تامسن، سر ویلیام (برن كلوین لارگزی
تامسن پسر جیمز تامسن بود، كه به هنگام تولد پسرش، استاد مهندسی در بلفاست بود، و در 1211 استاد ریاضی در گلاسكوْ شد. وی مؤلف نوشته‌های معروف متعددی در حساب جامع و فاضل بود، و ویلیام و پسر دیگرش- جیمز- را در
نویسنده: Jed Z.Buchwald
مترجم: مهدی بركشلی
مترجم: مهدی بركشلی
[wiliəm tāmsən]
William Thomson (Baron Kelvin of Largs)
(ت. بلفاست، آیرلند، 5 تیر 1203/ 26ژوئن 1824؛ و.نِذِرهال، نزدیك لارگز، ائرشر، اسكاتلند، 26 آذر 1286/ 17 دسامبر 1907)، فیزیك.
تامسن پسر جیمز تامسن بود، كه به هنگام تولد پسرش، استاد مهندسی در بلفاست بود، و در 1211 استاد ریاضی در گلاسكوْ شد. وی مؤلف نوشته‌های معروف متعددی در حساب جامع و فاضل بود، و ویلیام و پسر دیگرش- جیمز- را در خانه تربیت كرد. در 1213 هر دو پسر به دانشگاه گلاسكوْ، كه محیطش خصوصیات دانشگاههای اسكاتلندی آن روزگاران را دارا بود و با دانشگاه كیمبریج تفاوت بسیار داشت، وارد شدند. در آن زمان كه در كیمبریج نه كرسی درسی برای فلسفه‌ی طبیعی وجود داشت و نه به آثار تحلیل گران ثلث اول قرن نوزدهم پاریس توجهی می‌شد، در گلاسكوْ برای فلسفه‌ی طبیعی كرسی استادی دایر بود (كه در آن زمان ویلیام میكلم استاد آن بود، و بعد از او نیكل و سپس ویلیام تامسن جای او را گرفتند)؛ همچنین كرسی درسی به شیمی اختصاص داده شده بود [كه تامس تامسن استاد آن بود.]
میكلم علاقه‌ی وافری به رهیافت فرانسویان به علوم فیزیكی نشان می‌داد و ارزش زیادی برای آن قائل بود. در 1283 تامسن به یاد می‌آورد كه چگونه «سلف من در كرسی فلسفه‌ی طبیعی... بزرگداشت ریاضیدانان فرانسوی لوْژاندر، لاگرانژ، و لاپلاس را به شاگردان خود می‌آموخت. جانشین بلافصل او، دكتر نیكل، فرنل و فوریه را نیز به فهرست این دانشمندان شریف افزود.» (1) تامسن در 1218 در سفری به پاریس به تشویق میكلم Theorie analytique de la chaleur («نظریه‌ی تحلیلی گرما»)ی فوریه و Mecanique Céleste («مكانیك سماوی») لاپلاس را با ولع تمام مطالعه كرد. در حقیقت، نخستین علائق تامسن حول مسائل طرح شده در این دو نوشته متمركز گشت. نخستین مقاله‌ی منتشر شده‌اش (سوای كوشش قبلی او درباره‌ی كامل بودن «رشته‌های فوریه») تلاش او را در یافتن روشی برای تعیین دما در یك جسم جامد رسانای گرما در بیرون از یك سطح همدمای بسته‌ی درون جسم جامد نشان می‌دهد. تامسن با بكار بردن گزاره‌های مستخرج از نظریه‌ی جاذبه‌ی لاپلاس، كه نیروهای وارد شده را از طریق پوسته‌های ماده جاذب در نظر می‌گیرد، این مسأله را بررسی كرد. در جریان این كار، او به ارتباطی صوری بین نظریه‌ی انتقال گرما، از یك طرف، و كل نظریه‌های جاذبه، از طرف دیگر، دست یافت، كه مورد خاص آن تأثیرات ناشی از شاره‌ی برقی بود. (2)
تامسن در جریان تحلیل خود دریافت كه نیروی كولوْنِ ناشی از شاره‌ی برقی در حالت تعادل روی سطح جسم رسانائی كه درون آن هیچ گونه شاره‌ای موجود نیست از لحاظ ریاضی مطابق است با جریانی از گرمای حاصل از چشمه‌های حرارتی كه به جای شاره‌ی برقی روی سطح رسانا توزیع شده‌اند. در این رابطه‌ی صوری فرض می‌شود كه فضای تهی درون جسم رسانا و اطراف آن را ماده‌ی جامد رسانای گرما پر كرده است و به جای سطح رسانا سطحی به همان شكل كه روی آن چشمه‌های گرمای در حال تعادل توزیع شده باشند قرار داده شده است. (واژه‌ی «تعادل» در اینجا بدین معنی است كه سطح حرارتی دمای ثابتی داشته هیچ چشمه‌ی گرمایی را دربرندارد، و تمام چشمه‌ها روی این سطح قرار گرفته‌اند).
تنها قصد تامسن در این زمان (1221)، كه این رابطه‌ی صوری را بیان كرد، این بود كه با بكار بردن نظریه‌ی برق در تعادل، روشی برای حل مسائل گرما بیابد. پس رابطه‌ی بین نظریه‌های انتقال گرما و برق كاملاً صوری، و ارتباطشان ریاضی بود نه فیزیكی.
بین سالهای 1220 و 1224 تامسن در كیمبریج تحصیل كرد. تحصیلش در آنجا تأثیر عمیقی را كه سالهای تحصیل در گلاسكوْ به او بخشیده بود بر او نگذاشت. این مسأله عمدتاً به سبب اهمیت فوق العاده‌ای بود كه به قرار گرفتن در صف اول در امتحانات شورای دانشگاه داده می‌شد. این تأكید درباره‌ی انواع خاص مسائل ریاضی كه مطرح می‌شد مستلزم تفكر بسیار بود. آن مسائل خیلی بندرت با موضوعی فیزیكی ارتباط داشت كه در Principia («اصول») نیوتن وجود نداشت. اما تامسن در این سالها اطلاعات خود را درباره‌ی شیوه‌ها و نظریه‌های ریاضی فرانسوی بسط داد؛ و پس از فراغ از تحصیل، در دم، به پیشنهاد پدرش، بار دیگر به پاریس سفر كرد تا در آزمایشگاه رنیوْ كار كند.
تامسن، به مجرد آن كه بار دوم در تابستان 1224 به پاریس رسید، بگرمی از طرف لیوویل مورد استقبال قرار گرفت و خیلی زود به كوْشی، استورم، بیوْ، دوما، و رنیوْ معرفی شد. مطالعاتش در پاریس برای پیشرفت بعدی علم فیزیك در بریتانیا بسیار تعیین كننده بود. او در این زمان فن تصویرهای برقی را ابداع كرد؛ نخست شرح كلاپرونْ بر نظریه‌ی كارنوْ درباره‌ی توان محرك گرما را مطالعه كرد، سپس روش شناسی‌ای برای توجیه علمی تنظیم و تبیین كرد كه قوّیاً بر مَكسوِل تأثیر بخشید.
تماس تامسن با لیوویل سبب گردید كه او درباره‌ی نظریه‌ی برق عمیقتر بیندیشد. لیوویل از كار فاراده درباره‌ی برق ایستا، یا دست كم از جنبه‌هائی از ادعای فاراده به پی بردن به این كه القای برقی به صورت «خطوط منحنی» است چیزی شنیده بود. این موضوع با رهیافت كنش از راه دور ناسازگار به نظر می‌رسید و لیوویل از تامسن خواست كه مقاله‌ای بنویسد و تفاوت بین نظریات فاراده از یك طرف و طرز تلقی كولوْن و پواسوْن از طرف دیگر را روشن سازد. این خواست، تامسن را بر آن داشت تا بسرعت اندیشه‌هایی را كه در سه سال اخیر در ذهنش زیر و رو كرده بود فراهم آورد.
تامسن، حتی در مقاله‌ی 1221 خود درباره‌ی سطوح همدما، شاره‌ی برقی را مانند پواسوْن مورد بحث قرار نداده بود. او از روش بسط ریاضی پواسوْن آگاهی داشت، ولی بیشتر به طریقه‌ی كولوْن به مسأله‌ی شاره برخورد می‌كرد- و آن عبارت بود از این كه خواصّ مادی شاره‌های واقعی را كه از تجربه حاصل می‌شوند به شاره‌ی فرضی نسبت ندهد. پواسوْن، به سهم خود،به تصور برق به صورت شاره اصرار می‌ورزید. چنین شاره ای، مانند چیزهای مادی دیگر، بخشی متناهی از فضا را اشغال می‌كند: مسأله‌ی عمده در این نظریه تعیین ضخامت واقعی لایه‌ی برقی در هر نقطه از سطح رسانا بود.
از دیدگاه جدید تامسن، هم رهیافت فرانسوی به نظریه‌ی برق و هم روش فاراده باید تنها شامل مجموعه‌هایی از گزاره‌های ریاضی درباره‌ی «توزیع برق» در اجسام رسانا باشند. تامسن در مورد كولوْن، كه هیچ گاه چیزی مانند پواسوْن درباب «ضخامت» لایه‌ی برقی ننوشته بود، گفت كه او «نظریه‌ی خود را به طریقی بیان كرده است كه تنها از راه اثبات این كه نتایج آزمایشهایش دقیق نیستند می‌توان به آن حمله كرد.» بنابراین، او معتقد نبود كه پذیرش یا عدم پذیرش رهیافت كولوْن را، سرنوشت شاره‌ی برقی تعیین می‌كند.
البته، كاربرد عبارت «توزیع برق» بدون اعتقاد ضمنی به ماده‌ای فرضی، ممكن است شگفت انگیز به نظر برسد. اما تامسن چنین نمی‌پنداشت. در عوض، تا سال 1224 بین «فرضیه‌ی فیزیكی» و «قانون مقدماتی ریاضی» فرق قائل بود. مقصود او از فرضیه‌ی فیزیكی فرضی بود كه در آن وجود یك ماده‌ی مشاهده نشدنی مانند شاره‌ی برقی یا ذرات برقبند پیوسته‌ی فاراده پذیرفته می‌شد. منظور او از قانون مقدماتی ریاضی حكمی بود كه مستقیماً در آزمایشها قابل استفاده باشد، چون مضمون آن را موجوداتی محسوس و گزاره‌های ریاضی تشكیل می‌داد. به طور مثال، هنگامی كه پرسش از «توزیع برق» در میان است، عبارتی كه ممكن است در «قانون مقدماتی ریاضی» ظاهر شود، موضوع واقعی به تأثیرات ناشی از نزدیك شدن یك قرص آزمایش به یك نقطه از رسانای باردار مربوط می‌شود. اندازه گیری این آثار با استفاده از میزان چرخش ریسمان حامل قرص پیچشی یك سنجه‌ی برقی انجام می‌شود. بنابراین، قوانین كولوْن و نیز بسط ریاضی پواسوْن از آنها، كه به مفهوم برق به عنوان شاره‌ی فیزیكی بستگی ندارد، درواقع قوانین ریاضی موجزی بشمار می‌روند كه برای نتایج چنین آزمایشهائی قابل استفاده‌اند. اینها فرضیاتی نیستند كه به ماهیت برق مربوط باشند.
اما اگر هیچ یك از رهیافتهای كولوْن و فاراده شامل فرضیه‌های فیزیكی نباشند و هر دوی آنها برای توضیح پدیده‌های یكسان قوانین درستی بدست دهند، در این صورت اختلافی بین آنها نباید وجود داشته باشد. البته، تامسن فكر می‌كرد كه هر دو نظریه‌ای كه درباره‌ی پدیده‌های واحدی بحث می‌كنند، با وجود اختلافی كه ممكن است بظاهر بین خود داشته باشند، اگر بنیادی‌ترین قوانین شان را می‌توان به صورت ریاضی بیان كرد و مضمونشان هم جز آنچه به طور پدیده شناختی قابل تعبیر است نباشد، نمی‌توانند متضاد یكدیگر باشند. اما تامسن، با قبول هم ارزی این گونه نظریه‌ها، اینك ناگزیر بود روشی عرضه كند كه به وسیله‌ی آن معادل بودن آنها را در هر مورد خاص بتوان ثابت كرد. او این روش را در نوشته‌ی 1221 خود، كه درباره‌ی ارتباط بین قوانین انتقال گرما و نظریه‌ی برق در حال تبادل در سطوح رسانا بود، بدست داد. قرائت رساله‌ی جورج گرین با عنوان Essay on the Application of Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism («رساله درباره‌ی كاربرد تحلیل ریاضی در نظریه‌ی برق و مغناطیس»، 1828) این ارتباط را محكمتر و مستدلتر ساخت.
تامسن نسخه‌ای از اثر گرین را در اوایل 1224 بدست آورد. او بویژه از اثبات این نكته به شگفت آمد كه فقط با دانستن ظرفیت برقی در تمام نقاط می‌توان هم نیروها و توزیع برق در اجسام رسانا را تعیین كرد و هم از اصل موضوع پواسوْن و پذیرش لایه‌ای برقی به ضخامت معین بی‌نیاز شد. تامسن دریافت كه مقاله‌ی 1221 خود او هم، درواقع،بر پایه‌ی هم ارزی ظاهری دما و ظرفیت استوار شده بود، و كار گرین او را متقاعد ساخت كه تمام گزاره‌های نظریه‌ی ریاضی برق را می‌شود بتنهایی برحسب ظرفیت بیان كرد. پس رابطه‌ی بین انتقال گرما و تعادل برقی از لحاظ ریاضی حتی بیش از آنچه او فكر كرده بود قانع كننده می‌شد.
این رابطه امكان داد كه قوانین مقدماتی «نظریه‌ی ریاضی» (یعنی نظریه‌ای كه نتایج ریاضی پواسوْن را دربردارد ولی برق را به عنوان شاره‌ی فیزیكی در نظر نمی‌گیرد) با همان عبارت قوانین انتقال یكنواخت گرما بیان شود. زیرا گرین در واقع ثابت كرده بود كه شناخت ظرفیت برای حل همه‌ی مسائل برقی كافی است. تامسن خاطرنشان كرد كه «می‌توان اصول مقدماتی یك نظریه را به عنوان قضایای مربوط به نظریه‌ی دیگر بكار برد.» بدین معنی كه نظریه‌ی ریاضی را به شكلی می‌توان بیان كرد كه قوانینش، با دردست داشتن معادله‌ای صوری بین دما و ظرفیت، به صورت قضایائی پدیدار شوند كه از قوانین انتقال گرما پیروی می‌كنند.
