ויליאם תומסון

ויליאם תומסון או לורד קלווין (באנגלית: William Thomson; 26 ביוני 1824 - 17 בדצמבר 1907) היה פיזיקאי ומתמטיקאי יליד בלפסט, שבצפון אירלנד, למשפחה ממוצא אירי־סקוטי. תומסון הרים תרומה חשובה בתחומי המדע הבאים: תרמודינמיקה, גיאופיזיקה, מוליכות חשמלית, מגנטיות, אלקטרומגנטיות, ניווט ומתמטיקה שימושית. הוא תרם גם לתחום הסטריאוכימיה, מכיוון שהיה הראשון להגדיר באופן מדויק את תכונת הכיראליות. על שמו קרויה יחידת המידה לטמפרטורה קלווין.

הוא החל את לימודיו האקדמיים בגיל 10 באוניברסיטת גלאזגו שבסקוטלנד, בהשראת אביו ששימש כמרצה למתמטיקה. כבר בגיל 16 כתב את עבודתו המדעית הראשונה בנושא צורת כדור הארץ. בגיל 17 עבר לאוניברסיטת קיימברידג', שם עסק במדידת קבועי חום שיועדו לפיתוח מנוע הקיטור, ניסח מערכת אבסולוטית למדידת טמפרטורות והחל לנסח את חוקי התרמודינמיקה שלו. בגיל 22 חזר לתפקיד מרצה באוניברסיטת גלאזגו ועסק רבות במחקרים בתחום המגנטיות והמתמטיקה שימושית. מחקריו היוו השראה להיינריך רודולף הרץ בגילוי גלי רדיו. כמומחה בתחום מוליכות חשמלית תרם רבות לבניית קווי הטלגרף התת־ימיים הטרנס־אטלנטיים. עבודתו המשותפת עם ג'יימס ג'ול הביאה לגילוי אפקט ג'ול־תומסון, שאיפשר לקרר גזים לטמפרטורות נמוכות ואף לנזלם.

כהוקרה על עבודתו, ב־1892 קיבל תומסון תואר אצולה של לורד, ובחר לעצמו את השם הברון קלווין איש לַרגס (באנגלית: Baron Kelvin of Largs), על שם נהר קלווין שזרם ליד אוניברסיטת גלאזגו. הוא כונה מאוחר יותר בקיצור "לורד קלווין". הוא פרש מן ההוראה ב־1899 אבל המשיך לחבר מאמרים מדעיים עד מותו.

בשנים 1890–1895 כיהן כנשיא החברה המלכותית ובשנים 1907-1905 כיהן כנשיא אגודת פאראדיי. הוא נקבר בכנסיית וסטמינסטר בלונדון עם שאר גדולי העם ומדענים מפורסמים אחרים של הממלכה המאוחדת.

יחידת המידה של טמפרטורה בתקן ה־SI, קלווין, נקראת על שמו. בשני מאמרים שפרסם, בשנים 1848 ו־1849 תיאר תומסון סולם למדידת טמפרטורה המבוססת על האפס המוחלט. מדענים בכל רחבי העולם אימצו את שיטת תומסון, ששוכללה במשך השנים, ועתה היא משמשת בתחומים רבים. בסולם זה, הטמפרטורה נמדדת ביחידות הקרויות קלווין, שגודלן שווה לזה של מעלות צלזיוס, אולם נקודת המוצא של קלווין - אפס קלווין, שווה ל־273.15- מעלות צלזיוס. טמפרטורה זו נקראת האפס המוחלט.

לורד קלווין טען: 

בשנת 1900 נתן לורד קלווין הרצאה מפורסמת בשם . בהרצאה הזאת הוא טען שישנם שני עננים על השמים היפים של הפיזיקה של המאה ה־19: ניסוי מייקלסון־מורלי (והבעיות במדידת תכונותיו של האתר) והקושי להבין את תופעת קרינת גוף שחור. מהענן הראשון שציין לורד קלווין נולדה תורת היחסות, ומהענן השני נולדה תורת הקוונטים. שתי תאוריות אלו שינו לחלוטין את הדרך שבה אנו מבינים את העולם. בנוסף לכך, גילוי האלקטרון, הרדיואקטיביות ומבנה האטום, תרמו לביסוסם של ענפים חדשים בפיזיקה: פיזיקה גרעינית ופיזיקה של חלקיקים אלמנטריים.

