威廉·汤姆孙在科学领域取得了什么成就?

1892年,伊丽莎白女王授予一位著名科学家“开尔文勋爵”称号,以表彰他在科技领域对人类的杰出贡献。然而令人惊讶的是,在崇高的荣誉面前,这位科学家用“失败”二字概括了自己一生在科学进步中的奋斗。他是谁?他就是成功铺设第一条大西洋海底电缆的英国杰出科技发明家威廉·汤姆孙。

威廉·汤姆孙于1824年5月26日出生在英国的贝尔法斯特。

铺设大西洋海底电缆是一项举世瞩目、耗资巨大的工程。没想到的是,在搭建电缆的第一步就出了问题。这个项目的负责人是沃尔特·霍斯(Walter Horses),他在公司人事关系很好,资历也老。当时的唐慕孙只是最年轻的导演,无职无权。1857,项目初期,唐木孙和总工程师发现了问题。原来按照设计要求,大西洋海底电缆要由1200根电缆焊接而成,每根电缆长3.22公里。Walter Hoss制定的电缆规范中的电缆直径远小于理论要求。更糟糕的是,公司筹委会在正式开工前就把说明书给了承包商,而且已经开始制造了,想解约都来不及。唐慕孙回到自己的实验室亡羊补牢,带领学生对当时所有的铜线进行检测。发现各种铜线的电阻率差别很大,焊接不同电阻率的铜线肯定会使总缆的参数产生偏差。唐木孙通过实验,解决了几根铜线之间电阻率均匀的问题,总结出一套实用的电阻率测量方法,对电缆用铜线的规格提出了新的要求和标准。

唐慕孙的研究成果遭到了沃尔特斯和电缆制造商的抵制。唐慕孙在董事会上用大量的实验事实证明了自己的理论,赢得了董事会的支持,并迫使厂商按照新的技术标准签订合同。

1857年,成品电缆装上英美政府调拨的两艘巨轮,开始第一次下沉。电气工程师沃尔特·霍斯因故不能随船。受董事会委托,唐慕孙担任他的指挥。沉船行驶至611.16 km时,电缆意外断裂,传输的微弱信号很难被普通电报接收到,因此第一根电缆的第一次下沉失败。

唐木孙分析后发现,只有加强电缆外层的机械强度,才能防止电缆断裂。然而,如何放大微弱的信号成为一个难题。

1858年初,一个阳光明媚的日子,汤慕孙和德国物理学家亥姆霍兹一起去海湾玩。一想到信号放大,唐木孙就失去了理智,丢下朋友,独自躲在船舱下。亥姆霍兹跟他开了个小玩笑。顺手从口袋里拿出眼镜,把阳光反射到唐木孙的脸上。唐慕孙突然觉得一个耀眼的亮点在眼前晃动。他抬起头,看到了朋友手里的眼镜。他灵机一动,狂喜地喊道:“对!是啊!我的亥姆霍兹。”他大叫着跑回实验室。

原来镜头的作用启发了唐木孙,他终于找到了放大信号的方法。通过反复实验,他终于把一面小镜子小心翼翼地挂在电报机的线圈里,并在镜子背面插上一根小磁针,放大微弱的信号。经过精心设计,他终于制成了一台镜面检流计电报机。这种电报的灵敏度比沃尔特·霍斯的高十倍以上,从而解决了海底电缆通信的关键技术问题。这种实用的终端设备将广泛应用于未来大西洋海底的长距离电缆通信。

技术问题解决后,1858开始第一根电缆的第二次下沉。因为大四的瓦尔特·霍斯拒绝出海,年轻的唐慕孙勇敢地承担起电气工程师的责任,再次随船出海。

1858春夏之交,沉船“阿伽门娜”号从北美纽芬兰出发,自西向东铺设电缆。没想到,海上遭遇了长达一周的风暴。甲板被电缆钻透,实验室被淹,给下沉工作带来很大困难。唐木孙和大家不顾危险,破浪前进。经过一个多月的海上战斗,阿伽门娜号于8月3日安全抵达爱尔兰。8月5日下午3点55分,汤慕孙发出的第一封越洋电报,5分钟后被北美方面收到。人类第一次征服了大西洋的屏障,用电缆把两个大陆连接起来。成绩斐然的唐慕孙此时激动得发狂。但是一个月后,意想不到的事情又发生了。723电报通过后,因海水腐蚀导致电缆断裂甚至泄漏,两岸电报交流被迫中断。

