KELVIN, William Thomson, Lord (1824-1907) İngiliz fizik bilgini. Isı kuramının ve elektromanyetik kuramın gelişmesine katkılarıyla, 19.yy kuramsal ve deneysel fiziğinin en büyük adlarından biridir.
Soyluluk unvanı aldıktan sonra “Lord Kelvin” adıyla tanınan William Thomson 26 Haziran 1824’te İrlanda’daki Belfast kentinde doğdu, 17 Aralık 1907’de İskoçya’nın Ayrshire bölgesinde, Largs yakınlarındaki Netherhall’de öldü. Önce Belfast’ta, sonradan Glasgow Universitesi’nde ders veren bir matematik profesörünün oğluydu. Altı yaşındayken annesini yitiren William Thomson ile iki yaş büyük ağabeyi James Thomson’m eğitimiyle doğrudan doğruya babaları ilgilendi. Üstün matematik yeteneği ve zekâsıyla çok hızlı bir gelişme gösteren William Thomson, sekiz yaşındayken babasının üniversitedeki derslerini izleyebilecek duruma gelmiş, on yaşındaykende Glasgow Üniversitesi’nin kayıtlı öğrencileri arasına katılmıştı. Öbür Ingiliz üniversitelerinden farklı olarak temel bilimlere, özellikle matematik, fizik ve kimyaya analitik yaklaşımı getiren Fransız bilginlerine önem veren bu üniversite, Thomson’m gelecekteki çalışmalarını da büyük ölçüde etkilemiştir.
Glasgow’daki başarılı öğrenim yıllarından ve Fransa’yı da kapsayan bir Avrupa gezisinden sonra, 1841-1845 arası Cambridge Üniversitesi’ne devam eden, bu arada eğitim programında yer almayan Laplace, Le Gendre, Lagrange ve Fourier’nin yapıtlarını okuyarak Fransız okulunun çalışmalarım yakından izleyen Thomson, 1845 yazında babasının de önerisiyle yeniden Paris’e gitti. Cauchy, Biot, Dumas ve Regnault ile tanışması, Carnot’nun ısı kuramıyla ilgilenmesi ve Faraday’ın elektromanyetik alan kavramıyla Coulomb ve Poisson’un uzaktan etkileşim kavramını bağdaştırmaya çalışması bu döneme rastlar.
İngiltere’ye dönünce, 1846’da, henüz 22 yaşındayken Glasgow Üniversitesi’nde matematik ve fizik profesörlüğüne atanan Thomson, yaşamının sonlarına değin, 53 yıl boyunca bu görevi sürdürdü. Fransa’da bulunduğu sıralar bir süre çalışmış olduğu Regnault’ nun laboratuvarından esinlenerek, üniversitelerde araştırma laboratuvarı geleneğinin yerleşmediği o dönem Ingiltere’sinde Glasgow Üniversitesi’ne ilk laboratuvarı kazandıran da Thomson oldu.
Kuramsal fizik bilgisini uygulama alanına aktararak, duyarlı ölçüm aletlerinin yapımında ve kullanımında da Ingiliz teknolojisine yol gösteren Thomson’ın bu alandaki en önemli girişimi, İrlanda ile Newfoundland (Kanada) arasında denizaltı telgraf kablolarının döşenmesi ve denizaşırı telgraf bağlantısının kurulmasına ilişkin çalışmasıdır. Başarısız iki girişimden sonra, 1865’te, Atlas Okyanusu’ndan geçen telgraf kablosunun döşenmesini ve düşük voltajlarm kullanılmasına olanak veren, kendi tasarımı bir aynalı galvanometreyle sürekli bir telgraf iletişiminin kurulmasını sağlayan Thomson’ın bu başarısı, hem 1866’da “Sir” unvanının verilmesine, hem de buluşunun patentiyle büyük bir servet yapmasına ortam hazırladı. 1851’de Londra’daki Royal Society’nin üyeliğine seçilen, 1890-1895 arası bu kuruluşun başkanlığını yürüten ve 1892’de Largs dolaylarında adına Kelvin baronluğu kurulan Thomson, 83 yaşında öldüğü zaman, İngiliz fiziğinin en büyük temsilcisi olarak ününü dünyaya kabul ettirmişti.
