ケルビン卿

ウィリアム・トムソンは1824年6月26日にベルファストで生まれた。彼の父ジェームズ・トムソンは、ロイヤル・ベルファスト・アカデミカル・インスティテューションの数学と工学の教師で、アルスター・スコットランドの農民の息子だった。ジェームズ・トムソンは1817年にマーガレット・ガードナーと結婚し、彼らの子供のうち、4人の男の子と2人の女の子が乳幼児期を生き延びた。マーガレット・トムソンはウィリアムが6歳の時に1830年に亡くなった。^{[ 14 ]}

ウィリアムと兄のジェームズは父親から家庭教師を受け、弟たちは姉たちから教育を受けた。ジェームズは父親の励まし、愛情、経済的支援の大部分を受けることになり、エンジニアとしてのキャリアを積むための準備をしていた。

1832年、彼の父はグラスゴー大学の数学教授に任命され、一家は1833年10月にグラスゴーに移住した。トムソン家の子供たちは、父の田舎育ちとは異なり、より広い国際的な経験を積むことになり、1839年半ばにはロンドンで過ごし、息子たちはパリでフランス語の家庭教師を受けた。1840年代半ばのトムソンの生活の多くはドイツとオランダで過ごされ、語学学習に重点が置かれた。

彼の妹、アンナ・トムソンは物理学者ジェームズ・トムソン・ボトムリーの母親だった。^{[ 15 ]}

トムソンは、父が大学の数学部の教授を務めていたロイヤル・ベルファスト・アカデミカル・インスティテューションに通った。^{[ 16 ]} 1834年、10歳でグラスゴー大学に入学したが、早熟だったわけではない。大学は優秀な生徒のために小学校のような設備を数多く備えており、この年齢は典型的な入学年齢だった。学校では、科学への生来の興味に加え、古典にも強い関心を示した。12歳の時、サモサタのルキアノスの『神々の対話』を古代ギリシア語から英語に翻訳して賞を獲得した。^{[ 17 ]}

1839/1840年度、トムソンは天文学のクラス賞を「地球の形状に関するエッセイ」で受賞した。このエッセイは、彼が初期から数学的分析と創造性に長けていたことを示している。^{[ 18 ]}この時の彼の物理学の家庭教師は デイヴィッド・トムソンであった。^{[ 19 ]}彼は生涯を通じて、個人的なストレスを感じた時の対処法として、このエッセイで提起された問題に取り組んだ。このエッセイの表紙には、アレクサンダー・ポープの「人間論」から次の行が記されている。これらの行は、トムソンに科学の力と方法を用いて自然界を理解するよう促した。

行け、不思議な生き物よ！科学が導くところへ登れ。 行け、地球を測り、空気を量り、潮汐を告げよ。 惑星がどの軌道を回るべきかを教え、 古き時を正し、太陽を調節せよ。

トムソンは、ジョセフ・フーリエの『熱の解析理論』に興味を抱いた。 ^{[ 20 ]}彼は、アイザック・ニュートン卿の影に隠れていたイギリスの教育界が抵抗していた「大陸」数学の研究に専念した。当然のことながら、フーリエの研究は国内の数学者たちから攻撃を受け、フィリップ・ケランドは批判的な本を著した。この本がきっかけとなり、トムソンはフーリエを擁護する最初の科学論文をPQRというペンネームで発表し^{[ 21 ]} 、父親がケンブリッジ数学ジャーナルに投稿した。2番目のPQR論文はほぼすぐに続いた。 ^{[ 22 ]}

1841年にラムラッシュで家族と休暇を過ごしていたとき、彼は3番目の、より本格的なPQR論文「均質固体における熱の一様な運動と、電気の数学理論との関連について」を執筆した。^{[ 23 ]}この論文の中で、彼は熱伝導と静電気の数学理論の間に注目すべき関連性を見出し、ジェームズ・クラーク・マクスウェルは最終的にこの類似性を最も価値のある科学形成のアイデアの1つと評した。^{[ 24 ]}

ウィリアムの父は、お気に入りの息子の教育のために惜しみなく資金を用意することができ、1841年に、多くの紹介状と十分な住居を与えて、ケンブリッジのピーターハウスに入学させた。ケンブリッジ在学中、トムソンはスポーツ、陸上競技、ボート競技に熱心に取り組み、1843年にはコルクホーン・スカルズで優勝した。^{[ 25 ]}彼は古典、音楽、文学に強い関心を示したが、彼の知的人生における真の情熱は科学の探求であった。数学、物理学、特に電気の研究は、彼の想像力を掻き立てた。ウィリアム・ホプキンスの指導の下、トムソンは1845年に次席で卒業した。^{[ 26 ]}彼はまた、トライポスとは異なり、独創的な研究を競うスミス賞を初めて受賞した。審査員の1人であるロバート・レスリー・エリスは、別の審査員に「君と私は彼のペンを修理するのにやっと適任だ」と宣言したと言われている。^{[ 27 ]}彼は、発明または発見に対してケンブリッジ哲学協会から授与されるウィリアム・ホプキンス賞（1876年）の4人目の受賞者であった。 ^{[ 28 ]}