大西洋海底电缆两次失败,花费了几十万英镑却没有任何收益。很多人都想打退堂鼓,但唐慕孙坚持认为,虽然第一根光缆的寿命不长,但至少运行了一个月,但这证明远距离海底通信是完全可能的。在唐木孙和总经理的坚持下,在政府的大力支持下,1865年初制造并铺设了第二根新电缆。这时候,唐慕孙因为一次轮滑摔坏了腿。然而,他克服了所有的不便,必须亲自出海领导沉没。一艘22000多吨的大船“大东”带着人们的希望出发了。已经遭受两次打击的唐木孙,这次有希望成功。然而,当船行驶不到一半时,缆绳意外断裂,沉入深渊。唐慕孙很难过。当他回来时,工程师脸上挂着泪水。面对异常平静的大海,他在心里大喊:“我相信,大西洋阻挡不了人类的进步!”"

是的,大西洋阻挡不了人类的进步。1866,第三根电缆建成。当年4月,“大东”号再次出发。唐慕孙以工程师身份第四次登船,主持沉船。6月,电缆在爱尔兰登陆,下沉非常成功,电报通信也非常顺畅。受到巨大成功的鼓舞,几个月后,唐慕孙再次起航。经过一个多月的搜寻,他将沉入海底的断缆打捞上来,用新缆连接起来,一直通到纽芬兰。经过10年的努力,大西洋底下有两条电缆。这一成功开创了人类有线通信的新时代。不仅证明了长距离海底电缆通信的可行性,而且为这项事业的发展奠定了理论基础,提供了丰富的实践经验。一百多年后的今天,海底电缆已经铺设在地球的大陆板块之间,以及大陆和主要岛屿之间。

在大西洋铺设海底电缆的工程为人类的交流做出了巨大的贡献,也对唐慕孙的科学活动产生了巨大的影响。它引导唐木孙从理论科学走向工程科学。人们都说唐慕孙当了50多年的教授,其实他以教授的名义当了50多年的工程师。在应用工程领域,他的足迹无处不在。几次电缆沉没的海上航行,让他的余生与大海紧密相连。电缆铺设成功后,他继续研究海底通信的新装置,包括海底电报自动记录器和回路电流计。

唐慕孙一生获得了70种发明专利,这使他成为了一个富翁。他在新的研究上花了很多钱。1870年,他娇弱的妻子在与他共同生活了18年后,因病去世。忍着悲痛的唐慕孙买了一艘100多吨的游艇,把全部精力投入到航海的研究中。他把游艇当作试验船,经过反复研究,发明了几个不受铁船身干扰的便携式改良罗盘。此外,他还发明了海水测深仪,研究了潮汐理论。

近代物理学的奠基人之一、大西洋第一条海底电缆的奠基人唐慕孙,一生发表论文600多篇。1851当选为皇家学会会员,两次获得皇家学会勋章。从1892开始担任皇家学会会长,直到去世。他在英国建立了第一个现代物理实验室。到目前为止,格拉斯哥大学还设立了开尔文奖,奖励全世界在数学、天文学和物理学方面取得杰出成就的学生。

从65438年到0896年,世界各地的科学家聚集在格拉斯哥大学,纪念汤慕孙担任教授50周年。大家一致用真诚的语言称赞他的成就。的确,很难一一列举唐慕孙在科学上的成就和社会荣誉。然而,在纪念仪式上,这位72岁的老勋爵在回信中说:“有两个词最能代表我50年来为科学进步而奋斗,那就是‘失败’。50年前;刚开始教书的时候,我对电和磁的关系或者电、质、化学亲和力的关系不是很了解。失败当然会引起焦虑,但对于从事科学的人来说,天生的才能往往会带来一种特别的兴趣,让他不会很失望,或许还会让他的日常生活特别快乐。”

三年后,唐慕孙辞去了格拉斯哥大学教授的职务。1899新学年伊始,一位76岁的老人走进登记室,郑重地填写登记表:“开尔文勋爵,研究生。”他不再去讲台上讲课了。从现在开始,他只是学习。

1907 10 17年6月,唐慕孙逝世,享年83岁。他被安葬在威斯敏斯特教堂,人们总是尊敬和纪念他。