Kelvin’in yaşamı boyunca önem verdiği iki konu, mekanik ilkelerini fiziği birleştiren bir öğe olarak kullanmak ve duyarlı ölçüm aletleri geliştirmek olmuştu. Klasik fiziğin son biçimini almasında en etkili bilim adamlarından biri olan Kelvin, 1880’lerden sonra artık fizikteki tüm temel çalışmaların tamamlandığına, yeni olguların ve ilkelerin bulunmasından çok o güne değin yapılan çalışmaları uygulamanın önemli olduğuna inandığı için yaşamının son yıllarında çağdaş fizikteki gelişmelerle ilgilenmedi. Gene de, Helmholtz ile birlikte, klasik fiziği geliştirerek 20.yy başında çağdaş bir bilim dalına dönüştüren iki büyük bilim adamından biri olarak bilim tarihindeki yerini çoktan almıştı.
Mutlak sıcaklık ölçeği
1845’te Fransa’da bulunduğu sıralar Carnot’nun ısı kuramını inceleme olanağı bulan Kelvin’in, 1847’de, ismin mekanik eşdeğerini hesaplayan Joule ile tanışıp işbirliğine girişmesi, termodinamiğin doğuşunu hazırlayan önemli bir adım oldu. Kelvin’in amacı, ısı makinelerinin verimini ısının kalorik kuramıyla açıklayan Carnot’nun çalışmasını, ısının mekanik enerjiyle eşdeğerli olduğunu kanıtlayan Joule’ün buluşuyla bağdaştırarak ısı kuramını bir mekanik ilkesine dönüştürmekti. Bu konudaki ilk çalışması, 1848’de hazırladığı mutlak sıcaklık ölçeği oldu. O güne değin sıcaklık ölçekleri, belirli sıcaklıktaki iki noktanın arasını eşit parçalara bölerek elde ediliyordu. Kelvin ise, genel bir fizik ilkesine dayanan mutlak sıcaklık ölçümüne varmayı düşlüyordu. Carnot’nun “ısının belirli bir sıcaklıktan başka bir sıcaklık derecesine düşmesiyle yaratılan işin, yalnızca bu sıcaklıklara dayanan bir üst sınırı vardır” biçimindeki ilkesi böyle bir ölçek için en iyi çıkış noktası gibi gözüküyordu. Öte yandan, gazların genleşmesiyle ilgili bir yasa, soğutulan gazların her 1 derece için O derecede ölçülen hacimlerinin 273’te biri kadar küçüldüğünü öngörüyordu. Demek ki, -273 derecede gaz hacminin yok olması gerekiyordu. Bu -273 derece aynı zamanda, Carnot teoremine göre, ısının tümüyle işe dönüşebilmesi için gerekli alt sınırdı. Kelvin, -273 derecede hacmin yok olmadığını, maddedeki molekül hareketinin durduğunu ortaya atarak, tüm maddeler için geçerli olan ve sıcaklık derecesinin değeri sıcaklığa bağımlı olmayan yeni bir “mutlak sıcaklık ölçeği” geliştirdi. Sonradan, suyun donma noktası yerine üçlü noktası (sıvı, katı ve buhar halindeki suyun aynı anda dengede bulunduğu nokta) temel alınarak bugünkü biçimine getirilen bu ölçekle Kelvin’in bulduğu ilk ölçek arasında 0,01 derecelik bir fark vardır. Günümüzde “Kelvin derecesi” adıyla anılan bu ölçekteki sıfır dereceyi “tüm molekül hareketinin durduğu, herhangi bir sonlu süreçle erişilmesi olanaksız bir alt sınır” olarak kabul eden ilkeye de kimi kez termodinamiğin üçüncü yasası denilir.
Termodinamiğin yasaları
Kelvin, Joule ile Carnot’nun düşüncelerini birleştirmek için, mekanik iş yapmak üzere yüksek sıcaklıktan düşen gücün mekanik iş sonucu ortaya çıkan ısıdan başka bir şey olmadığını, ısının da, maddenin tüm özelliklerinde ve davranışında olduğu gibi moleküllerinin hareketinden doğan enerjiye dayandığım ortaya attı. Mekanik enerjinin bütünüyle ısıya dönüştürülebileceğini öngören Joule ilkesi ile eş ısıdaki bir kaynaktan alman ismin tamamıyla işe dönüştürülemeyeceğini öne süren Carnot ilkesini birleştirerek, termodinamiğin ikinci yasasını Clausi-us’tan bağımsız olarak buldu. “Isının belirli sıcaklıktaki bir yerden daha soğuk bir yere tersinir olarak gitmesi sonucu ortaya çıkan işin üst sınırı yalnızca sıcaklıklara dayanır” biçimindeki Carnot teoreminin ters süreç için de geçerli olduğunu, başka bir deyişle aynı miktarda işin aşağı sıcaklıktan yüksek sıcaklığa aynı miktarda ısıyı taşıyabileceğini, iş yapmadan ısıyı soğuktan sıcağa taşımanın olanaksız olduğunu ortaya attı. Kelvin, “açık” ve “gizli” ısı kavramını moleküllerin kinetik ve potansiyel enerjileri olarak tanımlaya-madığı için, ikinci kuralın matematiksel anlatımı yolunda daha ileri bir adım atamadı ama, aynı kuralı bağımsız olarak bulan Clausius, önce birinci, sonra ikinci kuralı matematiksel birer durum fonksiyonu olarak vermeyi başardı.