1845年、彼はマイケル・ファラデーの「電気誘導は、不可解な『遠隔作用』ではなく、介在する媒体、すなわち『誘電体』を通して起こる」という考えを初めて数学的に展開した。彼はまた、静電気学（静止した帯電物体間の力を扱う学問）の問題を解決する上で強力な手段となった電気像という数学的手法を考案した。ファラデーが1845年9月にファラデー効果の発見につながる研究に着手したのは、彼の励ましが一因であり、この発見によって光と磁気（ひいては電気）現象が関連していることが確立された。

彼は1845年6月にセント・ピーターズ（当時ピーターハウスはしばしばこう呼ばれていた）のフェローに選出された。^{[ 29 ]}フェローシップを得た後、彼はパリの著名なアンリ・ヴィクトル・レニョーの研究室でしばらく過ごしたが、1846年にグラスゴー大学の自然哲学の教授に任命された。22歳で、彼は国内最古の大学の一つで教授のガウンを身に着け、数年前に自分が1年生だったクラスに講義をしている自分に気づいた。

1847年までに、トムソンは早熟で型破りな科学者として名声を確立しており、オックスフォードで開催された英国科学振興協会の年次総会に出席した。その総会で、彼はジェームズ・プレスコット・ジュールが、サディ・カルノーとエミール・クラペイロンによって構築された熱のカロリー理論とそれに基づく熱機関の理論を否定しようとする、これまで効果のなかった試みをまたも行っているのを聞いた。ジュールは、熱と機械的仕事の相互変換可能性と、それらの機械的等価性を主張した。

トムソンは興味をそそられたものの、懐疑的だった。ジュールの結果には理論的な説明が必要だと感じながらも、彼はカルノー＝クラペイロンの学派への傾倒をさらに深めていった。彼は、氷の融点は圧力とともに低下するはずだと予測した。そうでなければ、凍結時の膨張を利用して永久機関を作ることができてしまうからだ。彼の研究室での実験による検証は、彼の信念を大いに裏付けるものとなった。

1848年、彼はガス温度計が温度の操作的定義しか提供しないことに不満を抱き、カルノー・クラペイロン理論をさらに拡張した。彼は絶対温度スケール^{[ 30 ]}を提案し、「このスケールの温度T °にある物体Aから温度( T -1)°にある物体Bに降りる熱の単位は、 Tの数値が何であっても同じ機械的効果[仕事]を生み出す」とした。このようなスケールは「特定の物質の物理的性質とは全く無関係」である^{[ 31 ]。}このような「滝」を用いることで、トムソンはそれ以上熱（カロリー）が伝達されなくなる点、すなわちギヨーム・アモントンが1702年に推測した絶対零度に達すると仮定した。カルノーが1824年（ケルビン卿の誕生年）にフランス語で出版した『熱の動力に関する考察』では、絶対零度温度の推定値として-267が用いられた。トムソンは、レニョーが発表したデータを用いて、確立された測定値に基づいて自身の秤を較正した。

トムソンは自身の出版物の中で次のように書いている。

熱（またはカロリー）を機械的効果に変換することは恐らく不可能であり、少なくとも未発見である。

しかし、脚注にはジュールの非常に注目すべき発見に言及し、熱量理論に対する彼の最初の疑念が示されていた。驚くべきことに、トムソンはジュールに論文のコピーを送らなかったが、ジュールが最終的にそれを読んだとき、10月6日にトムソンに手紙を書き、自分の研究は熱が仕事に変換されることを実証したが、さらなる実験を計画していると主張した。トムソンは10月27日に返信し、自分も実験を計画しており、両者の意見の和解を望んでいることを明らかにした。

トムソンはカルノーの最初の論文を批判するために戻り、 1849 年 1 月にエジンバラ王立協会で分析を発表した^{[ 32 ]}が、その理論は根本的に正しいと確信していた。しかし、トムソンは新しい実験を行わなかったものの、その後 2 年間でカルノーの理論にますます不満を抱き、ジュールの理論を確信するようになった。1851 年 2 月、彼は新しい考えを明確にするために腰を据えた。彼は自分の理論をどのように構成すればよいか確信が持てず、カルノーとジュールを調和させようとする試みに落ち着くまでに、論文は何度か草稿を重ねた。書き直しの過程で、彼は後に熱力学第二法則を生み出すことになる考えを検討していたようだ。カルノーの理論では、失われた熱は完全に失われるが、トムソンは「人間にとっては取り返しのつかないほど失われるが、物質世界では失われない」と主張した。さらに、彼の神学的信念は、トムソンに第二法則を宇宙にまで拡張させ、普遍的な熱的死の概念を生み出した。

私は、物質世界の傾向として運動が拡散していくこと、そして全体として集中とは逆のことが徐々に進行していると信じています。また、いかなる物理的行為も太陽から放出される熱を回復させることはできず、この熱源は無尽蔵ではないと信じています。さらに、地球や他の惑星の運動は、熱に変換される生命エネルギーを失っており、太陽から受け取る熱やその他の手段によって地球に生命エネルギーの一部が回復されるとしても、その損失を正確に補償することはできず、補償が不十分である可能性が高いと考えています。^{[ 33 ]}

