რედაქტორი: პროფ. მ. მირიანაშვილი
მსოფლიოს ფიზიკოსები II, ბუნებისმეტყველებისა და ტექნიკის ისტორიკოსთა საბჭო, თბილისი, 1973
კორექტორი: თიკო იობიძე
გამციფრულებელი: ნინო გრიგოლაშვილი
გელა გელაშვილის ბიბლიოთეკიდან
ზუსტი მეცნიერების ისტორიაში არაერთი მეცნიერი შეიძლება დავასახელოთ ისეთი, რომლებმაც გასაოცარი ნიჭი ძალზე ადრე გამოამჟღავნეს. მაგრამ 10 წლის ბავშვი რომ უნივერსიტეტის სტუდენტად ჩაერიცხათ, ეს მხოლოდ ერთხელ მოხდა: ვილიამ თომსონი 8 წლის ასაკში მათემატიკის ლექციებს ისმენდა გლაზგოს უნივერსიტეტში, ხოლო ორი წლის შემდეგ იგი გახდა პირველი კურსის სტუდენტი.
ვილიამ თომსონი დაიბადა 1824 წლის 26 ივნისს ბელფასტში (ირლანდია), მათემატიკის პროფესორის ოჯახში. 7 წლისა იგი დედით დაობლდა. ამავე თარიღს თანხვდება მისი მამის მიწვევა გლაზგოს უნივერსიტეტის მათემატიკის პროფესორად. ამიტომ ვილიამი და მისი ძმა ჯემსი ამ ქალაქში გადმოიყვანეს[1].
15 წლის ვილიამმა უკვე თავისი პირველი სამეცნიერო შრომა გამოაქვეყნა. 17 წლისამ უნივერსიტეტი დაამთავრა, შემდეგ სწავლა კემბრიჯში გააგრძელა. 1845 წელს თომსონი ამთავრებს კემბრიჯის უნივერსიტეტსაც და პროფესიულად განსავითარებლად მიემგზავრება პარიზში იმ დროს გამოჩენილ ფიზიკოსთან – ა. რენიოსთან. თომსონი პირველად მასთან იწვრთნებოდა ექსპერიმენტულ ფიზიკაში. 26 წლისა იგი მიიწვიეს გლაზგოს უნივერსიტეტის პროფესორად თეორიულ ფიზიკაში. აქ მან 57 წელი გაატარა. სიცოცხლის უკანასკნელი სამი წლის განმავლობაში თომსონი გლაზგოს უნივერსიტეტის პრეზიდენტად იყო არჩეული[2].
თომსონმა, ჯერ კიდევ კემბრიჯის უნივერსიტეტის სტუდენტმა (1843-1845 წწ.), დაიწყო ელექტრული დენის თეორიული შესწავლა. მან ისარგებლა ფურიეს სითბოგამტარობის თეორიაში დამუშავებული მათემატიკური მეთოდით; ამის საფუძველზე გასული საუკუნის 50-იან წლებში განავითარა გრძელ კაბელში ელექტრული სიგნალის გავრცელების თეორია. ვ. თომსონმა ახსნა გრძელი გამტარების გამოყენების შემთხვევაში ელექტრული სიგნალის შეგვიანების მოვლენა და მოძებნა მისი შემცირების ხერხი. ეს უკანასკნელი თომსონის ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი შრომაა ელექტრობაში.[3]
ვ. თომსონმა პირველმა გამოიყვანა ელექტრული რხევის პერიოდის ფორმულა კონდენსატორის რხევითი განმუხტვის შემთხვევაში. ეს უკანასკნელი ხშირად გამოიყენება თანამედროვე ელექტროტექნიკაში. ამ აღმოჩენებს მიუძღვნა ვ. თომსონმა სტატიების წყება: „ელექტრობისა და მაგნიტიზმის მათემატიკური თეორია“ (1845-1855); „ელექტომაგნიტური რხევები და ტალღები“ (1853); „არადამყარებული ელექტრული დენების შესახებ“, რომელსაც დიდი წვლილი მიუძღვის შემდგომში უმავთულო ტელეგრაფის განვითარებაში.