Termodinamiğin ikinci kuralı ve mutlak sıcaklık ölçeğinin dışında, Kelvin’in bu alana önemli bir katkısı da, yüksek basınçlı gazların dar bir ağızdan geçerek genleşmesi sonucunda soğuduğunu gözlemlemesi ve Joule’den bu olayın deneysel kanıtım istemesidir. “Joule-Thomson olayı” olarak bilinen bu olgu, çağdaş soğutma tekniklerinin doğuşunu hazırlamıştır. Gene Kelvin’in ortaya attığı, maddenin hareketli molekül enerjisi kavramı ise,Maxwell ile Boitzmann’ ın kinetik kuramına ve tüm cisimlerin zamanla soğuyarak sonunda evrenin mutlak sıfır derecede dengeye ulaşacağı varsayımına temel olmuştur. Soğuma olayını jeokronolojiye de uygulayan Kelvin, 1862’de, ısı kuramından yola çıkarak Güneş’in giderek soğuduğunu, Güneş’ten kopmuş bir parça olan Yer’in de başlangıçta Güneş ile aynı ısıda olduğunu öne sürdü. Bu soğumanın hızma ve Yer’in merkezine inildikçe azalan sıcaklık derecesine dayanarak Yer’in yaşını 20 ile 400 milyon yıl arasına tarihlendirdi.
Elektromanyetik kuram
Kelvin’in elektromanyetik kurama ilişkin çalışması da, gene tüm olayların kökeninde mekanik bir neden aramak ve böylece klasik fiziğin çeşitli dallarını bir bütünlüğe kavuşturmak tutkusundan kaynaklanır. Bu nedenle Faraday’ın alan kuramını, Laplace, Biot, Coulomb ve öbür Fransız fizikçilerin uzaktan etkileşim kuramına tercih etti. Elektromanyetik olayların, uzayı kaplayan ortamın mekanik özelliklerine bağlı olduğunu kabul eden Kelvin’in, bu alanı elle tutulur mekanik alanlara benzetme isteği, örneğin elektrik alanının sıkışma, manyetik alanın burulma girdapları biçiminde ortaya çıktığı hafif ve esnek bir ortama gereksinim duymasına yol açtı. Bu nedenle Maxwell’ in kuramını hemen benimseyemedi, uzun süre Helmholtz’un girdap kuramına, daha sonra da ortamı dolduran “esir” kuramına inandı ve Fransız okulunun uzaktan etkileşme kuramıyla varmış olduğu tüm sonuçlara Faraday’ın kuramıyla da varılabileceğini gösterdi. Isı iletimi ve elektrik potansiyeli problemlerinin çözüm yöntemindeki benzerlikleri bularak potansiyel kuramında birliği sağlayan Kelvin, ayrıca, potansiyel problemlerinin kürede ters dönüşüm yoluyla çözümü, yalıtkanların elektrik alanı altında kutuplaşarak daha zayıf bir karşı potansiyel geliştirdiği ve uygulanan alanı perdelediği gibi çağdaş elektromanyetik kuramda çok önemli yeri olan sonuçlara da varmıştır.
Uzun yaşamı boyunca klasik fiziğin geçirdiği aşamaları ve çağının bilimsel düşüncesini yönlendiren Kelvin, 19.yy fiziğinin mekanik ilkelerine dayanan ve duyarlı ölçümlerle gerçekleştirilen, basit ve genel ilkelere indirgenebilir, kendi içinde tutarlı bir bilim dalı olmasını sağlayan en etkili kişilerden biridir.
• YAPITLAR (başlıca): The Treatise on Natural Philosophy (P.G.Tait ile), 2 cilt, 1867,(“Doğa Felsefesi Üstüne İnceleme”); Reprint of Papers on Electrostatics and Mag-netism, 1872, (“Elektrostatik ve Manyetizmayla İlgili Makalelerin Yeni Basımı”); Mathematical and Physical Papers, (ö.s.), 1911, (“Matematik ve Fizik Makaleleri”).
• KAYNAKLAR: A.Russell, Lord Kelvin, His Life and SfJork, 1939; S.P.Thompson, The Life of William Thomson, Baron Kelvin of Largs, 2 cilt, 1901; A.P.Young, Lord Kelvin, Physicist, Mathematician, Engineer, 1948.
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi