于苏格兰格拉斯哥,世界百强名校,英国顶尖学府,英语世界里第四古老的大学。英国罗素集团大学与国际大学组织Universitas 21创始成员,英国第一所获超五星级评价大学。
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