შრომაში „ელექტრომაგნიტური რხევები და ტალღები“ თომსონმა მეტად მნიშვნელოვანი ფორმულა შემოგვთავაზა რხევითი განმუხტვის პერიოდისათვის, მცირე წინაღობისა და სუსტი მილევის შემთხვევაში: T=2π√LC, სადაც L წრედის თვითინდუქციაა, ხოლო C – კონდენსატორის ტევადობა.[4]
თეორიულ გამოკვლევებთან ერთად ვ. თომსონი ერთ-ერთი პირველთაგანი შეუდგა ზუსტ ელექტროგაზომვათა მეთოდების შესწავლას. მას აგრეთვე ეკუთვნის პირველი ამპერმეტრის, ვოლტმეტრისა და სხვა ხელსაწყოების შექმნა (საერთოდ, მას 70 სხვადასხვა პატენტი ჰქონდა მიღებული).
ვ. თომსონმა გამოიკვლია ლითონების ელექტროდინამიკური თვისებები და 1855 წელს გამოქვეყნებულ შრომაში აღგვიწერა ელექტრული დენის საშუალებით სითბოს გადატანის მოვლენა არათანაბრად გამთბარ (გახურებულ) გამტარში, რის ხარჯზეც უკანასკნელის ტემპერატურა თანაბრდება (ე.წ. „თომსონის მოვლენა“). ამავე წლებში მან თეორიულად ჩამოაყალიბა პელტიეს მოვლენა, რაც იმაში მდგომარეობს რომ სხვადასხვა გამტარის შეხების ფენებში გამოყოფილი სითბოს რაოდენობა ერთ შემთხვევაში აღემატება ჯოულ-ლენცის კანონით გათვალისწინებულ სითბოს რაოდენობას, ხოლო მეორე შემთხვევაში ამ სითბოზე ნაკლებია, რაც დამოკიდებულია წრედში გამავალი დენის მიმართულებაზე.
ვ. თომსონის მოღვაწეობის მეორე მნიშვნელოვანი სფერო იყო თერმოდინამიკა, რომლის ფუძემდებლებადაც სადი კარნოს, რუდოლფ კლაუზიუსისა და სხვათა გვერდით თომსონიც ითვლებოდა.
სითბური მოვლენების გამოკვლევა ვ. თომსონმა გასული საუკუნის 40-იანი წლების მეორე ნახევარში დაიწყო. პირველი დიდი აღმოჩენა ამ სფეროში იყო ტემპერატურის სკალის დადგენა (1848). ტემპერატურის სხვა, ჩვეულებრივ სკალებზე ათვლისას ტემპერატურის ცვლილება განისაზღვრება ამა თუ იმ ნივთიერების გაფართოებით (ვერცხლისწყლის, სპირტის); თვით ტემპერატურული სკალა ამ დროს დამოკიდებულია ამ ნივთიერებათა გაფართოების კოეფიციენტზე. თომსონის მიერ შემოტანილი აბსოლუტური ტემპერატურის გრადუსი კი განისაზღვრება იმ მუშაობით, რომელიც აუცილებელია დაიხარჯოს, რომ მივიღოთ რაღაც განსაზღვრული, პირობითად არჩეული სითბოს რაოდენობა. კარნოს თეორიის თანახმად, მუშაობის ეს რაოდენობა არ არის დამოკიდებული ნივთიერების გვარობაზე. ამგვარად, აბსოლუტური ტემპერატურის სკალა ყველა ნივთიერებისათვის საერთოა.