تامسن، با ساختن نظریه‌ی ریاضی برحسب انتقال گرمای فوریه، راهی برای اثبات هم ارزی رهیافت فاراده و نظریه‌ی ریاضی بدست آورد. روش او این بود كه مفهومهای زیربنایی این رهیافت را به صورت گزاره‌های حاصل از قانون فوریه بیان كند: او فكر كرد كه اگر این امر برای هر دو بدون ابهام انجام پذیرد، در این صورت هم ارزی آنها آشكار خواهد شد. حال اگر اصول فاراده درباره‌ی القای برق در رسانه‌ها را بتوان با همان قوانین مستقل از فرضیه‌ای كه نظریه‌ی ریاضی ناظر بر آنها است ارتباط داد، در این صورت هر دو روش به یك نتیجه منتهی می‌شوند. و درواقع، تامسن دستگاه فاراده را تقریباً نتیجه‌ی مستقیم كاربرد قوانین فوریه در زمینه‌ی پدیده‌های برقی می‌دید (به فرض آن كه رساناها تنها به وسیله‌ی هوا یا خلأ از یكدیگر جدا شده باشند).
اما درباره‌ی تأثیرات قرار دادن نارساناها بین اجسام رسانا چه می‌توان گفت؟ تامسن در اینجا به خواصی نظر داشت كه فاراده كشف كرده بود و آنها را به نفع نظریه‌ی خود و به زیان نظریه‌ی پواسوْن در نظر گرفته بود. تامسن فكر كرد كه اگر قرار باشد قانون تازه به منظور تبیین اثر نارسانای واسط مورد قبول واقع گردد و چارچوب آن همان اصل مقدماتی ریاضی باشد و نه فرضیه‌ی فیزیكی، اشكال پیش می‌آید. تامسن فرض كرد كه كوچكترین پاره‌های جسم نارسانای تحت تأثیر برق هم دارای «قطبیت» می‌شوند و قوانین حاكم بر آنها همانند قوانین ریاضی پواسوْن درباره‌ی قطبیت مغناطیسی است. به این ترتیب، او توانست به جای جسم نارسانا، سطوح باردارِ هم ارز در حال تعادل برقی را قرار دهد. (5)
مفهومهای تامسن وسیله و شیوه‌ی پرتوانی بودند كه رابطه‌ی بین نظریه‌های بظاهر متضاد را تحلیل می‌كردند. روش او برای آشتی دادن دستگاهها بررسی دقیق آنها بود تا آنچه را كه مربوط به پدیده‌های قابل اندازه گیری یا آشكارسازی است نگه دارد و آنچه را كه فرضی است حذف كند. اگرچه تضمینی نبود كه این گونه نقد نظریات همیشه موفق از آب درآید، ولی برای نظریه‌های كولوْن و فاراده چنین پیش آمدی رخ داد.
پس بدین سبب بود كه تامسن سیاست حذف فرضیه‌های فیزیكی را به منظور سازش دادن كار فاراده و كولوْن آغاز كرد. انزجار او از مفهوم شاره‌ی بی‌وزن، كه مخالف عقایدش درباره‌ی ماهیّت ماده بود، این امر را تقویت كرد. زیرا، در هر حال، روش شناسی او نمی‌توانست مستقل از اعتقاداتش درباره‌ی ساختار واقعی موجودات غیرقابل مشاهده باشد. با توجه به اشكالات خاصی كه بر شاره‌ی برقی وارد می‌دانست، روشی كه او در سالهای 1221 تا 1224 به قصد وحدت بخشیدن به نظریه‌ها به وجود آورده بود در سال 1226 شكل دیگری به خود گرفت. در این زمان تأكید بر این نكته گذاشته شد كه دستگاهِ بظاهر هم ارز درباره‌ی دستگاه اصلی چه می‌گوید و چگونه می‌تواند در كنار گذاردن فرضیه‌های فیزیكی موثر باشد.
هدفهای نخستین مبنی بر یكی ساختن نظریه و كنار گذاردن فرضیه از میان نرفت، ولی یك عامل روشن سازی مفهومی به آن اضافه شد كه تجسّم نظریه را با عبارات تازه امكان پذیر كرد. نقش روشنگر شیوه‌ی هم ارزی صوری در 1226 بسیار چشمگیر شد. در این سال تامسن، با استفاده از معادله‌های 1224 استوْكس درباره‌ی شاره‌ها و جامدات، نخست شباهت میان جابه جاییهای خطی داخلی هر جسم جامد كشسان و نیروی برق ایستا، و سپس، شباهت بین جابه جاییهای دَوَرانی داخلی و نیروهای گالوانی و مغناطیسی را نشان داد. نمایش تامسن متكی بود بر كشف 1224 فاراده درباره‌ی دَوران سطح قطبش نور پس از عبور از جسم شفاف در نتیجه‌ی كنش مغناطیسی (اثر فاراده). طبیعت دَوَرانی این اثر سبب شد كه تامسن نیروهای گالوانی و مغناطیسی را به صورت دَوَرانهای داخلی محیطهای كشسان مشخص كند. (6) این جنبه‌ی جدیدِ فرایندِ هم ارزیِ صوری از این جهت روشنگر بود كه تامسن نیروهای متمایز (برقی و مغناطیسی) را به فرایندهای داخلی یك محیط منفرد مربوط می‌ساخت. بدین ترتیب، نیروهای برقی و مغناطیسی، به جای آنكه پدیده‌های كاملاً متمایزی باشند، به كمك یك عامل مشترك به هم پیوند خوردند.
حتی در اینجا هم تامسن خود را با این بیان محدود می‌ساخت كه كشف فاراده «... این اندیشه را القا می‌كند كه ممكن است در اینجا در ارتباط با توزیع برق در رساناها یا با نیروهای ربایش و رانشِ اعمال شده به وسیله‌ی اجسام باردار مسأله‌ای وجود داشته باشد». مقصود از «تشبیه مكانیكی» همان چیزی نبود كه در نمایش گرما مطرح می‌شد. كوشش بر این نبود كه هم ارزیِ نظریه‌های مربوط به یك پدیده را ثابت كنند، بلكه بیشتر تلاشها صرف آن می‌شد كه نظریه‌های پدیده‌های مختلف ولی مرتبط با هم (یعنی برق و مغناطیس) را، با نشان دادن این نكته كه آنها را می‌توان به كمك دسته‌ای از عبارتهای كاملاً نزدیك به هم توضیح داد، به یكدیگر پیوند دهند. در نتیجه، مفهوم هم ارزیِ صوری 1224 تغییر نكرد؛ بلكه چیزی به آن اضافه شد. اینك ارتباطهای بنیادی ریاضی بین پدیده‌های متفاوت با مفهوم هم ارزی بیشتر قابل فهم شدند. همین ویژگیهای وضوح و وحدتِ حاصل از هم ارزی در زمینه‌های مختلف بود كه درنهایت بزرگترین تأثیر را در كارهای آغازین مَكسول برجای گذاشت. زیرا مَكسول شیوه‌ی هم ارزی را از تامسن گرفت و آن را برای ایجاد وحدت در زمینه‌های ناسازگار بكار برد.
تامسن، بعد از اقامت كوتاه 1224 خود در پاریس، به اسكاتلند برگشت، و در دانشگاه گلاسگوْ به سمت استاد فلسفه‌ی طبیعی برگزیده شد، و در بقیه‌ی عمر در همین مقام باقی ماند. در آن هنگام، در اسكاتلند و در انگلستان نه یك آزمایشگاه تحقیقاتیِ دانشگاهی وجود داشت و نه جای دیگری كه دانشجویان بتوانند در آن كار كنند. تامسن، كه به آزمایشگاه رنیوْ راه یافته بود، به ایجاد فرصتهای مشابهی برای دانشجویان علاقه مند شد، و برای این منظور با تأمین بودجه‌ی اندكی از دانشگاه نخستین آزمایشگاه آموزشی را در انگلستان راه اندازی كرد. تامسن همچنین به ساخت وسایل بسیار دقیق اندازه گیری بشدت علاقه مند بود و تجهیزات آزمایشگاه جدیدش در گلاسگوْ امكان این كار را هم فراهم ساخت.
حتی در این زمان نیز تامسن در عقاید خود درباره‌ی مفهوم گرما به عنوان ماده، با وجود احساس لزوم آن در صورت بكار بردن نظریه‌ی كارنوْ، دودل بود. در مقاله‌ی «شرح نظریه‌ی كارنوْ»ی خود (1228) چنین نوشت:
... تمام این فرضها بستگی به این اندیشه دارد كه گرما ماده‌ای است با مقدار غیرقابل تغییر، كه نه قابل تبدیل به عنصر دیگر است و نه قابل تولید به طریقه‌های فیزیكی است؛ در حقیقت اصول اعلام شده‌ی گرمای نهان پیش از پذیرفته شدن باید با بررسیهای پژوهشی بیشتری مورد امتحان قرار گیرند، همچنان كه بیشتر اشخاصی كه به این موضوع پرداخته‌اند معمولاً بدان عمل كرده‌اند. (8)
دو دلی تامسن دو منبع متمایز داشت. یكی به تردیدش نسبت به معقول بودن كاربرد چیزهای بی‌وزن مربوط می‌شد، دیگری نظریه‌ی فوریه در انتقال گرما بود كه بحث درباره‌ی ماهیت گرما را همچنان مفتوح گذارده بود، و تامسن احساس می‌كرد كه باز بودن بحث در این زمینه یكی از ویژگیهای عمده‌ی این نظریه است. بدین سبب، وی، حتی اگر از كار جول هم، كه او را در گردهم آیی 1226 «مجمع بریتانیایی» ملاقات كرد، آگاهی نیافته بود، نظریه‌ی مادی گرما را بی‌دغدغه نمی‌پذیرفت. كار جول هم به عنوان دسته‌ی دومی از دلایل به دودلی تامسن افزوده شد.
جول بر این عقیده بود كه گرما و اثر مكانیكی صورتهای مختلفی از ماده، حركت و نیرو هستند. او می‌پنداشت كه گرمای محسوس در حقیقت «نیروی حیاتی ذرات موجود در جسمی هستند كه گرما در آن القا می‌شود»؛ در حالی كه گرما، به صورت نهان، عبارت است از «جدا شدن ذره‌ای از ذرهّ دیگر، چنان كه این جدایی سبب می‌شود كه ذرات از فاصله‌ی بزرگتری یكدیگر را جذب كنند.» نیروی حیاتی و «جذب از فاصله‌ی دور»- كه قصد جول از آن تنها نیرو نبود بلكه نیروئی بود كه از فاصله‌ی دور اثر كند- مفاهیمی قابل تبدیل به یكدیگر و «هم ارز»ند چون «نیروی حیاتی را ممكن است از طریق تأثیر گرانی [یا هر نیروی جاذبه یا دافعه‌ی دیگری] از فاصله‌ی دور ایجاد نمود.» برعكس، حركت ذرات را می‌توان به آرایش ذرات تحت تأثیر نیرو تبدیل كرد. هرگاه نیروی حیاتی اجسام بزرگ مقیاس ناپدید شود، كمیّتِ هم ارز آن یا از نیروی حیاتی ذرات یا از تجدید آرایش مكانیكی ناشی از نیرو ایجاد می‌گردد.
پس بنابر عقیده‌ی جول، گرما را می‌توان مطلقاً از طریق عمل مكانیكی یا، درواقع، به وسیله‌ی هر عامل فیزیكی كه در آن نیروی مكانیكی چشمه‌ی اصلی عمل باشد تولید كرد (چنان كه، مثلاً، در یك ماشین برقمغناطیسی كه با دست گردانده شود ملاحظه می‌گردد). برعكس، گرما را باید بتوان در مواردی كه عامل گرمایی عمل مكانیكی انجام می‌دهد مطلقاً از میان برد. جول كوشش نمود كه نظرهای خود را از طریق یك رشته آزمایشها، كه به وسیله‌ی ماشینهای برقمغناطیسی و حركات درونی شاره‌های چسبنده انجام می‌شدند، به اثبات برساند. در حالت ماشینهای برقمغناطیسی، جول استدلال می‌كرد كه گرما در رسانای حامل جریان مستقیماً به وسیله‌ی جریان تولید می‌شود و نه از طریق انتقال گرما از بخشهای گرمتر به بخشهای سردترِ جسم. در حالت دوم، او با اِعمال نیروی مكانیكی و از طریق یك چرخ پرّه دار حركاتی را در یك شاره‌ی چسبنده ایجاد كرد. هرچند چنین به نظر می‌آمد كه حركات پس از زمانی متوقف می‌شوند، چنان كه از بالا رفتن دما مسلم بود، این حركتها در واقع به صورت ذرات نیروی حیاتی شاره- گرما- در می‌آمدند.
تامسن دقیقاً خاطرنشان ساخت كه این دو آزمایش به بهترین وجه نشان می‌دهند كه گرما را می‌توان با عمل مكانیكی بدست آورد؛ ولی عكس آن را ثابت نمی‌كنند- كه بنابر آن گرما ممكن است از میان برود و به كار مكانیكی بدل شود. برهانهای تجربی جول تامسن را بر آن داشت كه فاصله‌ی خود را از فرضیه‌ی مادی گرما همچنان حفظ كند، ولی به پذیرش آنچه وی آن را اصول بنیادی كارنوْ می‌شناخت ادامه داد. او طرح گسترده‌ی جول را درباره‌ی گرما، به صورت حركت و «جذب» از فاصله‌ی دور»، نپذیرفت؛ درواقع، بسیار نامحتمل است كه تامسن در 1228 به تمام جزئیات اندیشه‌ی جول در این زمینه، بیش از اظهارنظر مبهمی كه به موجب آن گرما به صورت نیروی حیاتی ذرات است، آگاهی داشته باشد. او احتمالاً هنوز مفهوم گرمای نهان را، به عنوان آرایش ذرات تحت تأثیر نیرو، به طور كامل درنیافته بود. در حقیقت، گزارشی كه او از «اصول كارنوْ» بدست داد گویای همین مطلب است.
تامسن در «گزارش» 1228 خود به عدم امكان حركت دایمی، كه در آن زمان به صورت عدم امكان ایجاد توان محرّك بدون تغییر در شرایط دیگر تصور می‌شد، چندان اشاره‌ای نكرد. او مستقیماً با استنباط خود از دو اصل كارنوْ آغاز كرد و آنها را مبنای نظریه‌ای شمرد كه در آن كار مكانیكی قابل تولید را می‌توان به وسیله‌ی عامل گرمایی بتنهایی محاسبه كرد. او دو پرسش زیر را به عنوان «مسائل اصلی كه باید توسط نظریه‌ی كاملی در این باره حل شوند» مطرح كرد؛ اینها اساساً مسائلی زیربنایی بودند كه نظریه‌ی كارنوْ برای آنها یك پاسخ ممكن را بدست می‌داد:
1.ماهیت دقیق عامل گرمایی كه به وسیله‌ی آن اثر مكانیكی باید بدون آثاری از نوع دیگر ایجاد شود چیست؟
2.مقدار لازم این عامل گرمایی را برای انجام مقدار معینی كار چگونه می‌توان تخمین زد؟
تامسن سؤال نخست را با نتیجه گیری از آنچه او «اصل بنیادی كارنوْ» نامید پاسخ داد، بدین معنی كه «... در انتهای یك چرخه‌ی عملیات، هنگامی كه جسم به شرایط فیزیكی ابتدایی خود باز می‌گردد، اگر در هر بخشی از عملیات مقداری گرما جذب كرده باشد، بایست درست به همان مقدار در باقیمانده‌ی عملیات چرخه دفع كرده باشد.» بر پایه‌ی این اصل، تامسن نتیجه گرفت كه «مبنای توان حركتی را... باید در ورود عامل گرما به داخل جسم و خروج از آن جستجو كرد» زیرا آثار دیگری طی یك چرخه‌ی كامل ایجاد نمی‌شود. چگونگی تولید كار مكانیكی از طریق تبدیل گرما را اصل دوم كارنوْ بدقت مشخص كرده است كه می‌گوید: «عامل گرمایی كه به وسیله‌ی آن می‌توان كار مكانیكی تولید كرد همانا انتقال گرما از یك جسم به جسم دیگر در دمای پایین‌تر است.»
تركیب این دو گزاره امكان استخراج این قضیه‌ی بسیار مهم را بدست داد كه بنابر آن در همه‌ی ماشینهای برگشت پذیر، بر اثر انتقال مقدار معینی گرما بین دو دمای مشخص، می‌توان مقدار ثابتی كار كه بیشینه قابل حصول است تولید كرد: «یك ماشین گرماپویای (ترموْدینامیك) كامل چنان است كه اگر همان مقدار كار مكانیكی كه از مقدار معینی گرما قابل حصول است به آن برگردد و ماشین در جهت معكوس به راه بیفتد، به همان میزان عامل گرمایی ایجاد كند.» آنچه آمد حكم قضیه را دارد، و نه تعریف، چون معیار برگشت پذیری از طریق مفهوم فرایندهای چرخه‌ای در اصل اول آمده است. این قضیه سؤال دوم را نیز پاسخ می‌دهد چون برای محاسبه‌ی اثر حاصل از انتقال گرما بین دو منبع ثابت در یك ماشین كامل قابل استفاده است.
هر دو اصل برای استخراج عوامل تكمیل قضیه لازم است، و اصل اول علاوه بر آن هنگام تحلیل یك چرخه از عملیات از این نظر مورد لزوم است كه برگشت به حالت ابتدایی را در یك چرخه‌ی كامل تضمین كند. تامسن، كه هنوز نسبت به مفهوم گرما به عنوان یك ماده مشكل داشت، احساس كرد كه باید اصل بنیادی (اول) را توجیه كند و برای این منظور اعلام كرد كه «هیچ عملی تاكنون شناخته نشده است كه طی آن گرما در جسمی جذب شود بی‌آنكه دمای آن را بالا ببرد، یا به صورت نهان در آن باقی بماند، و تغییری در وضع فیزیكی آن پدیدار سازد.» ولی اگر بنا باشد- و انگیزه‌ی حقیقی تامسن در اصرار بر اصل اول در همین جا است- كه محاسبه‌ی آثاری كه مبادی منحصراً گرمایی دارند امكان پذیر باشد، ماشینهای حرارتی باید در انتهای هر چرخه به حالتهای اولیه شان برگردند. در اینجا روشن است كه تامسن هنوز مقصود جول را از گرمای نهان، به عنوان گرمای تبدیل شده، درنیافته بود. او این فكر را هضم نكرده بود كه حتماً لازم نیست جسم گرما را به صورت گرما از دست بدهد تا بتواند به حالت ابتدایی خود برگردد. در عوض، جسم می‌تواند گرما را به «نیروی جاذبه در فضا»، یعنی به شكل پیكربندی اجسام خارجی كه بین آنها نیروهائی اِعمال می‌شوند، درآورد و در نتیجه به حالت ابتدایی خود برگردد. به عقیده‌ی تامسن، گرما باید به صورت گرما منتقل شود تا بتواند دوباره به شكل گرمای محسوس یا گرمای نهان پدیدار شود؛ گرما ممكن نیست «از میان برود».
پس، آنچه را تامسن «اصل بنیادی» كارنوْ می‌خواند از دیدی كه او به آن می‌نگریست ادعای تبدیل ناپذیری گرما بود. در این مرحله، مخالفت تامسن با تبدیل پذیریی گرما به این دلیل نبود كه تبدیل شدن گرما به چیز دیگر حركت دائمی را امكان پذیر می‌ساخت. بلكه بیشتر امیدوار بود كه آنچه را نظریه‌ی كارنوْ تصور می‌كرد به كرسی بنشاند، چون كنار گذاردن هریك از دو اصل ممكن بود موجب تخریب هر نظریه‌ای شود كه كار مكانیكی را ناشی از عامل گرما بداند. او اصل بنیادی (اول)را با توجه به نبودن هیچ عمل شناخته شده‌ای كه در آن گرما بدون ظهور آثار خارجی بتواند جذب شود مورد تأیید قرار داد. بنابر آنچه گذشت روشن می‌شود كه این نظر او پایه‌ی چندان محكمی نداشت، چه این نظر در حقیقت نتیجه‌ی عدم توانایی او در قبول مفهوم گرمای نهان به عنوان گرمای قابل تبدیل بود. بنابراین، می‌توان گفت كه در 1228 تامسن آن قدرها كه به بعضی گزاره‌هائی كه ظاهراً براساس این فكر ولی در حقیقت بر پایه‌ی معیارهای تجربی و عملی قابل قبولند پای بند بود به مفهوم مادی گرما پای بندی نداشت. كارنوْ خود، در انتهای عمر كوتاهش، به این نتیجه رسید كه نظریه‌ی مادی گرما دست نیافتنی است، و این نظر را پذیرفت كه گرما شكلی از حركت است. او از این كه بتواند نظریه‌ی توان حركتی خود را با الگوی جنبشی گرما هماهنگ سازد ناامید شده بود. اما تامسن از اندیشه‌های واپسین سالهای عمر كارنوْ آگاهی نداشت.
با وجود آن كه تامسن دو اصل كارنو، و بویژه اصل اول، را پذیرفته بود، هنوز به این نظر اطمینان نداشت كه گرما نوعی مادّه است. استدلال او این بود كه اصل بنیادی كارنوْ، در حالی كه «هنوز ممكن است محتمل‌ترین مبنا برای تحقیق درباره‌ی توان حركتی گرما در نظر گرفته شود، هنگامی كه داده‌های تجربی ما كامل‌تر شود»، ممكن است مثل «هر نظریه‌ی دیگری درباره‌ی گرما... سرانجام بر مبنای دیگری بازسازی شود». دو دلی تامسن تا اندازه‌ای مربوط به تنفر او از موجودات بی‌وزن بود. جول هم كه مثل او فكر می‌كرد چنین نوشت:
در تصویری كه از ماده داریم، معمولاً از دو مفهوم استفاده می‌كنیم؛ یكی نفوذناپذیری و دیگری گسترش... نفوذناپذیری و گسترش را چه بسا نمی‌توان از جمله‌ی خواص مادّه بشمار آورد، ولی شایسته است كه آنها را به منزله‌ی تعریفهایشان بپذیریم، چون بر چیزی كه این دو ویژگی را دارا نباشد نام مادّه تعلق نمی‌گیرد. اگر نفوذناپذیری و گسترش را بتوانیم تصور كنیم مفهوم ماده، و فقط مفهوم مادّه، را در نظر داریم.
توضیحات جول در شماره‌های مورخ 5 و12 مه 1847 نشریه‌ی Courier («پیك») منچستر چاپ گردید، ولی به احتمال زیاد او آنها را در همان سال در گردهمایی «مجمع بریتانیایی» با تامسن در میان گذارده بود.
تامسن در مجموع تحت تأثیر مفهوم بقای جول نیز قرار گرفت. چنان كه جول در «پیك» نوشته بود:
... پدیده‌های طبیعت، چه مكانیكی، چه شیمیایی، و چه حیاتی، تقریباً همگی شامل تبدیل دایمی جاذبه از طریق فضا، نیروی حیاتی، و گرما از یكی به دیگری است. بدین سان، نظم عالم برقرار می‌ماند- هیچ چیز از میان نمی‌رود، هیچ چیز گم نمی‌شود، ولی تمامی اجزای دستگاه، هرچند پیچیده باشد، با ملایمت و هماهنگی كار می‌كند. و اگرچه، همان طور كه از رؤیای بدبینانه‌ی حزقیل برمی آید، «چرخ ممكن است در وسط چرخ باشد»، و هرچیز ممكن است پیچیده به نظر آید و در میان درهم و برهمی ظاهری و بغرنج تنوع بی‌انتهای علتها، معلولها، تبدیلها، و آرایشها، پوشیده باشد، با این حال كامل‌ترین نظم را می‌توان در آنها یافت- و تمام اینها تحت اراده‌ی مطلق خداوند است.
تامسن به روشنی تحت تأثیر این جهان بینی قرار داشت، چون در پانوشت مقاله‌ی 1228 خود چنین یادآور شد:
آنگاه كه عامل حرارتی در هدایت گرما از طریق یك جسم جامد بمصرف می‌رسد، اثر مكانیكی‌ای كه ممكن است در آن ایجاد گردد چه می‌شود؟ در عملیات طبیعت، كه چیزی گم نمی‌شود، نیرو (انرژی) از میان نمی‌رود. پس در برابر اثر مكانیكی‌ای كه از بین می‌رود چه اثری تولید می‌شود؟... به نظر می‌رسد در پرسش از اثر مكانیكیِ گم شده در شاره‌ای كه درون یك ظرف محكم سربسته به حركت درآمده و سپس از طریق اصطكاك داخلی خود به حال سكون درآمده باشد، مسأله‌ی مشابهی مطرح می‌شود؛ ولی در این مورد مبنای حل این مشكل را درواقع در كشف آقای جول، كه درباره‌ی تولید گرما از طریق اصطكاك داخلی شاره‌های در حال حركت است، می‌توان یافت.
چنان كه مشاهده می‌شود، تامسن در 1228 از محو به ظاهر كامل اثر مكانیكی در برخی از حالات عمیقاً گیج شده بود. اندیشه‌های او طی دو سال بعد، در نتیجه‌ی دو آزمایش، صورت واضح‌تری به خود گرفت. یكی از این آزمایشها بوضوح به نفع نظریه‌ی كارنوْ بود، و دومی به نظر می‌رسید كه تأیید آن قسمت از عقاید جول بود كه بر طبق آنها گرما را می‌توان تولید كرد. (هرچند تامسن، از 1226 به بعد، تمایل داشت كه نظر اخیر را مورد توجه قرار دهد، ولی دقیقاً در 1229 بود كه آن را به عنوان امری ثابت شده پذیرفت).
آزمایش اول به وسیله‌ی برادر او، جیمز، انجام گرفت و نتیجه‌ی نظریه‌ی كارنوْ را (كه مبتنی بر دو اصل بود) مورد تأیید قرار داد، به این معنی كه هرگاه فشار افزایش می‌یابد نقطه‌ی انجماد آب باید پایین بیاید. یكی از مهمترین نتایج این كار را، با توجه به تكمیل ماشینهای برگشت پذیر، باید بیشتر به كاربرد قضیه‌ی حاصل از دو اصل كارنوْ مربوط دانست تا به آزمون مستقیم آنها. همین قضیه بود كه جیمز تامسن آن را بارها و بارها در اثبات عقاید خود بكار برد، و بدین وسیله به آن دامنه‌ای داد بیش از آنچه معمولاً به گزاره‌ی استنتاجی داده می‌شود. بنابراین كار در زمینه‌ی پایین آوردن نقطه‌ی انجماد آب او را یاری كرد كه توجه خود را از دو اصل كارنوْ به قضیه‌ی تكمیل ماشین برگشت پذیر معطوف سازد. این انتقال توجه برای تنظیم دوباره‌ی نظریه‌ی كارنوْ توسط ویلیام تامسن حایز اهمیت بود. وی، با استفاده از یك اصل منفرد به جای اصول دوگانه‌ی كارنوْ، این نظریه را دوباره سازی كرد كه قضیه‌ی تكامل نیز مستقیماً از آن نتیجه شد. (9)
آزمایش دوم پیچیده‌تر از اولی بود و خواص بخار اشباعِ شده در فشار بالا را، در حالی كه از دهانه‌ای به خارج راه می‌یافت، مدّ نظر قرار می‌داد. رنكین مشاهده كرده بود كه وقتی بخار اشباع شده آزادانه انبساط می‌یابد، گرمایی كه در جریان انبساط به صورت نهان درمی‌آید بیش از گرمایی است كه معمولاً از بخار در حال انبساط در نتیجه‌ی كاهش دمای همزمان آزاد می‌شود. بنابراین اگر نخواهیم هیچ بخشی از بخار به صورت مایع درآید، یك چشمه‌ی خارجی باید گرمای اضافی لازم را برای نگهداری اشباع تأمین كند. توضیح بیشتر آنكه وقتی گازی به طریق بی‌دررو انبساط یابد، دمای آن اُفت می‌كند؛ این افت دما نشانه‌ی آن تلقی می‌شد كه مقداری از گرمای آزاد گاز به صورت نهان درآمده است. انبساط گاز را نتیجه‌ی این جذب گرما فرض می‌كردند. (تبیین جدید این اثر به شیب منفی منحنی دما- آنتروْپی در بخش مربوط به بخار منحنی بخار- مایع بستگی دارد. این بدان معنی است كه گرمای ویژه‌ی بخار اشباع شده منفی است، و با جذب گرما دما پایین می‌رود. بیان فیزیكی این اثر این است كه، وقتی كه دمای بخار تقلیل می‌یابد، برای جلوگیری از حالت فوق اشباع، انبساط بخار به حدی می‌رسد كه كار خارجی انجام شده از مقدار افت كارمایه‌ی داخلی بیشتر می‌شود. چنین وضعیتی مستلزم جذب گرما است.)
بخار، بعد از خروج از دهانه‌ی پرفشار، در جریان انبساط به حالت اشباع باقی می‌ماند (انبساط به قدری سریع است كه اصولاً بی‌دررو شمرده می‌شود). دلیل آن هم این است كه بخار قادر به سوزاندن نیست، حال آنكه اگر جزئی از آن به مایع تبدیل می‌شد می‌توانست خاصیت سوزاندن داشته باشد. در اوایل تابستان 1229 تامسن این پدیده را دلیل قاطعی به نفع این ادعای جول می‌دانست كه گرما را می‌توان از چیز دیگری تولید كرد: تامسن فكر می‌كرد كه منشأ این گرمای اضافی را دریافته است. او به جول چنین نوشت: «راه ممكن دیگری وجود ندارد كه از آن بتوان گرما بدست آورد مگر از طریق اصطكاك بخار هنگامی كه با فشار از دهانه‌ای خارج می‌شود. بنابراین فكر می‌كنم درست باشد بگویم كه كشف شما بتنهایی می‌تواند كشف آقای رنكین را با حقایق شناخته شده سازگار سازد.» همچنین در همین زمان بود كه تامسن برای نخستین بار با كار فروردین ماه كلاوزیوس آشنا می‌شد؛ با این كه تا مهرماه هم آن را نخوانده بود، درباره‌ی روشهای كلاوزیوس اظهارنظر كرد و گفت كه «تنها اختلاف آنها با روشهای كارنوْ در این است كه اصل شما [جول] را به جای اصل كارنوْ پذیرفته است...». تامسن در مدت پنج ماه خودش «نظریه‌ی پویشی گرما» را به طور كامل تحلیل كرد و نظریه‌ی كارنوْ را چنان تغییر شكل داد كه بتواند با آن تطابق داشته باشد- این كار مستقلاً و بدون هیچ آگاهی تفصیلی از جزئیات كار كلاوزیوس در اردیبهشت ماه 1229، انجام شد. (10)
با وجود این، تامسن از گزاره‌ی كامل بودن ماشینهای برگشت پذیر خشنود نبود. او نیاز به اصل بنیادی‌تری را احساس می‌كرد، چون این گزاره كاملاً گویا به نظر نمی‌رسید، چنان كه اصلهای كارنوْ كه پیش از كار جول مطرح شدند چنین بودند. در این زمان تامسن، كه مستقل از كلاوزیوس كار می‌كرد، به بسط مفهوم نوینی از حركت دائمی دست یافت و سپس كامل بودن ماشینهای برگشت پذیر را از اصل موضوع امكان ناپذیر بودن آن نتیجه گرفت. این حركت دائمی جدید، در صورت امكان پذیر بودن، تنها به وسیله‌ی تبدیل مستقیم گرما به كار می‌توانست اثرات مفید مكانیكی تولید كند. این امكان نه با گزاره‌ی جول و نه با امكان ناپذیری این نوع حركت دائمی، كه در آن بدون صرف هزینه می‌توان نتیجه‌ای بدست آورد، در تباین نبود. تامسن امكان ناپذیری آنچه را كه بعدها حركت دائمی نوع دوم نام گرفت با این كلمات بیان كرد: «امكان ندارد كه با استفاده از عامل مادی بی‌جان و با سردسازی قسمتی از ماده و رساندن دمای آن به دمائی پایین‌تر از دمای سردترین اشیای مجاور بتوان اثر مكانیكی بدست آورد.» (11)
بعد از 1223 (و شاید هم قبل از آن) تامسن احساس كرد كه اصلهای فوریه از طرف بعضی از زمین شناسان نادیده گرفته شده‌اند، «زمین شناسانی كه مخالفتی سرسختانه با تمام فرضیه‌های انقلابی داشتند، و معتقد بودند كه نه تنها اكنون در روی زمین مثالهائی از كنشهای مختلف می‌یابیم كه در آنها پوسته‌ی زمین در طول تاریخ زمین شناسی تغییر شكل یافته است، بلكه این كنشها هرگز در گذشته و در مجموع شدیدتر از آنچه امروز هستند نبوده‌اند.» تامسن پیشتر رهیافت «یكنواخت گرایی» را غیرقابل دفاع می‌دانست. او عقیده داشت كه اگر زمین و خورشید هر دو زمانی گویهای گداخته‌ای بوده‌اند كه در اثر تشعشع سرد شده‌اند (زمین پوسته‌ای تشكیل داده است و خورشید به سبب ویژگیهای بالا بودن دما و جنس موادّش به حالت «توده‌ی مایع ملتهب» باقی مانده است)، پس اتلاف گرمای مقرّر در قوانین فوریه ناگزیر باید در گذشته خیلی سریعتر از حال انجام گرفته باشد. اگر چنین بوده باشد، روشن است كه پدیده‌هائی مانند بادها كه به شیبهای گرمایی بستگی دارند باید در زمانهای پیشین خیلی شدیدتر بوده باشند. در 1223 این نظرها صرفاً در شمار معتقدات بودند. تامسن، چون حل تفصیلی این گونه مسائل انتقال گرما را بدست نیاورده بود، در مورد اصلاحاتی كه شرایطی مانند انجماد پوسته‌ی خارجی زمین ممكن است در زمینه‌ی آهنگ اتلاف گرما فراهم آورند تحقیقی بعمل نیاورد. مهمتر آن كه او تمام داده‌های لازم برای تعیین مقادیر عددی را در اختیار نداشت.
در پاییز 1231 معتقدات تامسن درباره‌ی نابسندگی فرضهای مربوط به یكنواخت گرایی در نتیجه‌ی قانون دوم گرماپویایی متقاعدكننده‌تر شدند. اینك او نظریه‌ی فوریه در مورد رسانش گرما را «كار زیبائی از یك حالت خاص مكتب كلی "اتلاف كارمایه" می‌پنداشت». عقاید پیشین تامسن اكنون با مفهوم اتلاف كارمایه تقویت شده بود. او استدلال می‌كرد كه كنشهای زمین شناختی، كه در نهایت جنبه‌ی مكانیكی دارند، و در حالاتی مانند آتشفشانها به شیبهای درونی گرمای زمین مربوطند، باید با اتلاف كارمایه (یا به عبارتی كه بعداً بیان كرد «با تخلیه‌ی كارمایه‌ی ظرفیت») بتدریج از شدتشان كاسته شود. حتی اگر زمین از بدو تشكیل در مجموع به میزان قابل توجهی سرد نشده باشد، هنوز باید نتیجه گرفت كه فعالیت آتشفشانی بایستی در گذشته شدیدتر بوده باشد. زیرا كه این حالت خاصی از تبدیل گرما به اثر مكانیكی است، و برابری اجتناب ناپذیر دما در تمام حجم زمین در نهایت باید به حالت سكون منجر شود. در 1231 تامسن همچنین فكر می‌كرد كه، بنابر قانونهای فوریه، زمین و خورشید بایستی به مرور زمان به میزان زیادی سرد شده باشند (با وجود این، برای اثبات این ادعا دلیل موجهّی نیاورده بود). به هر حال او فكر می‌كرد كه قانون دوم گرماپویایی ایجاب می‌كند كه فعالیت آتشفشانی درگذشته باید بسیار شدیدتر از حال بوده باشد. (اما اگر خورشید به میزان قابل توجهی سرد نشده باشد، در این صورت در پدیده‌های جوّی روی زمین هم- هرچند لزوماً در قلمرو زمین شناسی نیستند- ممكن است در جریان زمان تغییرات زیادی رخ نداده باشد).
در 1241 تامسن دلایل مفصّلی در تأیید موضوع مورد بحث سرد شدن خورشید بدست داد. قبلاً این نظر مورد قبول بود كه دمای خورشید، با وجود آن كه جِرمی ملتهب و گرماتاب است، ممكن است در حدود ثابتی باقی مانده باشد و گرمای از دست رفته‌ی آن دوباره با ورود شهابسنگها یا بر اثر انقباض ناشی از گرانش، یا هر دو عامل، جبران گردد. تامسن با تخمینهای عددی خود این مسائل مجادله آمیز را رد كرد. در مورد اول، استدلال او این بود كه ازدیاد جِرم ناشی از ورود شهابسنگها ممكن است حركت سیاره‌ای را مختل سازد. در مورد دوم، حتی اگر در اثر انقباض گرما ایجاد شود، با توجه به تخمین معقول گرمای ویژه مواد موجود در خورشید كه از «اصول استوْكس در شیمی خورشید و ستارگان» (نظریه‌ی طیفنمایی) حاصل می‌شود، همبستگی بین مقدار واقعی گرمای تابیده و مقداری كه از انقباض گرانشی بدست می‌آید بسیار اندك است. بنابراین تامسن چنین استدلال می‌كرد كه به احتمال قوی خورشید خیلی سرد شده است و توده‌ی مایع ملتهبی است كه از خارج گرمائی دریافت نمی‌دارد. بر این مبنا، تامسن، با استفاده از تخمینی كه از گرمای ویژه‌ی خورشید داشت و میزان تابش فعلی آن، محاسبات بیشتری انجام داد و به این نتیجه رسید كه طول مدت تابش خورشید بر زمین شاید از 100000000سال و تقریباً [مسلم است كه] از 500000000 سال بیشتر نیست.
نتیجه گیری تامسن برای حد بیشینه‌ی عمر خورشید با نظر زمین شناسان یكنواخت گرا كه فرض می‌كردند برای زمان زمین شناختی محدودیتهای مطلقی نمی‌توان بدست داد در تضاد مستقیم بود. دیری نپایید كه تامسن مقاله‌ی دومی در تأیید عقیده‌ی پیشین خود منتشر كرد مبنی بر این كه زمین نیز در گذشته باید بسیار گرمتر بوده باشد. وی نشان داد كه بنابر قوانین انتقال گرمای فوریه، با در نظر گرفتن آهنگ نزول گرمای زمین نسبت به عمق، از زمان انجماد حالت مذاب اولیه‌ی آن نباید كمتر از 20000000 سال و بیشتر از 400000000 سال گذشته باشد. این حدود نتایج دقیقی از قوانین فوریه بودند كه با در نظر گرفتن تابش گرمای یك كره‌ی مذابِ در حال سرد شدن بدست می‌آمدند. این محاسبات برآورد محتملی از تأثیرات تشكیل پوسته‌ی زمین را نیز شامل می‌شد، با این شرط كه زمین غیر از گرمای مركزی چشمه‌های كارمایه‌ی دیگری نداشته باشد. مقصد اصلی تامسن از نگارش مقاله‌های 1241 این بود كه رهیافت لایل و یكنواخت گرایان افراطی را در زمین شناسی به باد انتقاد گیرد. او احساس می‌كرد كه یكنواخت گرایان به خورشید «همان گونه می‌نگرند كه گل سرخهای فوْنتنل به باغبان خود. آنها می‌گویند كه ‘باغبان ما باید آدم خیلی مسنّی باشد؛ و در حافظه‌ی گل‌ها او همان است كه همیشه بوده است؛ غیرممكن است كه او بتواند جز آن باشد كه هست’» لایل ادعا كرده بود كه گاهشماری زمین شناختی مطلق به درد نمی‌خورد و به احتمال قوی ممكن هم نیست. با وجود این، تا سال 1244 زمین شناسان بریتانیایی مطمئن نبودند كه نظر لایل در این زمینه درست بوده باشد، و درباره‌ی این كه آیا تاریخ زمین را به طور مطلق بتوان زمان بندی كرد یا نه اختلاف نظر وجود داشت. بعضی عقیده داشتند كه می‌توان آن را با فواصل زمانی دلخواه به دوره‌های مشخصی گروه بندی كرد (پیش كامبریایی، كامبریایی، و غیره). تامسن با اصرار بر این كه می‌توان، و درواقع، باید زمانهای مطلقی را در زمین شناسی بكار برد ندانسته به ماجرای گاهشماری زمین شناسان كشیده شد.
این فكر كه گرمای مركزی زمین موجب فعالیت آتشفشانی و دیگر فرایندهای زمین شناختی كه با تغییرات گرمایی همراه است مورد قبول بسیاری از زمین شناسان زمان بود؛ و انتقاد تامسن بدین منجر می‌شد كه، اگر این عقیده مورد قبول باشد، نتیجه آن می‌شد كه سطح زمین بایستی به مدتی طولانی صحنه‌ی تغییرات شدید و اغلب ناگهانی بوده باشد. این نكته‌ی اخیر بخصوص طرفداران داروین را، كه تكامل را امری بسیار كُند و فرایندی تدریجی می‌دانستند كه باید در متن تغییرات یكنواخت زمین شناختی ایجاد شود، با مشكل رو به رو كرد. مدت سی سال دست اندركاران زمین شناسی و زیست شناسی یا می‌بایست یافته‌های فیزیك را نادیده گیرند، كه معدودی از آنها براحتی قادر به این كار بودند، یا در بهترین حالت به روش هاكسلی به محدودیتهای تامسن پاسخ گویند. (12)
پذیرش نظریه‌ی پویشی حرارت و در پی آن فوْرمول بندی دوباره‌ی اصول گرماپویایی از طرف تامسن بود كه او را به چند نتیجه‌ی منجر به مجادله‌ی زمین شناسی رهنمون شد. اما تأثیر نظریه‌ی پویشی به حوزه‌هائی محدود نمی‌شد كه مستقیماً با فرایندهای گرمایی در ارتباط بودند. با قبول این مفهوم كه گرمای محسوس «نیروی حیاتی» مخصوصی است و این گرمای نهان اثر ذخیره شده‌ی پیكربندی موْلكولی است، تامسن، برای نخستین بار در زندگی حرفه‌ایش، عمداً موجودات غیرقابل مشاهده را بكار برد و فرضیه‌های فیزیكی را مورد استفاده قرار داد. باید دانست كه علت امتناع اولیه‌ی تامسن در استفاده از موجودات غیرقابل مشاهده ناتوانی او در نسبت دادن خواصّ مادّی حقیقی به این گونه موجودات بود. در مقابل، نظریه‌ی پویشی حرارت متضمن پذیرش هیچ مفهوم خاصی از ماهیت نهایی ذرات مادی نبود. تنها لازمه‌ی آن این بود كه این ذرات وجود داشته باشند و خواصی مانند خواص جرم، حركت، و توانِ وارد ساختن نیرو را از خود ظاهر سازند (هرچند كه خاصیت اخیر از چند نظر مشكل آفرین است). بنابراین، فكر این كه گرما نوعی حركت ذره‌ای است افق دید تامسن را برای رهیافت جدیدی به تمام نظریه‌های فیزیكی باز نمود. او در 1251 درباره‌ی اندیشه‌های خود پیش از قبول نظریه‌ی پویشی چنین نوشت:
...[پیش از 1226] من نمی‌دانستم كه حركت همانا جوهر حقیقی آن چیزی است كه تا به حال مادّه خوانده شده است. در گردهمایی 1226 انجمن بریتانیایی در آكسفرد، من از طریق جول از نظریه‌ی پویشی گرما آگاهی یافتم و وادار شدم كه بسیاری از پیش پندارهای ایستا را كه درباره‌ی علل نهایی پدیده‌های بظاهر ایستا بود بیكباره و بقیه را هم بتدریج و سال به سال ترك گویم.