補償には創造的な行為、または同様の力を持つ行為が必要であり、^{[ 33 ]}若返りの宇宙をもたらす（トムソンは以前、宇宙の熱的死を、どんどん遅くなる時計に例えていたが、それが最終的に熱力学的平衡に達して永遠に止まるかどうかは確信していなかった）。^{[ 34 ]}トムソンはまた、 1862年に熱的死のパラドックス（ケルビンのパラドックス）を定式化した。これは、熱力学第二法則を用いて、無限に古い宇宙の可能性を否定するものである。このパラドックスは後にウィリアム・ランキンによって拡張された。^{[ 35 ]}

最終版では、トムソンは急進的な方向転換から後退し、「熱の動力に関する理論全体は、ジュールとカルノーおよびクラウジウスにそれぞれ帰属する2つの命題に基づいている」と宣言した。^{[ 36 ]}トムソンはさらに、第二法則の一形態を述べた。

無生物の物質的作用によって、周囲の物体の中で最も冷たい温度よりも低い温度に冷却することによって、物質のどの部分からも機械的な効果を得ることは不可能である。^{[ 37 ]}

論文の中で、トムソンは熱が運動の一形態であるという理論を支持しているが、自分が影響を受けたのはハンフリー・デービー卿の考えとジュールとユリウス・ロベルト・フォン・マイヤーの実験のみであり、熱が仕事に変換されることの実験的証明はまだ未完成であると主張している。^{[ 38 ]}ジュールは論文を読むとすぐにトムソンにコメントと質問を書いて送った。こうして、ジュールが実験を行い、トムソンが結果を分析し、さらなる実験を提案するという、主に書簡による実りある二人の共同研究が始まった。この共同研究は1852年から1856年まで続き、その発見にはジ​​ュール・トムソン効果（ケルビン・ジュール効果とも呼ばれる）が含まれており、発表された結果^{[ 39 ]}はジュールの研究と運動論の一般的な受容をもたらすのに大きく貢献した。

トムソンは650以上の科学論文を発表し^{[ 40 ]}、70件の特許を申請した（すべてが発行されたわけではない）。^{[ 41 ]}

トムソンは学術界では著名であったが、一般の人々には知られていなかった。1852年9月、彼は幼なじみのマーガレット・クラム（ウォルター・クラムの娘）と結婚したが^{[ 4 ]}、新婚旅行中に彼女の健康状態が悪化し、その後17年間、トムソンは彼女の苦しみに気を取られていた。1854年10月16日、ジョージ・ガブリエル・ストークスはトムソンに手紙を書き、提案された大西洋横断電信ケーブルに関するファラデーの実験について意見を求めることで、彼に再び仕事への関心を持たせようとした。

ファラデーは、ケーブルの構造がメッセージの送信速度（現代の用語で言えば帯域幅）を制限することを実証した。トムソンはこの問題に飛びつき、その月に回答を発表した。^{[ 42 ]}彼は、達成可能なデータレートの観点から結果を述べ、大西洋横断事業の潜在的な収益の観点から経済的影響を述べた。1855年のさらなる分析で、^{[ 43 ]}トムソンはケーブルの設計がその収益性に与える影響を強調した。

トムソンは、特定のケーブルを介した信号伝送速度は、ケーブルの長さの二乗に反比例すると主張した。トムソンの研究結果は、1856年の英国科学振興協会の会合で、アトランティック・テレグラフ社の電気技師であるワイルドマン・ホワイトハウスによって異議を唱えられた。ホワイトハウスは自身の実験結果を誤って解釈した可能性もあるが、ケーブル計画が既にかなり進んでいたため、財政的なプレッシャーを感じていたことは間違いない。彼は、トムソンの計算はケーブル計画を「実際的にも商業的にも不可能であるとして放棄しなければならない」ことを示唆していると信じていた。

トムソンは、人気雑誌「アテネウム」への手紙でホワイトハウスの主張を攻撃し、世間の注目を集めた。^{[ 44 ]}トムソンは、絶縁体の断面積が大きい、より大きな導体を推奨した。彼はホワイトハウスを愚か者とは思っておらず、既存の設計を機能させる実務能力を持っているのではないかと疑っていた。トムソンの研究は、プロジェクトの請負人の注目を集めた。1856年12月、彼はアトランティック電信会社の取締役会に選出された。

トムソンは、主任電気技師のホワイトハウスと主任技師のチャールズ・ティルストン・ブライト卿からなるチームの科学顧問となったが、仕様に関してはファラデーとサミュエル・モースの支持を得て、ホワイトハウスが主導権を握った。