მექანიკური თეორიის თვალსაზრისით, სხეულის აბსოლუტური ტემპერატურა უშუალოდ ახასიათებს მასში მოლეკულების სითბური მოძრაობის ინტენსივობას. აბსოლუტური ტემპერატურის ნული თეორიულად წარმოსადგენი ყველაზე დაბალი ტემპერატურაა, რომლის დროსაც უნდა შეწყდეს მოლეკულათა სითბური მოძრაობა. აბსოლუტური ტემპერატურის ასათვლელად გამოდგებოდა იდეალური აირით გავსებული თერმომეტრი. ამგვარ თერმომეტრთან ძალიან ახლოსაა აირული თერმომეტრი, რომელშიც აირი თითქმის ისეთივე პირობებშია, როგორც იდეალური აირი. ჩვენს დროში თომსონის აბსოლუტური სკალით სარგებლობს მსოფლიოს ყველა ფიზიკოსი და ქიმიკოსი, რაც, ვფიქრობთ, თომსონის აღიარების საუკეთესო დადასტურებაა.[5]
თომსონის აბსოლუტური სკალა სადი კარნოს სითბური მანქანების თეორიის საფუძველზე შეიქმნა. ამ თეორიის ძირითადი პრინციპის („კარნოს პრინციპი“) თანახმად, სითბურ მანქანაში მუშაობა შეიძლება შესრულდეს გამათბობლიდან მაცივარში სითბოს გადასვლით და მანქანის მ ქ კ დამოკიდებულია მხოლოდ მათ ტემპერატურაზე. ამის საფუძველზე კარნომ შექმნა თავისი შექცევადი ციკლი („კარნოს ციკლი“). 1850 წელს თომსონმა გამოიყენა კარნოს ციკლი და ჩამოაყალიბა მის მიერვე თეორიულად დადგენილი დამოკიდებულება ნივთიერების დნობის ტემპერატურასა და წნევას შორის (ყინულის დნობის წერტილის დაწევა წნევის ზრდასთან ერთად). კარნოს ციკლი თომსონმა წარმატებით გამოიყენა თერმოელექტრული მოვლენების თერმოდინამიკურ თეორიაში.
1851 წ. კლაუზიუსისაგან დამოუკიდებლად თომსონმა დაასაბუთა, რომ კარნოს მოსაზრებანი სითბური მანქანის თეორიაზე მცდარია და რომ სინამდვილეში სითბურ მანქანაში მუშაობა სრულდება სითბოს ნაწილის მექანიკურ ენერგიად გარდაქმნის ხარჯზე. უფრო მეტიც, შრომაში „სითბოს დინამიკური თეორიის შესახებ“ (1851) მან ჩამოაყალიბა ფიზიკის ერთ-ერთი მთავარი პრინციპთაგანი – თერმოდინამიკის მეორე პრინციპი (დებულება). ამ პრინციპის თანახმად, უსულო საგანი მექანიკურ მოქმედებას არ იწვევს იმ შემთხვევაშიც, თუკი ამ ნივთიერებას იმდენად გავაცივებთ, რომ მისი ტემპერატურა გახდეს უფრო დაბალი, ვიდრე მის ირგვლივ მყოფ სხეულთა შორის ყველაზე ცივი სხეულის ტემპერატურაა. სხვანაირად რომ ვთქვათ, სითბოს გადასვლა მეტად ცივი სხეულიდან ნაკლებად ცივში არ შეიძლება მოხდეს თავისთავად, მას აუცილებლად თან სდევს რაიმე მაწონასწორებელი მოვლენა განსახილველი სისტემის (სითბური მანქანის) სხვა სხეულებში, მაგალითად, სითბოს გადასვლა რომელიღაც ცხელი სხეულიდან ცივში ან მექანიკური მუშაობის გადასვლა სითბოში.[6]
თერმოდინამიკის მეორე პრინციპიდან გამოდის, რომ ჩაკეტილ სისტემაში ენერგიის ერთმანეთში გადასვლისას, საბოლოოდ, ენერგიის ყველა სახე შეუქცევადად გადადის სითბურში. თომსონმა ეს მცდარი საზრისი მთელ სამყაროზე გაავრცელა და 1852 წელს დაასკვნა, რომ ენერგიის გაფანტვა გარდაუვალია, ე.ი. სამყაროს მოელის სითბური სიკვდილი. თომსონის თეორია, რომელიც შემდეგში კლაუზიუსმაც შეიმუშავა, მრავალმა ფიზიკოსმა უარყო და შეეწინააღმდეგა, მათ შორის ყველაზე მტკიცედ ავსტრიელი ფიზიკოსი ლუდვიგ ბოლცმანი, რომელსაც თავისი სწორი მოსაზრებების დაცვა სიცოცხლის ფასად დაუჯდა.[7]
თომსონმა ზოგი შრომა შეასრულა ჯოულთან ერთად. მათ ერთად დაიწყეს მუშაობა მას შემდეგ, რაც ოცდასამი წლის თომსონმა პირველმა მიაქცევინა ინგლისელ მეცნიერთა ყურადღება ჯ. ჯოულის ცდების მნიშვნელობას სითბოს მექანიკური ეკვივალენტის შესახებ.
1853-1854 წწ. ვ. თომსონმა და ჯოულმა ცდებით გამოიკვლიეს სითბური ზემოქმედება აირის თავისუფალი გაფართოების შემთხვევაში. დადგინდა: თავისუფალი გაფართოებისას აირი ცივდება ან თბება იმის მიხედვით, თუ როგორია თითოეული აირის დამახასიათებელი ტემპერატურა გარემოში. ჯოულისა და თომსონის აღმოჩენა შემდგომში საფუძვლად დაედო ისეთი აირების გათხევადებას, როგორიცაა: ჟანგბადი, წყალბადი, ჰაერი და სხვ. მათი სახეცვლა კი მანამდე შეუძლებლად ითვლებოდა. ჯოულ-თომსონის მიგნებით შეგვიძლია რეალური აირი განვასხვაოთ იდეალურისაგან.
1860 წლის შემდეგ თომსონი ძირითადად თეორიულად იკვლევდა მექანიკასა და უმთავრესად ჰიდროდინამიკას. მას ეკუთვნის მნიშვნელოვანი შრომები წყლის ზედაპირზე ტალღების გავრცელებაზე, ზღვის მოქცევასა და მიქცევაზე, გრიგალური მოძრაობის შესახებ და სხვა.
თომსონი მექანისტური ფიზიკის დიდი მომხრე იყო. მას სურდა, ყოველი მოვლენა ბუნებაში დაეკავშირებინა მექანიკურ ურთიერთქმედებასთან. იგი ნაწილობრივ ეყრდნობოდა განსაკუთრებული გარემოს – „მსოფლიო ეთერის“ – არსებობას, რის საფუძველზეც შექმნა ატომის გრიგალური მექანიკური მოდელი, დაამუშავა სინათლის მექანიკური თეორია. ჯერ კიდევ 1840-იან წლებში თომსონს მექანიკური ეთერის სხვადასხვა მოდელის გამოკვლევამ შეაძლებინა მატერიის გრიგალური თეორიის შექმნა.
თომსონს სიცოცხლის უკანასკნელ დღემდე სწამდა მსოფლიოს ერთიანი მექანიკური სურათის შექმნის შესაძლებლობისა. XIX-XX საუკუნეების საზღვარზე იგი მიუთითებდა, რომ მეცნიერების ნათელ ცაზე არსებობს მექანიკის საფუძვლებით აუხსნელი მხოლოდ ორი ღრუბელი; ესენია: აბსოლუტურად შავი სხეულის მიერ სითბური გამოსხივება და მაიკელსონის ცდა. მაიკელსონის ცდით აღმოაჩინეს სინათლის სიჩქარის მუდმივობა ყველა მიმართულებით როგორც მოძრავ, ისე უძრავ გარემოში, რაც ეწინააღმდეგებოდა გალილეისა და ნიუტონის კლასიკური მექანიკის საფუძვლებს.