در سال 1234 تامسن نامه‌ای به جان تیندل نوشت و در آن به «كیفیتهای مكانیكی» محیطی كه تمام فضا را پر كرده است اشاره كرد. او اینك بر این عقیده بود كه توضیح نهایی پدیده‌های برقمغناطیسی را باید در ساختار محیطی كه به صورت پویشی تصور می‌شود جستجو كرد. در 20 اردیبهشت 1235 تامسن مقاله‌ای به انجمن پادشاهی فرستاد كه در آن برای توضیح اثر فاراده از خواص پویشی موجودات موْلكولی استفاده كرد. از آن پس او میل داشت از موجوداتی با ساختار ریز استفاده كند كه از خواصّ مادّی موردنیاز برخوردار باشند، و چنین استدلال می‌كرد كه هر جریان گالوانی مولّد مارپیچ متحركی است كه به دور خط نیروی مغناطیسی كه از وسط محور جریان می‌گذرد حلقه می‌زند. درواقع، او می‌خواست بفهماند كه جریان خود شامل محبوس سازی بخشی از این مارپیچ در مادّه‌ی سنجش پذیر است. موجهای نورانی به وسیله‌ی ارتعاشهای عرضی ذرات این مارپیچهای متحرك انتشار می‌یابند، و سطح قطبش موجها در جهتی خواهد چرخید كه به حركت مارپیچ وابسته است، و این، به نوبه‌ی خود، به جهت نیروی مغناطیسی بستگی دارد. (13) (- شكل 1.)
تامسن معتقد بود كه این طرز نمایش از عهده‌ی توجیه نهایی تمام اثرهای برقمغناطیسی برمی‌آید. نیروهای مغناطیسی را می‌توان حاصل حركات پیچی مارپیچهای متحركی دانست كه، وقتی در ماده برقرار می‌شوند، به جریانها و نیروهای برق ایستای ناشی از تراكم آنها منجر می‌شوند:
حال فضا را به طور كامل در نظر بگیریم. می‌دانیم كه نور مانند صوت تحت فشار و حركت منتشر می‌گردد... اگر نیروی برقی به كنش سطحیِ باقیمانده كه برایند تنش داخلی در محیط عایق است، بستگی داشته باشد، ما می‌توانیم تصور كنیم كه برق نه به عنوان یك عَرَض بلكه به عنوان جوهر مادّه قابل درك شود. برق، به هر صورت كه باشد، كاملاً مسلم به نظر می‌رسد كه برق در حال حركت همان گرما است و سمتگیریهای خاصی از محورهای دَوَران منجر به تولید مغناطیس می‌شود... (14)
همین دیدگاه تامسن بود كه در سالهای 1236 تا 1241 در رسیدن به رهیافت جدید نظریه‌ی برقمغناطیس مورد استفاده‌ی مكسول قرار گرفت.
تامسن، با وجود نفوذی كه در مكسول داشت، نسبت به رهیافت مكسول در نظریه‌ی برقمغناطیس بسیار بدگمان بود. دلایل این بدگمانی تامسن در اعتقادات فراگیر او نسبت به ماهیت فرضیه‌هائی كه باید در تبیینهای فیزیكی بكار برده شوند نهفته است. هرچند نظریه‌ی پویشی گرما ذهن تامسن را نسبت به نقش موجودات غیرقابل مشاهده در نظریه باز نموده بود، ولی او هنوز درباره‌ی ماهیت موجودات قابل قبول عقاید بسیار مشخص داشت. او در یك یادداشت منتشر نشده (15) در 1237 چنین نوشت: «من مجبور شده‌ام كه... برای بیان برخی از خواص معلوم ماده‌ی محسوس از طریق تحقیق در حركت [شاره‌ای كه فواصل بین ذرات جامد جدا از هم را پر كرده است] و صرفاً براساس اصول پویشی كوشش فراوانی بعمل آورم.» تنها صفاتی كه به این شاره‌ی فضا پركن می‌توان نسبت داد عبارتند از: گستردگی، تراكم ناپذیری، و لختی (=ماند)؛ اینها، همراه با قوانین مكانیك، «اصول پویشی» زیربنایی نظریه‌ی فیزیكی را تشكیل می‌دهند. این اظهارنظر بوضوح تغییر عقیده‌ی اولیه‌ی تامسن را درباره‌ی شاره‌های بی‌وزن و اعتقاد راسخ او را مبنی بر این كه توضیح نهایی تمام فرایندهای فیزیكی را باید در گستردگی ماده و حركتِ لختی آن جستجو كرد می‌رساند.
با این حال یك پدیده پیش از همه در مسیر هر نظریه‌ی كلی از نوعی كه او می‌خواست پابرجا بود، و آن پدیده‌ی كشسانی بود. اگر هیچ چیز فراتر از ماده و حركت را نباید پذیرفت، پس واكنش كشسانی در برابر تراكم و واپیچش باید بدون توسل به «نیرو» به معنای نیوتنی آن قابل تبیین باشد. در 1237 تامسن هیچ نظریه‌ای در اختیار نداشت كه بتواند كشسانی را تنها براساس گسترش و لختی بیان كند. آنچه او را در مسیر یافتن یك راه حل قرار داد، مقاله‌ی 1237 هلمهوْلتس به ترجمه‌ی مورخ 1246 تیت درباره‌ی حركت گردشاری شاره‌های ناروان و تراكم ناپذیر بود: این گونه شاره‌ها بدون توسل به هیچ اصولی فراتر از لختی و گسترش قابل تحلیلند. در این كار، هلمهوْلتس، كه تامسن با او دوستی شخصی نزدیكی داشت، نشان داده بود كه حركت گردشارهای خطی شاره، كه بنابر تعریف عبارتند از خطوط رسم شده در شاره كه در امتداد آنها تكانه‌ی زاویه‌ای اجزای جزئی شاره ثابت می‌ماند، از طریق انتشار فشارهای لحظه‌ای ناشی از وجودشان در كل شاره، بر یكدیگر تأثیر می‌گذارند. این اثرها بدان سبب لحظه‌ای هستند كه شاره تراكم پذیر نیست. خطوط بسته‌ی حركت گردشاری طرحهای قابل توجهی تشكیل می‌دهند: به نظر می‌رسد كه هر دو خط بسته به طریق پیچیده‌ای كه بستگی به سمتگیری متقابل و تكانه‌ی زاویه‌ای اجزای تشكیل دهنده دارد یكدیگر را جذب یا دفع می‌كنند. این اثرها تنها در نتیجه‌ی فشارهای ایجاد شده در محیط حاصل می‌شوند.
در 1246 تامسن مقاله‌ای با عنوان «درباره‌ی حركت گردشاری» را چنین آغاز كرد: «كار ریاضی مقاله‌ی حاضر برای تشریح این فرضیه انجام شده است كه تمام فضا را یك شاره‌ی تراكم ناپذیر بدون اصطكاك اشغال كرده است كه بدون نیرو عمل می‌كند، و پدیده‌های مادی از هر نوع كه باشند تنها به حركات ایجاد شده در آن شاره بستگی دارند.» (16) در مقاله‌های بعدی، تامسن كوشش نمود كه ثابت كند كه لوله‌های بسته‌ی گردشار (چنبره‌هائی كه سطوحشان از رشته‌های خطیِ به هم بسته تشكیل شده است) رفتارشان نسبت به یكدیگر بیشتر مانند ذراتی مادی است كه اجسام از آنها ساخته می‌شوند با همان خصوصیاتی كه از آنها انتظار می‌رود: این لوله‌ها یكی دیگری را «دفع می‌كند»، و در بعضی شرایط، یكدیگر را «جذب می‌كنند»- این كنشها نتیجه‌ی اِعمال «نیرو» نیستند، بلكه فقط بر اثر حركات مادی حاصل می‌شوند. تامسن سرانجام وادار شد بپذیرد كه برنامه‌ی او را نمی‌توان چنان گسترش داد كه برقمغناطیس یا نظریه‌ی برقمغناطیسی نور، گرانش، و پدیده‌های شیمیایی را دربرگیرد؛ ولی طی دوره‌ی 20 ساله‌ی 1239-1259 او مفهوم «اتوْمهای گردشار» را در ذهنش حفظ كرده بود و چنین می‌پنداشت كه همه‌ی ذرات مادی درواقع لوله‌های گردشاری هستند كه در محیطی فراگیر قرار دارند. هرچند آفرینش اولیه‌ی آنها از لحاظ مكانیكی غیرقابل توجیه به نظر می‌رسد، تامسن كنشهای آنها را به عنوان مفیدترین زیربنا برای تحقیقات نظری قبول داشت. هلمهوْلتس نشان داده بود كه گردشارها، همین كه به طریق ناشناخته‌ای در محیطی ناروان پدیدار گردند، ویژگیهای تغییرناپذیری می‌یابند كه به وسیله‌ی فرایندهای مكانیكی قابل افزایش یا نابودی نیستند، و بدین سان ابدی می‌مانند. از جمله‌ی این ویژگیها، چنان كه پیشتر یادآوری گردید، حالت شبه كشسانی است كه در اثر آن گردشارها در ظاهر به طور كشسان از یكدیگر دوری می‌جویند. تامسن در این زمینه احتمال می‌داد كه اتوْمهای كشسان در نظریه‌ی جنبشی همان گردشارهای دائماً در حال دَوَران باشند.
استواری در این اعتقاد سبب گردید كه تامسن در برخورد به كار مَكسول از خود واكنش سردی نشان دهد. مكسول در سالهای 1240-1241 و نیز در 1243 در معادلاتی كه برای فرایندهای پویشی محیط كشسان نوشت، ناچار شد از نوعی «كشسانی» یا نوعی مقاومت در برابر تغییر شكل به صورت تبدیل ناپذیر استفاده كند. افزون بر آن، در معادلاتی كه در سال 1243 عرضه شدند، تجسم فرایندهای اثیری- به دلیل پویشی بودن آنها، و استفاده از مفهومهای اولیه‌ی جوهر مادی، تكانه، و كارمایه- كار دشواری است، اما ساختار محیط لزوماً پیوسته فرض نمی‌شود و به ویژگیهایش نیز اشاره نمی‌شود. تامسن كشسانی را خاصیتی می‌انگاشت كه باید كاملاً به صورت حركت مادی قابل تبدیل باشد. او تا سال 1246 بشدت تحت تأثیر امكانات این محیط شاره گونه قرار داشت، و دستگاه مكسول را در بهترین صورت همانند یك ایستگاه بین راه در جاده‌ای می‌نگریست كه به مقصد مناسبتری می‌انجامد. او نتوانست مفهوم كشسانی آغازین را بپذیرد. (به همین دلیل، بسیاری از جانشینان انگلیسی مكسول نیز آن را نپذیرفتند و خود مكسول هم در این مورد مشكل داشت). بعلاوه، تامسن به هیچ نظریه‌ی پویشی‌ای كه نتواند در چارچوب یك محیط پیوسته‌ی قابل تجسم بگنجد علاقه‌ای نداشت. هرچند این امیدها او را از پذیرش طرح مكسول بازداشت، و بتدریج شكاف بین او و نسل جدید «متخصصان برق» انگلیسی اواخر دهه‌ی 1250 و اوایل دهه‌ی 1260 را وسیعتر كرد، با این حال عقاید او عموماً بهترین موقعیت برای ایجاد یك نظریه‌ی پویشی حقیقی بشمار می‌رفت. و خود مكسول هم، با وجود عدم توافق تامسن با نظریه‌اش، این نظر او را تحسین می‌كرد. وی در آن دست كم كوششی را برای به دست آوردن سادگی مكانیكی نهایی می‌دید؛ او هم به این هدف معتقد بود و تنها تا آنجا كه لازم بود در رهیافت به برقمغناطیس از آن منحرف شد. مكسول درباره‌ی گردشارهای تامسن چنین نوشت:
...از دیدگاه فلسفی، بیشترین اعتبار این نظریه در این است كه توفیق آن در تبیین پدیده‌ها به كاردانی طراحانش، كه با وارد كردن یك نیروی فرضی و سپس نیروی دیگر «حفظ ظاهر» می‌كنند، بستگی ندارد. اتوْم گردشار، همین كه به حركت درآورده شود، تمام خواص آن مطلقاً تثبیت می‌شود و به وسیله‌ی قانونهای حركت شاره‌ی آغازین، كه بتمامی به صورت معادلات بنیادی بیان شده‌اند، تعیین می‌گردد. شاگرد لوكرتیوس می‌تواند به امید تركیب اتوْمها با یكدیگر اتوْمهای جامد خود را بشكند و ریزریز كند؛ پیرو بوْشكوْویچ می‌تواند قوانین نیروی تازه را در نظر بگیرد تا پاسخگوی مقتضیات هر پدیده‌ی جدیدی باشد؛ ولی كسی كه جرأت كند در مسیری كه به وسیله‌ی هلمهوْلتش و تامسن گشوده شده است گام نهد، این گونه منابع را در اختیار ندارد. شاره‌ی آغازین او خواص دیگری سوای لختی، چگالی تغییرناپذیر، و تحرك كامل ندارد، و روشی هم كه به كمك آن باید حركت این شاره را توصیف كرد تحلیل ریاضی ناب است. (17)
تامسن، با فرض این كه اثیر در برابر تراكم حجم مقاومت ندارد، توانست نشان دهد كه فرضیه‌ی موردنظر این امكان را می‌دهد كه تمام قوانین فرنل از آن نتیجه شود، و در عین حال موجهای طولی را حذف كند و از ناپایداری دوری جوید. تأثیر این كار بر طرفداران مكسول فوری و دامنه دار بود. در عرض یك ماه ریچارد تِتلی گلیزبروك مقاله‌ای نوشت و مفهوم جدید را با موفقیت برای شكست دوگانه، پاشندگی، و بازتاب فلزی بكار برد. در ایالات متحد، ویلرد گیبز نظریه‌ی جدید را با نظریه‌ی برقی چنین مقایسه كرد:
روشن است كه نظریه‌ی برقی نور رقیب سرسختی دارد. می‌توان گفت كه چنین رقیبی شاید تا پیش از انتشار مقاله‌ی ویلیام تامسن در نوامبر گذشته وجود نداشته است. با این حال، نه شگفتی از نتایجی كه از آن بدست آمده است، و نه تحسین برای شهامت و نبوغ كسی كه درست درصدد جستجوی راه حل مسأله‌ای برآمده است كه هیچ كس دیگر جسارت نظرافكندن به آن را نداشته، و در نتیجه نیم قرن شكست را به پیروزی برگردانده است، نباید ما را از حالت كنونی مسأله غافل سازد.