トムソンは1857年8月にケーブル敷設船HMSアガメムノン 号に乗船したが、ホワイトハウスは病気のため陸地に留まらざるを得なかった。しかし、ケーブルが切断されたため、航海は380マイル（610km ）で終了した。トムソンは、海底通信ケーブルの敷設に伴う応力に関する理論全体を『エンジニア』誌に発表することで、この取り組みに貢献した。彼は、ケーブルが一定の速度で一定の水深で船から出ていくとき、水に入った地点から海底に接する地点まで、ケーブルは傾斜または直線状に沈んでいくことを示した。^{[ 45 ]} 

トムソンは、 3.5秒ごとに文字を送信できる海底電信機を運用するための完全なシステムを開発した 。彼は1858年に、そのシステムの主要要素である鏡検流計とサイフォン記録計の特許を取得した。ホワイトハウスは依然としてトムソンの多くの提案や助言を無視できると考えていた。トムソンが、失われたケーブル部分の交換に純度の高い銅を使用することでデータ容量が向上すると取締役会を説得するまで、彼はプロジェクトの遂行に変化をもたらすことはなかった。^{[ 46 ]}

理事会はトムソンに対し、金銭的な報酬なしに1858年の海底ケーブル敷設遠征に参加し、プロジェクトに積極的に関わるよう強く求めた。その見返りとして、トムソンはホワイトハウスの装置と並んで、理事会が乗り気ではなかった自身の鏡検流計の試験実施を確保した。トムソンは与えられたアクセスに満足できず、 1858年6月の壊滅的な嵐の後、アガメムノン号は帰港せざるを得なくなった。ロンドンでは、理事会はプロジェクトを断念し、ケーブルを売却することで損失を軽減しようとしていた。トムソン、サイラス・W・フィールド、カーティス・ランプソンは再挑戦を主張し、トムソンが技術的な問題は解決可能だと主張したことで、その主張が認められた。トムソンは顧問として雇用されていたものの、航海中に真の技術者としての直感と、プレッシャーの下での実践的な問題解決能力を身につけ、緊急事態への対応でしばしば主導権を握り、肉体労働にも臆することなく参加した。ケーブル敷設工事は8月5日に完了した。

ホワイトハウスの装置の感度が不十分であることが判明し、トムソンの鏡検流計に交換せざるを得なくなったとき、トムソンの懸念は現実のものとなった。ホワイトハウスは、サービスを提供しているのは自分の装置だと主張し続け、いくつかの問題を解決するために必死の手段を講じ始めた。彼は、ケーブルの東側の陸揚げ地点であるバレンシア島の海岸にある長さ5フィート（1.5メートル）の誘導コイルから高電圧の電気を「衝撃」させることで、ケーブルに致命的な損傷を与えた。^{[ a ] [ 49 ]}ケーブルが完全に故障したとき、ホワイトハウスは解雇されたが、トムソンは異議を唱え、その干渉について委員会から叱責を受けた。トムソンはその後、ホワイトハウスの多くの提案にあまりにも簡単に同意し、十分な熱意をもって彼に異議を唱えなかったことを後悔した。^{[ 50 ]} 

貿易委員会とアトランティック・テレグラフ社によって合同調査委員会が設置された。ケーブルの故障の責任の大部分はホワイトハウスにあるとされた。^{[ 51 ]}委員会は、海底ケーブルは信頼性の低さで悪名高いものの、問題のほとんどは既知の回避可能な原因から生じていることを発見した。トムソンは、新しいケーブルの仕様を勧告する5人委員会の1人に任命された。委員会は1863年10月に報告書を提出した。^{[ 52 ]}

1865年7月、トムソンはSSグレート・イースタン号 の海底ケーブル敷設遠征に参加したが、航海は技術的な問題に悩まされた。1,200マイル（1,900km ）敷設されたケーブルは失われ、プロジェクトは中止された。1866年に再び試みられ、2週間で新しいケーブルが敷設され、その後1865年のケーブルが回収され完成された。この事業は世間から大成功として称賛され、トムソンはその賞賛の多くを享受した。トムソンは、プロジェクトの他の主要人物とともに、 1866年11月10日にナイトの称号を授与された。長距離海底ケーブルでの信号伝送に関する発明を活用するため、トムソンはC・F・ヴァーリーとフリーミング・ジェンキンと提携した。後者と共同で、ケーブル上でメッセージを送信するための電信キーの一種である自動カーブ送信機も考案した。 

トムソンは1869年のフランス大西洋海底通信ケーブル敷設に参加し、ジェンキンと共に、休暇中の学生アルフレッド・ユーイングの協力を得て、西部・ブラジル海底ケーブルおよびプラティーノ・ブラジル海底ケーブルの技師を務めた。 1873年には、ブラジル沿岸海底ケーブルのパラ州からペルナンブコ州までの区間の敷設にも立ち会った。

トムソンの妻マーガレットは1870年6月17日に亡くなり、彼は人生を変える決意をした。すでに航海に夢中になっていた彼は、9月に126トンのスクーナー船ララ・ルーク号^{[ 53 ] [ 54 ]}を購入し、友人や科学者仲間をもてなす拠点として利用した。彼の海事への関心は1871年も続き、 HMSキャプテン号の沈没に関する調査委員会に任命された。 

1873年6月、トムソンとジェンキンは、全長2,500マイル（4,020km ）の海底ケーブルを積んでリスボンに向かう途中、ケーブルに不具合が生じた。予定外の16日間のマデイラ島への寄港となり、トムソンはチャールズ・R・ブランディとその3人の娘たちと親しくなった。1874年5月2日、彼はララ・ルーク号でマデイラ島に向けて出航した。港に近づくと、ブランディ家の邸宅に「結婚してくれますか？」と信号を送ると、ファニー（ブランディの娘フランシス・アンナ・ブランディ）が「はい」と返事をした。トムソンは13歳年下のファニーと1874年6月24日に結婚した。 

1855年から1867年にかけて、トムソンはピーター・ガスリー・テイトと共同で教科書を執筆した。この教科書は、まず運動学の数学、すなわち力にとらわれない運動の記述に基づいて力学の研究の基礎を築いた。様々な分野における力学を解説しながらも、エネルギーを統一原理として常に重視した。1879年には第2版が出版され、2冊に分冊された。この教科書は、数学物理学の初期教育における基準を確立した。

トムソンは、1859年頃という比較的短い期間に大気電気の研究に多大な貢献をした。 ^{[ 55 ]}彼は、当初電信用に開発した電位計の一部を用いて、大気電界を測定するためのいくつかの機器を開発し、グラスゴーやアラン島での休暇中にテストを行った。アラン島での彼の測定は十分に厳密で校正も正確であったため、大気電界への影響を通してグラスゴー地域の大気汚染を推測するために使用できた。^{[ 56 ]}トムソンの水滴式電位計は、キュー天文台とエスクデールミュア天文台で長年大気電場の測定に使用され、 ^{[ 57 ]} 1台は2021年初頭まで日本の柿岡天文台で運用されていました。^{[ 58 ]}トムソンは、1859年9月初旬のキャリントン現象（大規模な地磁気嵐）によって引き起こされた大気電気効果を意図せず観測していた可能性があります。^{[ 55 ]}

1870年から1890年の間、原子はエーテル中の渦であると主張する渦原子理論は、イギリスの物理学者や数学者の間で人気を博した。トムソンはこの理論の先駆者であり、17世紀のルネ・デカルトの渦理論とは異なっていた。トムソンは統一的な連続体理論に基づいて考えていたのに対し、デカルトはそれぞれ光の放出、透過、反射に関係する3種類の物質に基づいて考えていたからである。^{[ 59 ]}約25人の科学者によって約60の科学論文が書かれた。トムソンとテイト^{[ 60 ]}に続いて、結び目理論と呼ばれるトポロジーの一分野が発展した。トムソンのこの複雑な研究​​への取り組みは、新しい数学を刺激し続けており、科学史におけるこのテーマの永続性につながっている。^{[ 61 ]}

トムソンは熱心なヨットマンで、海に関するあらゆることへの彼の関心は、おそらくアガメムノン号とグレート・イースタン号での経験から生じたか、あるいはそれによって育まれたものだろう。トムソンは深海深度測量の新しい方法を導入した。これは、通常のハンドラインの代わりに鋼鉄製のピアノ線を使用する方法である。このワイヤーは海底まで非常に簡単に滑り落ちるため、船が全速力で航行している間でも「飛行測深」を行うことができる。トムソンは、沈下物の深さを記録するために圧力計を追加した。^{[ 62 ]}ほぼ同時期に、彼は船の位置を見つけるためのサムナー法を復活させ、それをすぐに使用できる一連の表を計算した。

1880年代、トムソンは、造船における鉄の使用増加に伴う磁気偏角による誤差を補正するため、調整可能な羅針盤の改良に取り組んだ。トムソンの設計は、より安定し、摩擦の影響を受けにくいという点で、従来の計器を大きく改良したものであった。船の磁気による偏角は、羅針盤の可動式鉄製重りによって補正された。トムソンの革新は、ジョージ・ビデル・エアリーらが提唱した原理を発展させるための多くの詳細な作業を伴うものであったが、斬新な物理的思考という点ではほとんど貢献しなかった。トムソンの精力的なロビー活動と人脈構築は、彼の計器が海軍本部に採用される上で効果的であった。

トムソンの科学的な伝記作家たちは、彼の羅針盤の革新に少しでも注意を払ったとしても、概して、この件を、頭の鈍い海軍行政官たちが卓越した科学者の素晴らしい革新に抵抗したという嘆かわしい物語として捉えてきた。一方、海軍に同情的な作家たちは、トムソンを疑いようのない才能と熱意を持ち、海に関する真の知識も持ち合わせた人物として描いている。彼は羅針盤設計におけるささやかなアイデアを巧みに利用して、自身の製造会社を商業的に独占させ、法廷での強硬な手腕を駆使して、他者の独創性に関するささやかな主張さえも打ち砕き、海軍本部と法律当局に、自身の設計の欠点と競合他社の設計の長所の両方を見過ごすよう説得したのである。