უნდა აღინიშნოს, რომ უდიდესმა მიღწევებმა ფიზიკაში XIX საუკუნის ბოლოსა და XX საუკუნის დასაწყისში თომსონი აიძულა განსდგომოდა მექანისტურ შეხედულებებს. მისთვის განსაკუთრებით შთამბეჭდავი იყო ლებედევის ცდები, რომლებიც აჩვენებდა სხეულზე წარმოებული სინათლის წნევას. ამ ცდებმა აიძულა თომსონი ეღიარებინა მაქსველის სინათლის ელექტრომაგნიტური თეორია. იგი მოესწრო იმ მნიშვნელოვან ხანასაც, როცა გადაიყარა მეცნიერების ორი „საიდუმლო ღრუბელი“ და ფიზიკა გამდიდრდა ორი ახალი და დიდმნიშვნელოვანი დარგით – კვანტთა თეორიითა (პლანკის, აინშტაინის) და ფარდობითობის თეორიით (აინშტაინისა). ამ თეორიებმა ძირეულად შეცვალა კლასიკური ფიზიკის შეხედულებები. ძველი ფიზიკის დიდმა წარმომადგენელმა თომსონმა უკვე ვეღარ შეძლო ახალი აღმოჩენების შეფასება და ეჭვის თვალით მიუდგა მათ.[8]
თომსონის გარდაცვალების შემდეგ, 1907 წელს, გამოქვეყნებული შრომა ეხებოდა რენტგენის სხივების წარმოშობას. მას ეწოდებოდა „ატომების ან მოლეკულების შეჯახების საფუძველზე ეთერში მოძრაობის შესახებ“.[9]
ვ. თომსონის მეცნიერული დამსახურებანი არაერთხელ აღნიშნულა. 1877 წელს იგი აირჩიეს პეტერბურგის მეცნიერებათა აკადემიის წევრ-კორესპონდენტად, 1895 წელს კი – საპატიო წევრად. თავისი მეცნიერული დამსახურებით 1892 წელს თომსონს მიენიჭა ლორდ კელვინის ტიტული („კელვინი“ ქ. გლაზგოში მდინარეა, რომელსაც დაჰყურებს უნივერსიტეტის შენობა. აქედან წარმოიშვა თომსონის მეორე გვარიც – კელვინი. ინგლისში „ლორდი“ უმაღლესი სათავადაზნაურო ტიტულია. თუ რიგით მოქალაქეს განსაკუთრებული დამსახურებების გამო ლორდის ტიტული ენიჭება, იგი მოვალეა გვარი გამოიცვალოს. ასე გახდა ვილიამ თომსონი ლორდ ვილიამ კელვინი).
ვ. კელვინი ჭაბუკობიდან ღრმა სიბერემდე სპორტის სხვადასხვა სახეობით ყოფილა გატაცებული. იგი იყო უაღრესად თავმდაბალი და მორცხვი საკუთარი შრომების შეფასების დროს. 1891 წელს გლაზგოში მოეწყო კელვინის იუბილესადმი მიძღვნილი ფიზიკოსთა საერთაშორისო ყრილობა (იუბილე ორი წლის დაგვიანებით აღინიშნა). თავისი საბოლოო სიტყვა იუბილარმა ასე დაამთავრა: „ელექტრული და მაგნიტური ძალების შესახებ მე იმდენივე ვიცი, რამდენიც ორმოცდაათი წლის წინათ, როდესაც სტუდენტებს ვასწავლიდი“.