آنچه درباره‌ی نظریه‌ی برقی هنوز هم می‌توان گفت این است كه اجباری در اختراع فرضیه‌ها ندارد، بلكه تنها كاربرد قوانین حاصل از دانش برق كفایت می‌كند، و تطابق بین خواص برقی و نوری محیط هم كار دشواری است مگر آن كه برای حركات نور ماهیتی برقی در نظر بگیریم... (18).
تامسن، با وجود توجه عمیق به مسائل نظری، سخت به سنجش افزارهای فیزیكی علاقه مند بود. او دریافته بود كه ابزارهای موجود برای تعیین دقیق ثابتهای مهم فیزیكی كافی نیستند. هنگامی كه اقتصاد صنعتی پیچیده‌ی بریتانیا شروع به استفاده از پدیده‌های برقی كرد، سنجش افزارها نقش بسیار مهمتری پیدا كردند، و تامسن هم در طرح ریزی و كاربرد بسیاری از ابزارهای جدید درگیر شده بود.
علاقه و شهرت او نظر اتحادیه‌ای از صاحبان صنایع بریتانیا را به خود جلب كرد، به طوری كه آنها در اواسط دهه‌ی 1230 پیشنهاد كشیدن یك كابل تلگراف زیردریایی بین ایرلند و نیوفندلند را مطرح كردند. صنعت تلگراف در آن زمان كاملاً پیشرفته بود و كار بسیار پردرآمدی محسوب می‌شد، و فكر كشیدن چنین كابلی هم تازه نبود. انجام این عمل شاید نخستین مورد ارتباط متقابل و پیچیده‌ی بین مؤسسات صنعتی بزرگ از یك سو و برق نظری از سوی دیگر بود. تامسن را از همان ابتدا به عنوان عضو هیأت مدیره در این طرح وارد كردند، و هم او بود كه نقش اصلی را در آن برعهده داشت.
مدیران اجرای جزئیات فنی طرح را به یك متخصص برق صنعتی، به نام ا. ا. و. وایت هاروس، واگذار كردند؛ و اشكالات فراوانی كه از همان آغاز در آن ظاهر شد بر اثر اصرار وایت هاوس در بكار بردن دستگاه ارسال علامتهای برقی وی و به رغم مخالفتهای نظری تامسن به وجود آمد. تامسن دستگاه بسیار دقیق گالوانوْمتر آینه‌ای را، برای آشكارسازی جریانهای بی‌اندازه كوچك كه از چندین فرسنگ كابل عبور كرده باشد، ساخته بود، ولی وایت هاوس از بكار بردن آن خودداری كرد. اختلاف وایت هاوس و تامسن در وهله‌ی اول به سبب حسادت وایت هاوس به شهرت تامسن بود. تامسن ادعا می‌كرد كه طول كابل بر اثر باردار شدن پوشش عایق آن، به مقدار زیادی سرعت ارسال علامتها را كاهش می‌دهد مگر آنكه ووْلتاژهای كوچكی بكار برده شوند، و این ووْلتاژها به اندازه‌ای كوچك بودند كه تنها گالوانوْمتر او قادر به آشكارسازی جریانهای آن بود.
نخستین كوشش برای كشیدن كابل در 1236، هنگامی كه كابل از هم گسسته شد و از بین رفت، بی‌نتیجه ماند. كوشش دوم، كه یك سال بعد آغاز شد، موفقیت آمیز بود، ولی ووْلتاژهای زیادی كه روش وایت هاوس می‌طلبید توانایی كابل را در انتقال سریع علامتها، همان طور كه تامسن پیش بینی كرده بود، كاهش می‌داد. وایت هاوس شخصاً متوجه عدم كفایت ابزارهایش شد، و پنهانی گالونوْمتر تامسن را جانشین آنها ساخت و پیشرفت كار را مدیون روشهای خود اعلام كرد. ولی این فریب زود كشف شد، و مشاجره‌ای كه بین وایت هاوس، هیأت مدیره، و تامسن درگرفت، دانش نظری، خودبینی حرفه‌ای، و رسوایی مالی را با هم درآمیخت. كابل سومی كه در 1244 با بكار بردن دستگاههای تامسن كشیده شد قابلیت انتقال سریع و ماندگاری را به اثبات رسانید. نقش تامسن، به عنوان مردی كه سرمایه گذاری هنگفتی را نجات داد، از نظر جامعه‌ی اقتصادی انگلستان و عامه‌ی مردم عصر ویكتوریا او را به صورت قهرمان درآورد، و درواقع او را به لقب اشرافی مفتخر كرد. این امر همچنین آینده‌ی شخصی درخشانی را برای او پایه گذاری كرد.
همچنان كه ماجرای كابل اقیانوس اطلس بخوبی نشان می‌دهد، تامسن عمیقاً خود را درگیر كاربرد صنعتی سنجش افزارهائی كرد كه برای اندازه گیری‌های دقیق طراحی شده بودند. درگیری او در صنعت از تمایل شدید وی به توسعه‌ی كاربردهای علم در فنّاوری ناشی نمی‌شد، هرچند این انگیزه را هم می‌توان بی‌شك در میان انگیزه‌های دیگر به حساب آورد. بهتر این است كه این امر را پیامد علاقه‌اش به سنجش افزارها تلقی كنیم. دو هدف اصلی زندگی او را می‌توان كاربرد مفاهیم مكانیكی در فیزیك و ساخت دستگاههای اندازه گیری دقیق دانست. عامه‌ی مردم تامسن را، كه پس از دریافت لقب بَرن كلوین لارگزی خوانده می‌شد، با وجود آنكه از لحاظ شیوه‌های پویای تفكر از زمانه‌اش عقب‌تر بود، تا آخر عمر به عنوان بنیادگذار فیزیك بریتانیا می‌شناختند. او در بریتانیا و هلمهوْلتس در آلمان پیشروترین چهره‌های تحول- و درواقع، ابداعِ- علم فیزیك بودند كه در اوایل قرن بیستم شناخته شده بود.
جامعترین زندگینامه The Life of William Thomson,Baron Kelvin of Larges است، از س.پ.تامپسن 2 جلد (لندن، 1901). این اثر، هرچند غیرنقادانه است، گزیده‌ی پرحجمی از مكاتبات تامسن و كتابشناسی كاملی از مقاله‌های او را در بردارد. «دفتر یادداشتهای سبز» تامسن، كه در طول زندگی او نوشته شده‌اند، بچاپ نرسیده‌اند، اما در كتابخانه‌ی دانشگاه كیمبریج در دسترسند. گزارشهای كوتاه از زندگی و كار تامسن مشتملند بر Lord Kelvin as Professor in the Old College of Glasgow، از دیوید ماری (گلاسكوْ، 1924)؛ Lord Kelvin,His Life and Work، از الگزاندر راسل (لندن- ادینبرا- نیویورك، 1939)؛ و Lord Kelvin Physicst,Mathematician Engineer، از ا. پ. یانگ (لندن، 1948).
نیز - «Kelvin,His Amazing Life and Worldwide Influence»، از هربرت نوْرتن كَسن، در EMag (1930)، «Lord Kelvin:a Recollection and an Impression» از جان فِرگسن، در GUM، 20 شماره‌ی 9 (1908)؛ نطق جشن صدمین سال كلوین و خطابه‌های یادبود (لندن، 1924)؛ Kelvin the Man.A Biographical Sketch by His Niece، از اگنس گاردنر كینگ (لندن، 1925)؛ «Notice historique sur la vie et loeuvre de Lord Kelvin»، از امیل پیكار، در AASP (1920)؛ «William Thomson:Smoke Rings and Nineteenth-Century Atomism»، از البرت هـ. سیلیمن، در Isis، 54 (1963)، 461-474؛ «College Life at Cambridge in Days of Stokes,Cayley,Adams and Kelvin»، از ا. واتسن در SM، 6 (1939)، 101-106.
گیلیپسی، چارلز كولستون، (1387)، زندگینامه‌ی علمی دانشوران، ترجمه احمد آرام...[ و دیگران]، تهران: شركت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ اول
William Thomson (Baron Kelvin of Largs)
(ت. بلفاست، آیرلند، 5 تیر 1203/ 26ژوئن 1824؛ و.نِذِرهال، نزدیك لارگز، ائرشر، اسكاتلند، 26 آذر 1286/ 17 دسامبر 1907)، فیزیك.
تامسن پسر جیمز تامسن بود، كه به هنگام تولد پسرش، استاد مهندسی در بلفاست بود، و در 1211 استاد ریاضی در گلاسكوْ شد. وی مؤلف نوشته‌های معروف متعددی در حساب جامع و فاضل بود، و ویلیام و پسر دیگرش- جیمز- را در خانه تربیت كرد. در 1213 هر دو پسر به دانشگاه گلاسكوْ، كه محیطش خصوصیات دانشگاههای اسكاتلندی آن روزگاران را دارا بود و با دانشگاه كیمبریج تفاوت بسیار داشت، وارد شدند. در آن زمان كه در كیمبریج نه كرسی درسی برای فلسفه‌ی طبیعی وجود داشت و نه به آثار تحلیل گران ثلث اول قرن نوزدهم پاریس توجهی می‌شد، در گلاسكوْ برای فلسفه‌ی طبیعی كرسی استادی دایر بود (كه در آن زمان ویلیام میكلم استاد آن بود، و بعد از او نیكل و سپس ویلیام تامسن جای او را گرفتند)؛ همچنین كرسی درسی به شیمی اختصاص داده شده بود [كه تامس تامسن استاد آن بود.]
میكلم علاقه‌ی وافری به رهیافت فرانسویان به علوم فیزیكی نشان می‌داد و ارزش زیادی برای آن قائل بود. در 1283 تامسن به یاد می‌آورد كه چگونه «سلف من در كرسی فلسفه‌ی طبیعی... بزرگداشت ریاضیدانان فرانسوی لوْژاندر، لاگرانژ، و لاپلاس را به شاگردان خود می‌آموخت. جانشین بلافصل او، دكتر نیكل، فرنل و فوریه را نیز به فهرست این دانشمندان شریف افزود.» (1) تامسن در 1218 در سفری به پاریس به تشویق میكلم Theorie analytique de la chaleur («نظریه‌ی تحلیلی گرما»)ی فوریه و Mecanique Céleste («مكانیك سماوی») لاپلاس را با ولع تمام مطالعه كرد. در حقیقت، نخستین علائق تامسن حول مسائل طرح شده در این دو نوشته متمركز گشت. نخستین مقاله‌ی منتشر شده‌اش (سوای كوشش قبلی او درباره‌ی كامل بودن «رشته‌های فوریه») تلاش او را در یافتن روشی برای تعیین دما در یك جسم جامد رسانای گرما در بیرون از یك سطح همدمای بسته‌ی درون جسم جامد نشان می‌دهد. تامسن با بكار بردن گزاره‌های مستخرج از نظریه‌ی جاذبه‌ی لاپلاس، كه نیروهای وارد شده را از طریق پوسته‌های ماده جاذب در نظر می‌گیرد، این مسأله را بررسی كرد. در جریان این كار، او به ارتباطی صوری بین نظریه‌ی انتقال گرما، از یك طرف، و كل نظریه‌های جاذبه، از طرف دیگر، دست یافت، كه مورد خاص آن تأثیرات ناشی از شاره‌ی برقی بود. (2)
تامسن در جریان تحلیل خود دریافت كه نیروی كولوْنِ ناشی از شاره‌ی برقی در حالت تعادل روی سطح جسم رسانائی كه درون آن هیچ گونه شاره‌ای موجود نیست از لحاظ ریاضی مطابق است با جریانی از گرمای حاصل از چشمه‌های حرارتی كه به جای شاره‌ی برقی روی سطح رسانا توزیع شده‌اند. در این رابطه‌ی صوری فرض می‌شود كه فضای تهی درون جسم رسانا و اطراف آن را ماده‌ی جامد رسانای گرما پر كرده است و به جای سطح رسانا سطحی به همان شكل كه روی آن چشمه‌های گرمای در حال تعادل توزیع شده باشند قرار داده شده است. (واژه‌ی «تعادل» در اینجا بدین معنی است كه سطح حرارتی دمای ثابتی داشته هیچ چشمه‌ی گرمایی را دربرندارد، و تمام چشمه‌ها روی این سطح قرار گرفته‌اند).
تنها قصد تامسن در این زمان (1221)، كه این رابطه‌ی صوری را بیان كرد، این بود كه با بكار بردن نظریه‌ی برق در تعادل، روشی برای حل مسائل گرما بیابد. پس رابطه‌ی بین نظریه‌های انتقال گرما و برق كاملاً صوری، و ارتباطشان ریاضی بود نه فیزیكی.
بین سالهای 1220 و 1224 تامسن در كیمبریج تحصیل كرد. تحصیلش در آنجا تأثیر عمیقی را كه سالهای تحصیل در گلاسكوْ به او بخشیده بود بر او نگذاشت. این مسأله عمدتاً به سبب اهمیت فوق العاده‌ای بود كه به قرار گرفتن در صف اول در امتحانات شورای دانشگاه داده می‌شد. این تأكید درباره‌ی انواع خاص مسائل ریاضی كه مطرح می‌شد مستلزم تفكر بسیار بود. آن مسائل خیلی بندرت با موضوعی فیزیكی ارتباط داشت كه در Principia («اصول») نیوتن وجود نداشت. اما تامسن در این سالها اطلاعات خود را درباره‌ی شیوه‌ها و نظریه‌های ریاضی فرانسوی بسط داد؛ و پس از فراغ از تحصیل، در دم، به پیشنهاد پدرش، بار دیگر به پاریس سفر كرد تا در آزمایشگاه رنیوْ كار كند.