真実は必然的に、両極端の中間にあるように思われる。^{[ 63 ]}

チャールズ・バベッジは、灯台の光の遮蔽によって特定の数字を信号として伝えることを最初に提案した人物の一人だったが、トムソンはモールス信号の利点を指摘し、信号は点と線を表すために短い点滅と長い点滅で構成されるべきだと主張した。

トムソンは、同時代における他のどの電気技師よりも、電気を測定するための正確な方法と装置を導入することに尽力した。1845年には早くも、ウィリアム・スノー・ハリスの実験結果がシャルル＝オーギュスタン・ド・クーロンの法則に合致していることを指摘した。 1857年のローマ科学アカデミー紀要では、ヨハン・ゴットリープ・フリードリヒ・フォン・ボーネンベルガーの検電器を基にした分割リング検電器の説明を発表した。彼は、四分円検電器を含む、静電測定の全領域を網羅する一連の有効な計測器を導入した。電流の標準単位であるアンペアを正確に規定するために、ケルビン天秤またはアンペア天秤（SiC ）としても知られる電流天秤を発明した。1880年頃から、電気技師のマグナス・マクリーンFRSEが彼の電気実験を支援した。^{[ 64 ]}

1893年、トムソンはナイアガラの滝発電所の設計を決定する国際委員会の委員長を務めた。直流送電の優位性を信じていたにもかかわらず、彼はその年のシカゴ万国博覧会で実演されたウェスティングハウスの交流システムを支持した。ナイアガラの滝の後も、トムソンは直流が優れたシステムであるという信念を持ち続けた。^{[ 65 ]}

電気標準化への貢献を認め、国際電気標準会議は1906年6月26日～27日にロンドンで開催された予備会議でトムソンを初代会長に選出した。「会長[アレクサンダー・シーメンス氏、英国]の提案により、マイユー氏[米国電気学会]が賛成し、ケルビン卿閣下（GCVO、OM）が満場一致で委員会の初代会長に選出された」と予備会議報告書の議事録には記されている。^{[ 66 ]}

ケルビンは、地球の年齢について物理学に基づいた初期の推定を行った。地球の形状に関する彼の若い頃の研究と熱伝導への関心を考えると、彼が地球の冷却を調査し、計算から地球の年齢について歴史的な推論を行うことを選んだのは当然のことである。トムソンは広い意味での創造論者であったが、「洪水地質学者」^{[ 67 ]}（この見解は1840年代までに主流の科学的支持を失っていた） ^{[ 68 ] [ 69 ]}ではなかった。彼は、熱力学の法則は宇宙の誕生から作用し、太陽系やその他の構造の組織化と進化、それに続く緩やかな「熱的死」という動的なプロセスを想定する。彼は、地球はかつて生命を維持するには熱すぎたという見解を展開し、この見解を、条件が不確定な過去から一定であったとする斉一説の見解と対比させた。彼は、「この地球は、確かに数百万年前は、真っ赤に熱くなった球体であった…」と主張した。^{[ 70 ]}

1859年にチャールズ・ダーウィンの『種の起源』が出版された後、トムソンは地球の居住可能な年齢が比較的短いという証拠が、生物多様性をもたらす緩やかな自然選択というダーウィンの漸進主義的な説明と矛盾する傾向があると考えた。トムソン自身の見解は、神の導きによって加速された有神論的進化論を支持していた。 ^{[ 71 ]}彼は、地球上の生命は植物から進化し、その種子は隕石によって他の惑星から運ばれてきたと提唱した。^{[ 72 ]}彼の計算によれば、太陽は、ビクトリア朝時代の科学の知識を超えたエネルギー源によって加熱されない限り、進化による緩やかな漸進的発展を可能にするほど長く存在することはあり得なかった。彼はすぐに地質学者やダーウィンの支持者であるジョン・ティンダルやトーマス・ヘンリー・ハクスリーと公然と意見の相違を抱くようになった。ハクスリーがロンドン地質学会で行った講演（1868年）への返答として、彼は「地質力学について」（1869年）^{[ 73 ]}という講演を発表した。この講演は、彼の他の著作の中でも、地球は非常に古く、おそらく数十億年も前のものであるという地質学者の主張に異議を唱えたものであった。^{[ 74 ]}

トムソンが1864年に最初に推定した地球の年齢は2000万年から4億年でした。この広い範囲は、彼が地球の内部温度と同一視した岩石の融点に関する不確実性^{[ 75 ] [ 76 ]}、および岩石の熱伝導率と比熱に関する不確実性によるものでした。長年にわたり、彼は議論を洗練させ、上限を10分の1に減らし、1897年にトムソン（現在はケルビン卿）は最終的に地球の 年齢を2000万年から4000万年と推定することに落ち着きました。^{[ 70 ] [ 77 ]} 1895年にサイエンティフィック・アメリカン・サプリメントに掲載された手紙の中で、ケルビンはダーウィンが発表した見解を含む、岩石の年齢と地球の年齢に関する地質学者の推定を「漠然とした途方もない年齢」と批判しました。^{[ 78 ]}