גיל כדור הארץ: גאולוגיה ותאולוגיה 

תומסון נשאר מאמין אדוק בנצרות לאורך כל חייו; נוכחות בתפילה הייתה חלק משגרת היומיום שלו. הוא ראה את האמונה הנוצרית שלו כמקור תמיכה ומידע לעבודתו המדעית, כפי שעולה מנאומו בפני הכינוס השנתי של "אגודת הראיות הנוצרית", 23 במאי 1889.

אחד המקרים המובהקים שבו באה לידי ביטוי השילוב בין אמונתו לבין עבודתו המדעית היא באומדן גיל כדור הארץ של קלווין. בהתחשב בעבודת נעוריו על צורת כדור הארץ ואת העניין שלו בהולכת חום, אין זה מפתיע שהוא בחר לחקור את קירור כדור הארץ ולעשות היקשים היסטוריים של גיל כדור הארץ כתוצאה מחישוביו. תומסון היה בריאתן במובן רחב, אבל הוא לא היה "גאולוג מבול". הוא טען כי חוקי התרמודינמיקה פעלו מלידתו של היקום וראה בחזונו את מערכת השמש עוברת תהליך דינמי אבולוציוני שבסופו "מות חום" הדרגתי. הוא פיתח את ההשקפה כי כדור הארץ היה פעם חם מכדי לאפשר קיומם של חיים ועימת השקפה זו עם זו של עקרון האחידות, שעיקרה הוא שכל תהליך טבעי המתרחש כעת התקיים גם בעבר ובקצב אחיד. לטענתו, 

לאחר פרסומו של צ'ארלס דרווין, מוצא המינים ב־1859, תומסון ראה בנטייה שהייתה קיימת בקהילה המדעית של אותה תקופה, לסתור את הסברו ההדרגתי של דרווין לשונות הביולוגית - ברירה טבעית איטית, כהוכחה לזמן הקצר יחסית שעבר מאז שכדור הארץ נעשה ראוי למגורים. תומסון עצמו העדיף גרסה של אבולוציה תאיסטית שהואצה ידי ההשגחה העליונה חישוביו הראו כי השמש לא הייתה קיימת מספיק זמן כדי לאפשר את הפיתוח ההדרגתי האיטי (האבולוציה) - אלא אם כן יימצא מקור אנרגיה אחר חלופי, ולא היה ידוע מקור כזה בתקופה הוויקטוריאנית.

לורד קלווין נמשך עד מהרה למחלוקת פומבית עם גאולוגים, ועם תומכיו של דרווין כגון ג'ון טינדל ותומאס הנרי האקסלי. בתגובתו למאמרו של האקסלי לחברה הגאולוגית של לונדון (1868), הוא הציג את מאמרו "הדינמיקה הגאולוגית" (1869) אשר, בין כתביו האחרים, מאתגר את הנחת היסוד של הגאולוגים שגיל כדור הארץ חייב להיות בלתי מוגבל בזמן ואינסופי, כלומר, הנחתם שהעולם הוא קדמון.

האומדן הראשוני לגיל כדור הארץ שערך תומסון בשנת 1864, עמד על בין 20 מיליון ל־400 מיליוני שנים. גבולות האומדן הרחבים נבעו בשל אי הוודאות שהייתה לקלווין בחישוב טמפרטורת ההתכה של סלע, ​​שאליה הוא השווה את הטמפרטורה הפנימית של כדור הארץ. במהלך השנים הוא ליטש את חישוביו והצליח להפחית את הגבול העליון פי עשרה, וב־1897 הגיע להערכה סופית כי כדור הארץ היה בן 20–40 מיליון שנים. ניתן למצוא את סיכום מחקרו בנושא זה בהרצאתו בשנת 1897 בפני חברי החברה המלכותית, הרצאה שניתנה לבקשתו של הנשיא ג'ורג' סטוקס.