تامسن، به مجرد آن كه بار دوم در تابستان 1224 به پاریس رسید، بگرمی از طرف لیوویل مورد استقبال قرار گرفت و خیلی زود به كوْشی، استورم، بیوْ، دوما، و رنیوْ معرفی شد. مطالعاتش در پاریس برای پیشرفت بعدی علم فیزیك در بریتانیا بسیار تعیین كننده بود. او در این زمان فن تصویرهای برقی را ابداع كرد؛ نخست شرح كلاپرونْ بر نظریه‌ی كارنوْ درباره‌ی توان محرك گرما را مطالعه كرد، سپس روش شناسی‌ای برای توجیه علمی تنظیم و تبیین كرد كه قوّیاً بر مَكسوِل تأثیر بخشید.
تماس تامسن با لیوویل سبب گردید كه او درباره‌ی نظریه‌ی برق عمیقتر بیندیشد. لیوویل از كار فاراده درباره‌ی برق ایستا، یا دست كم از جنبه‌هائی از ادعای فاراده به پی بردن به این كه القای برقی به صورت «خطوط منحنی» است چیزی شنیده بود. این موضوع با رهیافت كنش از راه دور ناسازگار به نظر می‌رسید و لیوویل از تامسن خواست كه مقاله‌ای بنویسد و تفاوت بین نظریات فاراده از یك طرف و طرز تلقی كولوْن و پواسوْن از طرف دیگر را روشن سازد. این خواست، تامسن را بر آن داشت تا بسرعت اندیشه‌هایی را كه در سه سال اخیر در ذهنش زیر و رو كرده بود فراهم آورد.
تامسن، حتی در مقاله‌ی 1221 خود درباره‌ی سطوح همدما، شاره‌ی برقی را مانند پواسوْن مورد بحث قرار نداده بود. او از روش بسط ریاضی پواسوْن آگاهی داشت، ولی بیشتر به طریقه‌ی كولوْن به مسأله‌ی شاره برخورد می‌كرد- و آن عبارت بود از این كه خواصّ مادی شاره‌های واقعی را كه از تجربه حاصل می‌شوند به شاره‌ی فرضی نسبت ندهد. پواسوْن، به سهم خود،به تصور برق به صورت شاره اصرار می‌ورزید. چنین شاره ای، مانند چیزهای مادی دیگر، بخشی متناهی از فضا را اشغال می‌كند: مسأله‌ی عمده در این نظریه تعیین ضخامت واقعی لایه‌ی برقی در هر نقطه از سطح رسانا بود.
تامسن در 1221، و بار دیگر در زمستان 1223، تلاش كرد كه ویژگیهای فیزیكی شاره‌ی برقی را به تصور درآورد، و به نتایج ناراحت كننده‌ای رسید: او چنین دریافت كه اگر برق را شاره‌ای تصور كنیم كه بخشهائی از آن نسبت به هم فقط نیروهای متناسب با عكس مجذور فاصله وارد سازند، در این صورت لایه‌ی برقی در سطح یك رسانا ممكن است هیچ ضخامت فیزیكی نداشته باشد. این نتیجه ایجاب می‌كرد كه برق به صورت مجموعه‌ای از مراكز نیروی نقطه‌ای در نظر گرفته شود. در این زمان او این نظر را كاملاً مردود دانست، و سپس در 1239 آن را به بوْشكوویچ نسبت داد. ولی كنار گذاردن این نظر، تصویر نمودن شاره‌ی پواسوْن به عنوان یك جسم حقیقی فیزیكی را برای او بیش از پیش مشكل ساخت. بدین ترتیب درخواست لیوویل برای بحثی درباره‌ی اختلاف بین رهیافت فاراده و نظر كنش از راه دور، تامسن را بر آن داشت كه این دو نظریه را بی‌استفاده از فرضیه‌های فیزیكی (كه او آنها را فرضیه‌های مربوط به موجودات نادیدنی می‌خواند) مطرح كند. ضمن همین تلاشها بود كه تامسن خود را دست در كار تبیین یك روش شناسی كامل برای توجیه علمی یافت. (3)
او، نخست به طور ضمنی، كار را با تشخیص فرق بین محتوای «فیزیكی» و «ریاضی» نظریه پواسوْن آغاز كرد. در «نظریه‌ی مكانیكی برق»، اصطلاحی كه او برای فرضیه‌های فیزیكی شاره‌ی برقی بكار برد، (4) اشكالاتی اساسی وجود دارد كه كفایت آنها را برای شناخت ماهیت مواد مورد تردید قرار می‌دهد. در همان حال، از نظر او، «نظریه‌ی ریاضی» پواسوْن برای گستره‌ی وسیعی از حالات خاص به طور صحیح قابل استفاده بود. تامسن، كه با اِشكال فیزیكی رهیافت پواسوْن و نگرانی از اختلاف آشكار با عقاید فاراده رو به رو بود، با دقت بیشتری درباره‌ی ماهیت حقیقی نظریه‌ی كنش از راه دور به تفكر پرداخت. این نظریه متضمن چه چیزی بود كه بدون پذیرش شاره‌ی برقی، به عنوان یك جسم حقیقی، می‌توانست آن را قابل قبول كند؟ تامسن، كه بین تحسین فوق العاده‌ی خود برای قدرت ریاضی رهیافت پواسوْن و انزجارش از شاره‌ی برقی گیر كرده بود. به امید حل این معما به رشته پژوهشهائی دست زد كه در عمل او را به اثبات هم ارزی رهیافت فاراده و مكتب كنش از راه دور هدایت كرد. او این نتیجه را با كنار گذاردن تمام عواملی كه به فرضیه‌های فیزیكی هر دو نظریه مربوط می‌شدند بدست آورد.از دیدگاه جدید تامسن، هم رهیافت فرانسوی به نظریه‌ی برق و هم روش فاراده باید تنها شامل مجموعه‌هایی از گزاره‌های ریاضی درباره‌ی «توزیع برق» در اجسام رسانا باشند. تامسن در مورد كولوْن، كه هیچ گاه چیزی مانند پواسوْن درباب «ضخامت» لایه‌ی برقی ننوشته بود، گفت كه او «نظریه‌ی خود را به طریقی بیان كرده است كه تنها از راه اثبات این كه نتایج آزمایشهایش دقیق نیستند می‌توان به آن حمله كرد.» بنابراین، او معتقد نبود كه پذیرش یا عدم پذیرش رهیافت كولوْن را، سرنوشت شاره‌ی برقی تعیین می‌كند.
البته، كاربرد عبارت «توزیع برق» بدون اعتقاد ضمنی به ماده‌ای فرضی، ممكن است شگفت انگیز به نظر برسد. اما تامسن چنین نمی‌پنداشت. در عوض، تا سال 1224 بین «فرضیه‌ی فیزیكی» و «قانون مقدماتی ریاضی» فرق قائل بود. مقصود او از فرضیه‌ی فیزیكی فرضی بود كه در آن وجود یك ماده‌ی مشاهده نشدنی مانند شاره‌ی برقی یا ذرات برقبند پیوسته‌ی فاراده پذیرفته می‌شد. منظور او از قانون مقدماتی ریاضی حكمی بود كه مستقیماً در آزمایشها قابل استفاده باشد، چون مضمون آن را موجوداتی محسوس و گزاره‌های ریاضی تشكیل می‌داد. به طور مثال، هنگامی كه پرسش از «توزیع برق» در میان است، عبارتی كه ممكن است در «قانون مقدماتی ریاضی» ظاهر شود، موضوع واقعی به تأثیرات ناشی از نزدیك شدن یك قرص آزمایش به یك نقطه از رسانای باردار مربوط می‌شود. اندازه گیری این آثار با استفاده از میزان چرخش ریسمان حامل قرص پیچشی یك سنجه‌ی برقی انجام می‌شود. بنابراین، قوانین كولوْن و نیز بسط ریاضی پواسوْن از آنها، كه به مفهوم برق به عنوان شاره‌ی فیزیكی بستگی ندارد، درواقع قوانین ریاضی موجزی بشمار می‌روند كه برای نتایج چنین آزمایشهائی قابل استفاده‌اند. اینها فرضیاتی نیستند كه به ماهیت برق مربوط باشند.
اما اگر هیچ یك از رهیافتهای كولوْن و فاراده شامل فرضیه‌های فیزیكی نباشند و هر دوی آنها برای توضیح پدیده‌های یكسان قوانین درستی بدست دهند، در این صورت اختلافی بین آنها نباید وجود داشته باشد. البته، تامسن فكر می‌كرد كه هر دو نظریه‌ای كه درباره‌ی پدیده‌های واحدی بحث می‌كنند، با وجود اختلافی كه ممكن است بظاهر بین خود داشته باشند، اگر بنیادی‌ترین قوانین شان را می‌توان به صورت ریاضی بیان كرد و مضمونشان هم جز آنچه به طور پدیده شناختی قابل تعبیر است نباشد، نمی‌توانند متضاد یكدیگر باشند. اما تامسن، با قبول هم ارزی این گونه نظریه‌ها، اینك ناگزیر بود روشی عرضه كند كه به وسیله‌ی آن معادل بودن آنها را در هر مورد خاص بتوان ثابت كرد. او این روش را در نوشته‌ی 1221 خود، كه درباره‌ی ارتباط بین قوانین انتقال گرما و نظریه‌ی برق در حال تبادل در سطوح رسانا بود، بدست داد. قرائت رساله‌ی جورج گرین با عنوان Essay on the Application of Mathematical Analysis to the Theories of Electricity and Magnetism («رساله درباره‌ی كاربرد تحلیل ریاضی در نظریه‌ی برق و مغناطیس»، 1828) این ارتباط را محكمتر و مستدلتر ساخت.
تامسن نسخه‌ای از اثر گرین را در اوایل 1224 بدست آورد. او بویژه از اثبات این نكته به شگفت آمد كه فقط با دانستن ظرفیت برقی در تمام نقاط می‌توان هم نیروها و توزیع برق در اجسام رسانا را تعیین كرد و هم از اصل موضوع پواسوْن و پذیرش لایه‌ای برقی به ضخامت معین بی‌نیاز شد. تامسن دریافت كه مقاله‌ی 1221 خود او هم، درواقع،بر پایه‌ی هم ارزی ظاهری دما و ظرفیت استوار شده بود، و كار گرین او را متقاعد ساخت كه تمام گزاره‌های نظریه‌ی ریاضی برق را می‌شود بتنهایی برحسب ظرفیت بیان كرد. پس رابطه‌ی بین انتقال گرما و تعادل برقی از لحاظ ریاضی حتی بیش از آنچه او فكر كرده بود قانع كننده می‌شد.
این رابطه امكان داد كه قوانین مقدماتی «نظریه‌ی ریاضی» (یعنی نظریه‌ای كه نتایج ریاضی پواسوْن را دربردارد ولی برق را به عنوان شاره‌ی فیزیكی در نظر نمی‌گیرد) با همان عبارت قوانین انتقال یكنواخت گرما بیان شود. زیرا گرین در واقع ثابت كرده بود كه شناخت ظرفیت برای حل همه‌ی مسائل برقی كافی است. تامسن خاطرنشان كرد كه «می‌توان اصول مقدماتی یك نظریه را به عنوان قضایای مربوط به نظریه‌ی دیگر بكار برد.» بدین معنی كه نظریه‌ی ریاضی را به شكلی می‌توان بیان كرد كه قوانینش، با دردست داشتن معادله‌ای صوری بین دما و ظرفیت، به صورت قضایائی پدیدار شوند كه از قوانین انتقال گرما پیروی می‌كنند.
تامسن، با ساختن نظریه‌ی ریاضی برحسب انتقال گرمای فوریه، راهی برای اثبات هم ارزی رهیافت فاراده و نظریه‌ی ریاضی بدست آورد. روش او این بود كه مفهومهای زیربنایی این رهیافت را به صورت گزاره‌های حاصل از قانون فوریه بیان كند: او فكر كرد كه اگر این امر برای هر دو بدون ابهام انجام پذیرد، در این صورت هم ارزی آنها آشكار خواهد شد. حال اگر اصول فاراده درباره‌ی القای برق در رسانه‌ها را بتوان با همان قوانین مستقل از فرضیه‌ای كه نظریه‌ی ریاضی ناظر بر آنها است ارتباط داد، در این صورت هر دو روش به یك نتیجه منتهی می‌شوند. و درواقع، تامسن دستگاه فاراده را تقریباً نتیجه‌ی مستقیم كاربرد قوانین فوریه در زمینه‌ی پدیده‌های برقی می‌دید (به فرض آن كه رساناها تنها به وسیله‌ی هوا یا خلأ از یكدیگر جدا شده باشند).
اما درباره‌ی تأثیرات قرار دادن نارساناها بین اجسام رسانا چه می‌توان گفت؟ تامسن در اینجا به خواصی نظر داشت كه فاراده كشف كرده بود و آنها را به نفع نظریه‌ی خود و به زیان نظریه‌ی پواسوْن در نظر گرفته بود. تامسن فكر كرد كه اگر قرار باشد قانون تازه به منظور تبیین اثر نارسانای واسط مورد قبول واقع گردد و چارچوب آن همان اصل مقدماتی ریاضی باشد و نه فرضیه‌ی فیزیكی، اشكال پیش می‌آید. تامسن فرض كرد كه كوچكترین پاره‌های جسم نارسانای تحت تأثیر برق هم دارای «قطبیت» می‌شوند و قوانین حاكم بر آنها همانند قوانین ریاضی پواسوْن درباره‌ی قطبیت مغناطیسی است. به این ترتیب، او توانست به جای جسم نارسانا، سطوح باردارِ هم ارز در حال تعادل برقی را قرار دهد. (5)
مفهومهای تامسن وسیله و شیوه‌ی پرتوانی بودند كه رابطه‌ی بین نظریه‌های بظاهر متضاد را تحلیل می‌كردند. روش او برای آشتی دادن دستگاهها بررسی دقیق آنها بود تا آنچه را كه مربوط به پدیده‌های قابل اندازه گیری یا آشكارسازی است نگه دارد و آنچه را كه فرضی است حذف كند. اگرچه تضمینی نبود كه این گونه نقد نظریات همیشه موفق از آب درآید، ولی برای نظریه‌های كولوْن و فاراده چنین پیش آمدی رخ داد.
پس بدین سبب بود كه تامسن سیاست حذف فرضیه‌های فیزیكی را به منظور سازش دادن كار فاراده و كولوْن آغاز كرد. انزجار او از مفهوم شاره‌ی بی‌وزن، كه مخالف عقایدش درباره‌ی ماهیّت ماده بود، این امر را تقویت كرد. زیرا، در هر حال، روش شناسی او نمی‌توانست مستقل از اعتقاداتش درباره‌ی ساختار واقعی موجودات غیرقابل مشاهده باشد. با توجه به اشكالات خاصی كه بر شاره‌ی برقی وارد می‌دانست، روشی كه او در سالهای 1221 تا 1224 به قصد وحدت بخشیدن به نظریه‌ها به وجود آورده بود در سال 1226 شكل دیگری به خود گرفت. در این زمان تأكید بر این نكته گذاشته شد كه دستگاهِ بظاهر هم ارز درباره‌ی دستگاه اصلی چه می‌گوید و چگونه می‌تواند در كنار گذاردن فرضیه‌های فیزیكی موثر باشد.