ケルビンのこの推定に関する考察は、1897年にビクトリア研究所の所長ジョージ・ストークスの要請で同研究所で行った講演^{[ 79 ]}に見られ、同研究所の機関誌『トランザクションズ』に記録されている^{[ 80 ]}。ケルビンの元助手ジョン・ペリーは1895年に地球内部の熱伝導率が低いというケルビンの仮定に異議を唱え、それゆえ地球の年齢がはるかに大きいことを示す論文を発表したが^{[ 81 ]} 、これはすぐにはほとんど影響を与えなかった。1903年に放射性崩壊が熱を放出することが発見されたことでケルビンの推定は疑問視され、アーネスト・ラザフォードは1904年にケルビンも出席した講演で、これがケルビンが示唆した未知のエネルギー源を提供すると主張したことで有名だが、この推定が覆されたのは1907年に岩石の放射年代測定法が開発されてからのことである^{[ 74 ] 。}

放射能の発見により、ケルビンの地球の年齢の推定はほぼ無効となった。彼は最終的に、地球の地質学における放射能の重要性についてストラットと紳士賭けをしたが、太陽の年齢を2000万年以下に制限する方がはるかに強力な論拠があると考えていたため、これを公には認めなかった。太陽光がなければ、地球表面の堆積物の記録を説明することはできない。当時、太陽エネルギーの既知の唯一の源は重力崩壊であった。ケルビンの年齢のパラドックスが真に解決されたのは、1930年代に熱核融合が認識されたときだけであった。 ^{[ 82 ]}しかし、現代の宇宙論では、星の初期段階にケルビン期が認められており、この間、星は核融合と主系列が始まる前に、重力エネルギー（ケルビンによって正しく計算された）から輝いている。

微分方程式のセットをアナログ計算に適した形式に変換する方法という問題が提起され、ケルビン卿によって部分的に回答された。^{[ 83 ] [ 84 ]}彼は弟の ジェームズ・トムソンが設計した機械式積分器を使用した実装を提案したが、^{[ 85 ]}実用上の困難により、彼の生前に実装することはできなかった。^{[ 86 ]}

彼の手法は、一連の微分方程式をデジタル計算に適した状態空間形式に変換することに基づいている。^{[ 87 ]}

1884年、ケルビンはジョンズ・ホプキンス大学で「分子動力学と光の波動理論」に関するマスタークラスを主導した。^{[ 101 ]}ケルビンは、音を空気中の圧力の波として記述する音響波動方程式に言及し、振動しやすい発光エーテルを仮定して電磁波動方程式も記述しようと試みた。研究グループには、後に発光エーテルが存在しないことを発見したマイケルソン・モーリー実験を行ったアルバート・A・マイケルソンとエドワード・W・モーリーが含まれていた。ケルビンはテキストを提供しなかったが、AS・ハサウェイがメモを取り、それをパピログラフで複製した。主題が活発に発展していたため、ケルビンはそのテキストを修正し、1904年にタイプセットされて出版された。ケルビンの機械的モデルを提供しようとする試みは、最終的に電磁領域では失敗に終わった。1884年の講義から、彼は暗黒物質の仮説概念を定式化した最初の科学者となった。その後、彼は天の川銀河内のいくつかの「暗黒天体」を定義し、位置を特定しようと試みた。^{[ 102 ] [ 103 ]}

彼はマクスウェルの放射圧の予測に懐疑的だったが、ピョートル・レベデフの放射圧の実験的証明を見て、それが実際に存在することを認めた。 ^{[ 104 ]}

1900 年 4 月 27 日、彼は王立研究所で「熱と光の動力学的理論を覆った 19 世紀の暗雲」と題する講演を行い、広く報道された。^{[ 105 ] [ 106 ]}彼が言及した 2 つの「暗雲」とは、物質がエーテル中をどのように移動するかに関する混乱 (マイケルソン・モーリー実験の不可解な結果を含む) と、統計力学の等分配定理が破綻する可能性があるという兆候であった。これらの問題から 20 世紀に 2 つの主要な物理理論が開発された。前者は相対性理論、後者は量子力学である。 1905年、アルベルト・アインシュタインは、いわゆる「奇跡の年」論文を発表した。そのうちの1つは、マックス・プランクによるエネルギー量子の発見（量子力学の基礎となった）に基づいて光電効果を説明し、別の1つは特殊相対性理論を記述し、最後の1つは統計力学の観点からブラウン運動を説明し、原子の存在を強く裏付ける根拠となった。

多くの科学者と同様に、トムソンも技術の未来を予測する際にいくつかの誤りを犯した。

伝記作家のシルヴァナス・P・トンプソンは、「レントゲンがX線を発見したことが1895年末に発表されたとき、ケルビン卿は全く懐疑的で、その発表をでっち上げだと考えていた。新聞はレントゲンの光線の驚異で溢れていたが、ケルビン卿はレントゲン自身が回想録のコピーを送ってくるまで、それについて非常に懐疑的だった」と書いている。1896年1月17日、新聞を読み、写真を見たケルビン卿はレントゲンに手紙を書き、「新聞を読んだとき、私は非常に驚き、喜んだことは言うまでもありません。今は、あなたが成し遂げた偉大な発見を心からお祝いする以外に何も言うことはありません」と書いた。^{[ 107 ]}ケルビンは1896年5月に自分の手をX線撮影した。 ^{[ 108 ]}