მრავალ წარჩინებათა გარდა, რომლებზეც კელვინი სხვადასხვა დროს იყო წარდგენილი, აღვნიშნავთ, რომ იგი არჩეული იყო ინგლისის სამეფო საზოგადოების პრეზიდენტად ერთი ვადით (ხუთი წლით) 1890-1895 წლებში; ედინბურგის სამეფო საზოგადოების პრეზიდენტად სამჯერ (სამ-სამი წლით) 1873-1907 წლებში და სხვა.[10]
ვ. კელვინი გარდაიცვალა 1907 წლის 17 დეკემბერს ლონდონში. იგი დაკრძალეს ვესტმინსტერის სააბატოში, ი. ნიუტონის საფლავის გვერდით.
ვსარგებლობთ შემთხვევით და ორიოდე სიტყვას დავძენთ საზოგადოდ თომსონის გვარის შესახებ. ეს გვარი ძირითადად ინგლისშია გავრცელებული, თუმცა აქა-იქ სხვაგანაც გვხვდება, კერძოდ ჩვენთან, საბჭოთა კავშირშიც. თვით ინგლისში კი ამ გვარისა სამი გამოჩენილი ფიზიკოსია ცნობილი: ჯოზეფ ჯონ თომსონი (1856-1940), მისი ვაჟი ჯორჯ პაჯეტ თომსონი (დაბ. 1892 წ.) და ვილიამ თომსონი. ამასთან, პირველ ორს არავითარი ნათესაობა არა ჰქონდათ ვ. თომსონთან (კელვინთან). ამიტომ ჩვენი სურვილია კელვინის შესახებ საუბარი დავამთავროთ ჯოზეფ თომსონის სიტყვებით: „თანამედროვე უმავთულო ტელეგრაფია, ტელეფონია და რადიომაუწყებლობა დამოკიდებულია იმ შედეგებისაგან, რომელიც ლორდმა კელვინმა 1853 წელს გამოაქვეყნა“.[11] აქ ჯ. თომსონი მოიაზრებდა კელვინის შრომას – „არადამყარებული ელექტრული დენების შესახებ“, რაც ზევით უკვე მოვიხსენიეთ.
ვ. თომსონის უმთავრესი შრომები
Второе начало термодинамики, Сади Карно, В. Томсон-Кельвин, Р. Клаузиус, М. Смолуховский, М.-Л., 1934.
О проходящих электрических токах, М.-Л. 1948.
О вихревых атомах, «Под знаменем марксизма», М.-Л, 1924, Nº 10—11.
ლიტერატურა ვ. თომსონის შესახებ
Н. А. Умов, Научная деятельность лорда Кельвіна, в кн: «Н. А. Умов. Собрание сочинений», т. 3. М. 1916.
П. С. Кудрявцев, История физики, г. П1, М., 1956.
Б. И. Спасский, История физики, ч. 1, М1, 1963.
Д. Мак-Дональд, Фарадей, Максвела и Кельвин, М., 1967.
მ. პარკაძე, ვილიამ თომსონი (კელვინი), „მეცნიერება და ტექნიკა“, 1964, N 6.
- [1] Д. Mакдональд, Фарадей, Максвелл, Кельвин, М.,1967. cтp. 125.
- [2] იქვე, გვ. 129.
- [3] Биографический словарь деятелей естествознания и техники, т. II, M., 1959, cтp. 278.
- [4] Д. Mакдональд, დასახ. შრ., გვ.155.
- [5] Биографический Словарь…, T. II, cтp., 278.
- [6] Д. Mакдональд, დასახ. შრ., გვ.134-135.
- [7] იქვე, გვ.154.
- [8] H. A. УMOB, Научная Деятельность Лорда Кельвина, B KH. <<Coნpaниe Сочинений >>, T. 3, M., 1916, cтp. 558—562.
- [9] У. Томсон,, O вихpeвых aтoмax,«Пoд 3намeнeм Mapсизмa», 1924, No 10—11, cтp. 65—67.
- [10] Д. Mакдональд, cтp. 151-154.
- [11] იქვე, გვ. 154-155.