אף על פי שעוזרו לשעבר ג'ון פרי פרסם מאמר בשנת 1895 המאתגר את הנחת היסוד של קלווין בדבר מוליכות תרמית קבועה בקרום כדור הארץ, ובכך מאפשר הערכת גיל כדור הארץ גדול בהרבה מהשערת קלווין, רוב חברי הקהילה המדעית ולורד קלווין המשיכו לדבוק בהערכתו שלו.

גילוי החום שמשחררת דעיכה רדיואקטיבית ב־1903 הוביל לערעור על הערכת גיל כדור הארץ של קלווין, וארנסט רתרפורד היה הראשון שהעלה בהרצאה, בה השתתף גם לורד קלווין, את הטענה כי החום שמשחררת דעיכה רדיואקטיבית יכול לספק את מקור האנרגיה החלופי (שלא היה ידוע לקלווין) המאפשר את קיומה של השמש וכתוצאה מכך את הפיתוח ההדרגתי של כדור הארץ. על אף זאת, הערכת גיל כדור הארץ של קלווין נשארה בתוקף עד לפיתוח שיטת התיארוך הרדיומטרי של סלעים ב־1907.

האמונה הרווחת היא כי גילוי הרדיואקטיביות הוא שהפריך בסופו של דבר את הערכת גיל כדור הארץ של קלווין. תומסון עצמו מעולם לא הודה בפומבי בהפרכת הערכתו כי עדיין האמין שיש בידיו טיעון חזק הרבה יותר המגביל את גיל השמש לכדי לא יותר מ־20 מיליון שנים: ללא אור שמש, לא יכול להיות הסבר מניח את הדעת להמצאות משקעים בפני השטח של כדור הארץ. באותו הזמן, המקור היחיד הידוע לתפוקת אנרגיה סולארית היה קריסה כבידתית. רק כאשר היתוך תרמו־גרעיני הוכר ב־1930, פרדוקס הגיל של תומסון באמת נפתר.

כיום הערכת גיל כדור הארץ עומדת על כ־4.54 מיליארד שנים.

תומסון היה הראשון שניסה למדוד את גיל כדור הארץ באמצעות חוקי הפיזיקה והמתמטיקה. טעותו לא הייתה אי הבאתם בחשבון של מקורות אנרגיה חלופיים כגון רדיואקטיביות והיתוך תרמו־גרעיני מאחר שלא היו ידועים בתקופתו. טעותו הייתה שלא הכיר בכך שיש אפשרות שמוליכות החום בקרום כדור הארץ אינה קבועה.

ראו גם
 טפטפת קלווין
 מות החום של היקום
 יחידות מידה על שם אישים
 גשר קלווין

לקריאה נוספת
מריו ליביו, שגיאות גאוניות, בתרגום עמנואל לוטם, אריה ניר הוצאה לאור, 2013, פרקים 4–5

קישורים חיצוניים

 ויליאם תומסון, באתר scienceworld

הערות שוליים

בוגרי אוניברסיטת גלאזגו
חברי האקדמיה המלכותית השוודית למדעים
מדענים אירים
פיזיקאים בריטים
מתמטיקאים בריטים
מתמטיקאים אירים
מתמטיקאים סקוטים
זוכי מדליית קופלי
זוכי המדליה המלכותית
אישים הקבורים במנזר וסטמינסטר
נשיאי החברה המלכותית
המסדר הוויקטוריאני המלכותי: אבירים וגבירות הצלב הגדול
חברים במסדר ההצטיינות
מקבלי אות לגיון הכבוד
מעוטרי פור לה מריט
אישים שעל שמם יחידות מידה
סגל אוניברסיטת גלאזגו
בריטים שנולדו ב-1824
בריטים שנפטרו ב-1907
אישים שהונצחו בשטרות כסף בריטיים
חברי האקדמיה למדעים ולאמנויות של גטינגן
מונצחים בשלט כחול של ארגון המורשת האנגלית