実用的な航空（つまり、空気より重い航空機）に対する彼の予測は否定的だった。1896年、彼は航空協会への入会招待を断り、「気球以外の空中航行には微塵も期待していないし、耳にするどの試験からも良い結果が得られるとも思っていない」と書いた。^{[ 109 ]} 1902年の新聞インタビューでは、「気球も飛行機も、実用的に成功することはないだろう」と予測した。^{[ 110 ]}

ケルビンに誤って帰せられている発言に、「物理学において、今発見すべき新しいことは何もない。残っているのは、ますます精密な測定だけだ」というものがある。これは1980年代以降、引用なしに、あるいは英国科学振興協会での講演（1900年）での発言であると述べて、広くケルビンに誤って帰せられてきた。^{[ 111 ]}ケルビンがこれを言ったという証拠はなく、^{[ 112 ] [ 113 ]}この引用は、1894年にアルバート・A・マイケルソンが述べた「…大いなる根本原理のほとんどは、しっかりと確立されていると思われる…著名な物理学者は、物理科学の未来の真理は小数点の6桁目に求められるだろうと述べた」^{[ 113 ]}という発言の言い換えである。同様の発言は、フィリップ・フォン・ジョリーなど、以前にも他の人物によってなされている。^{[ 114 ]} 1900年にケルビンに帰属されたのは、おそらく彼の「二つの雲」講演との混同であり、その講演は逆に、その後革命が起こる領域を指摘していた。

1898年、ケルビンは可燃物の燃焼速度から、地球上にはあと400年分の酸素しか残っていないと予測した。^{[ 115 ] [ 116 ]}

トムソンに関連する様々な物理現象や概念はケルビンで名付けられており、以下のようなものがある。

ニュージーランドのパパロア山脈にあるケルビン山は、植物学者のウィリアム・トロンソンによって彼にちなんで名付けられた。^{[ 117 ]}

• 1847年、エディンバラ王立協会のフェローに選出。
  • キース・メダル、1864年。
  • ガニング・ビクトリア・ジュビリー賞、1887年。
  • 大統領、1873年～1878年、1886年～1890年、1895年～1907年。
• 1851年、スウェーデン王立科学アカデミーの外国人会員。
• マンチェスター文学哲学協会の名誉会員、^{[ 118 ]} 1851年。
• 1851年、王立協会フェロー。
  • 王立勲章、1856年。
  • コプリー・メダル、1883年。
  • 大統領、1890年～1895年。
• 1858年、王立教員協会（教員協会）名誉会員。
• スコットランド技術者・造船技術者協会名誉会員、1859年。^{[ 119 ]}
• 1866年にナイトの称号を授与された。 ^{[ 120 ]}
• 1873年、ブラジル帝国薔薇勲章司令官。
• レジオンドヌール勲章コマンドゥール（フランス）、1881年。
  • レジオンドヌール勲章大将校、1889年。
• 1884年、プロイセン功労勲章騎士。
• レオポルド勲章司令官（ベルギー） 、1890年。
• 1892年、エアシャー州ラーグスのケルビン男爵。^{[ 121 ]}この称号は、グラスゴー大学の敷地内を流れるケルビン川に由来する。彼には相続人も近親者もいなかったため、爵位は彼とともに消滅した。

  

• ヴィクトリア勲章大十字騎士、1896年。^{[ 122 ]}
• 1902 年 5 月 5 日、イェール大学名誉学位レガム博士(LL.D.) ^{[ 123 ]}
• 1902年に功労勲章を授与された最初のメンバーの一人。^{[ 124 ]}
• 枢密顧問官、1902年8月11日。^{[ 94 ]}
• 1902年9月6日、数学者ニールス・ヘンリック・アーベルの生誕100周年を記念して、ロイヤル・フレデリック大学から名誉数学博士号を授与された。^{[ 125 ] [ 126 ]}
• 1905年、ジョン・フリッツ・メダルを初めて国際的に受賞。
• 日本国瑞宝一等勲章、1901年。
• 彼はロンドンのウェストミンスター寺院に、アイザック・ニュートンの隣に埋葬されている。
• ケルビン卿は、1971年にクライズデール銀行が発行した20ポンド紙幣に肖像が描かれ、現在の紙幣では、同行の100ポンド紙幣に肖像が描かれている。ケルビン卿は調節可能なコンパスを持ち、背景には大西洋横断海底ケーブルの地図が描かれている。^{[ 127 ]}
• 2011年に彼はスコットランド工学殿堂入りを果たした。^{[ 128 ]}
• 世界冷凍デーは6月26日です。これは彼の誕生日を祝うために選ばれ、2019年から毎年開催されています。