هدفهای نخستین مبنی بر یكی ساختن نظریه و كنار گذاردن فرضیه از میان نرفت، ولی یك عامل روشن سازی مفهومی به آن اضافه شد كه تجسّم نظریه را با عبارات تازه امكان پذیر كرد. نقش روشنگر شیوه‌ی هم ارزی صوری در 1226 بسیار چشمگیر شد. در این سال تامسن، با استفاده از معادله‌های 1224 استوْكس درباره‌ی شاره‌ها و جامدات، نخست شباهت میان جابه جاییهای خطی داخلی هر جسم جامد كشسان و نیروی برق ایستا، و سپس، شباهت بین جابه جاییهای دَوَرانی داخلی و نیروهای گالوانی و مغناطیسی را نشان داد. نمایش تامسن متكی بود بر كشف 1224 فاراده درباره‌ی دَوران سطح قطبش نور پس از عبور از جسم شفاف در نتیجه‌ی كنش مغناطیسی (اثر فاراده). طبیعت دَوَرانی این اثر سبب شد كه تامسن نیروهای گالوانی و مغناطیسی را به صورت دَوَرانهای داخلی محیطهای كشسان مشخص كند. (6) این جنبه‌ی جدیدِ فرایندِ هم ارزیِ صوری از این جهت روشنگر بود كه تامسن نیروهای متمایز (برقی و مغناطیسی) را به فرایندهای داخلی یك محیط منفرد مربوط می‌ساخت. بدین ترتیب، نیروهای برقی و مغناطیسی، به جای آنكه پدیده‌های كاملاً متمایزی باشند، به كمك یك عامل مشترك به هم پیوند خوردند.
حتی در اینجا هم تامسن خود را با این بیان محدود می‌ساخت كه كشف فاراده «... این اندیشه را القا می‌كند كه ممكن است در اینجا در ارتباط با توزیع برق در رساناها یا با نیروهای ربایش و رانشِ اعمال شده به وسیله‌ی اجسام باردار مسأله‌ای وجود داشته باشد». مقصود از «تشبیه مكانیكی» همان چیزی نبود كه در نمایش گرما مطرح می‌شد. كوشش بر این نبود كه هم ارزیِ نظریه‌های مربوط به یك پدیده را ثابت كنند، بلكه بیشتر تلاشها صرف آن می‌شد كه نظریه‌های پدیده‌های مختلف ولی مرتبط با هم (یعنی برق و مغناطیس) را، با نشان دادن این نكته كه آنها را می‌توان به كمك دسته‌ای از عبارتهای كاملاً نزدیك به هم توضیح داد، به یكدیگر پیوند دهند. در نتیجه، مفهوم هم ارزیِ صوری 1224 تغییر نكرد؛ بلكه چیزی به آن اضافه شد. اینك ارتباطهای بنیادی ریاضی بین پدیده‌های متفاوت با مفهوم هم ارزی بیشتر قابل فهم شدند. همین ویژگیهای وضوح و وحدتِ حاصل از هم ارزی در زمینه‌های مختلف بود كه درنهایت بزرگترین تأثیر را در كارهای آغازین مَكسول برجای گذاشت. زیرا مَكسول شیوه‌ی هم ارزی را از تامسن گرفت و آن را برای ایجاد وحدت در زمینه‌های ناسازگار بكار برد.
تامسن، بعد از اقامت كوتاه 1224 خود در پاریس، به اسكاتلند برگشت، و در دانشگاه گلاسگوْ به سمت استاد فلسفه‌ی طبیعی برگزیده شد، و در بقیه‌ی عمر در همین مقام باقی ماند. در آن هنگام، در اسكاتلند و در انگلستان نه یك آزمایشگاه تحقیقاتیِ دانشگاهی وجود داشت و نه جای دیگری كه دانشجویان بتوانند در آن كار كنند. تامسن، كه به آزمایشگاه رنیوْ راه یافته بود، به ایجاد فرصتهای مشابهی برای دانشجویان علاقه مند شد، و برای این منظور با تأمین بودجه‌ی اندكی از دانشگاه نخستین آزمایشگاه آموزشی را در انگلستان راه اندازی كرد. تامسن همچنین به ساخت وسایل بسیار دقیق اندازه گیری بشدت علاقه مند بود و تجهیزات آزمایشگاه جدیدش در گلاسگوْ امكان این كار را هم فراهم ساخت.
مطالعات تامسن در فرانسه نه تنها او را با رهیافت تازه‌ای به نظریه‌ی برقی رهنمون شد و علاقه‌ی او را به كار آزمایشگاهی و سنجش افزار برانگیخت، بلكه وی را با نظریه‌ی سادی كارنوْ درباره‌ی توان محرّك گرما، به شكلی كه كلاپروْن در 1213 آن را از لحاظ تحلیلی بسط داده بود، آشنا كرد. تامسن عمیقاً تحت تأثیر كارایی نظریه‌ی كارنوْ قرار گرفت (اگرچه تنها شرح كلاپروْن از آن را در آن تاریخ خوانده بود)، بویژه تحت تأثیر منطق آن، كه ایجاد تأثیر مكانیكی را در فرایندهای حرارتی بخوبی توضیح می‌داد. در مقاله‌ای در 1227 تامسن برای نخستین بار كوشید كه نظریه‌ی كارنوْ را برای بدست آوردن یك مقیاس دمای «مطلق» بكار برد. مقیاس دمای كهن صرفاً «متشكل از تعدادی نقطه‌های مرجع دلخواه شماره گذاری شده بود كه به قدر كفایت به هدفهای عملی دماسنجی نزدیك بودند». مقصود تامسن از مقیاس دمای مطلق آن بود كه بر قانونی كاملاً كلی و طبیعی پایه گذاری شده باشد. این قانون را او از كارنوْ گرفت- مقدار معینی از گرما كه جسم را از دمای معلومی به دمای معلوم دیگری می‌رساند حداكثر می‌تواند مقدار مشخصی كار انجام دهد. در مقیاس دمای كهن، كه براساس دماسنج هوایی پایه گذاری شده بود، چنان كه كلاپروْن نشان داد، مقدار كار انجام یافته به وسیله‌ی مقدار معلومی از گرما كه با اُفت یك درجه‌ی دما مشخص می‌شد در نقطه‌های مختلف درجه بندی تفاوت می‌كرد. مقیاس دمای مطلق باید چنان باشد كه در آن «مقدار یك درجه» مستقل از دما باشد. تامسن این معیار را با بكار بردن نتایج رنیوْ، استیل، و دیگران ساخت. (7) (مقیاس دمای جدید كلوین بعد از آن تاریخ، و پس از روشن شدن مفهوم بقای نیرو، تعریف شد.)
كارِ كارنوْ به طور كلی، حتی در پاریس هم، ناشناخته بود؛ و نظریه‌اش نه تنها برای تامسن بلكه برای تمام جامعه‌ی فیزیك انگلستان در دهه‌ی 1220 تازه جلوه می‌كرد. تامسن، چند ماه پس از مقاله‌ی 1227خود، گزارش جامعی از یافته‌های كارنوْ را به انجمن پادشاهی ادینبرا عرضه كرد. او خاطرنشان ساخت كه نظریه‌ی كارنوْ بر این مفهوم بنا شده است كه گرما ماده‌ای است كه، اگر چرخه‌ی كاملی از عملیات بكار گرفته شود، در جسمی كه به عنوان ماشین عمل می‌كند به مقدار معین وارد می‌شود. این ماده در انتهای چرخه بتمامی از جسم خارج می‌شود و ماشین در حالت ابتدایی خود باقی می‌ماند. كارنوْ عمل این ماشین حرارتی را به دستگاهی با ستونی از آب تشبیه كرده بود كه در آن مقداری آب از ارتفاع معین به پایین می‌ریزد و مقدار معینی توان محرّك تولید می‌كند، و در این عمل آب از ارتفاع ابتدایی خود به مخزنی در سطحی پایین‌تر منتقل می‌گردد. به عقیده‌ی كارنوْ گرما نیز همین طور عمل می‌كند: مقدار معینی گرما كه به وسیله‌ی ماشین از مخزنی با دمای بالا گرفته می‌شود سبب تغییراتی در حجم ماشین می‌گردد و، در انتهای چرخه كه در آن ماشین به شرایط ابتدایی خود برمی‌گردد، گرمای گرفته شده از چشمه‌ی با دمای بالا بتمامی به مخزنی با دمای پایین‌تر منتقل می‌شود، و مقدار توان بدست آمده را دماهای مخزنها و مقدار گرمای انتقال یافته تعیین می‌كند.حتی در این زمان نیز تامسن در عقاید خود درباره‌ی مفهوم گرما به عنوان ماده، با وجود احساس لزوم آن در صورت بكار بردن نظریه‌ی كارنوْ، دودل بود. در مقاله‌ی «شرح نظریه‌ی كارنوْ»ی خود (1228) چنین نوشت:
... تمام این فرضها بستگی به این اندیشه دارد كه گرما ماده‌ای است با مقدار غیرقابل تغییر، كه نه قابل تبدیل به عنصر دیگر است و نه قابل تولید به طریقه‌های فیزیكی است؛ در حقیقت اصول اعلام شده‌ی گرمای نهان پیش از پذیرفته شدن باید با بررسیهای پژوهشی بیشتری مورد امتحان قرار گیرند، همچنان كه بیشتر اشخاصی كه به این موضوع پرداخته‌اند معمولاً بدان عمل كرده‌اند. (8)
دو دلی تامسن دو منبع متمایز داشت. یكی به تردیدش نسبت به معقول بودن كاربرد چیزهای بی‌وزن مربوط می‌شد، دیگری نظریه‌ی فوریه در انتقال گرما بود كه بحث درباره‌ی ماهیت گرما را همچنان مفتوح گذارده بود، و تامسن احساس می‌كرد كه باز بودن بحث در این زمینه یكی از ویژگیهای عمده‌ی این نظریه است. بدین سبب، وی، حتی اگر از كار جول هم، كه او را در گردهم آیی 1226 «مجمع بریتانیایی» ملاقات كرد، آگاهی نیافته بود، نظریه‌ی مادی گرما را بی‌دغدغه نمی‌پذیرفت. كار جول هم به عنوان دسته‌ی دومی از دلایل به دودلی تامسن افزوده شد.
جول بر این عقیده بود كه گرما و اثر مكانیكی صورتهای مختلفی از ماده، حركت و نیرو هستند. او می‌پنداشت كه گرمای محسوس در حقیقت «نیروی حیاتی ذرات موجود در جسمی هستند كه گرما در آن القا می‌شود»؛ در حالی كه گرما، به صورت نهان، عبارت است از «جدا شدن ذره‌ای از ذرهّ دیگر، چنان كه این جدایی سبب می‌شود كه ذرات از فاصله‌ی بزرگتری یكدیگر را جذب كنند.» نیروی حیاتی و «جذب از فاصله‌ی دور»- كه قصد جول از آن تنها نیرو نبود بلكه نیروئی بود كه از فاصله‌ی دور اثر كند- مفاهیمی قابل تبدیل به یكدیگر و «هم ارز»ند چون «نیروی حیاتی را ممكن است از طریق تأثیر گرانی [یا هر نیروی جاذبه یا دافعه‌ی دیگری] از فاصله‌ی دور ایجاد نمود.» برعكس، حركت ذرات را می‌توان به آرایش ذرات تحت تأثیر نیرو تبدیل كرد. هرگاه نیروی حیاتی اجسام بزرگ مقیاس ناپدید شود، كمیّتِ هم ارز آن یا از نیروی حیاتی ذرات یا از تجدید آرایش مكانیكی ناشی از نیرو ایجاد می‌گردد.
پس بنابر عقیده‌ی جول، گرما را می‌توان مطلقاً از طریق عمل مكانیكی یا، درواقع، به وسیله‌ی هر عامل فیزیكی كه در آن نیروی مكانیكی چشمه‌ی اصلی عمل باشد تولید كرد (چنان كه، مثلاً، در یك ماشین برقمغناطیسی كه با دست گردانده شود ملاحظه می‌گردد). برعكس، گرما را باید بتوان در مواردی كه عامل گرمایی عمل مكانیكی انجام می‌دهد مطلقاً از میان برد. جول كوشش نمود كه نظرهای خود را از طریق یك رشته آزمایشها، كه به وسیله‌ی ماشینهای برقمغناطیسی و حركات درونی شاره‌های چسبنده انجام می‌شدند، به اثبات برساند. در حالت ماشینهای برقمغناطیسی، جول استدلال می‌كرد كه گرما در رسانای حامل جریان مستقیماً به وسیله‌ی جریان تولید می‌شود و نه از طریق انتقال گرما از بخشهای گرمتر به بخشهای سردترِ جسم. در حالت دوم، او با اِعمال نیروی مكانیكی و از طریق یك چرخ پرّه دار حركاتی را در یك شاره‌ی چسبنده ایجاد كرد. هرچند چنین به نظر می‌آمد كه حركات پس از زمانی متوقف می‌شوند، چنان كه از بالا رفتن دما مسلم بود، این حركتها در واقع به صورت ذرات نیروی حیاتی شاره- گرما- در می‌آمدند.
تامسن دقیقاً خاطرنشان ساخت كه این دو آزمایش به بهترین وجه نشان می‌دهند كه گرما را می‌توان با عمل مكانیكی بدست آورد؛ ولی عكس آن را ثابت نمی‌كنند- كه بنابر آن گرما ممكن است از میان برود و به كار مكانیكی بدل شود. برهانهای تجربی جول تامسن را بر آن داشت كه فاصله‌ی خود را از فرضیه‌ی مادی گرما همچنان حفظ كند، ولی به پذیرش آنچه وی آن را اصول بنیادی كارنوْ می‌شناخت ادامه داد. او طرح گسترده‌ی جول را درباره‌ی گرما، به صورت حركت و «جذب» از فاصله‌ی دور»، نپذیرفت؛ درواقع، بسیار نامحتمل است كه تامسن در 1228 به تمام جزئیات اندیشه‌ی جول در این زمینه، بیش از اظهارنظر مبهمی كه به موجب آن گرما به صورت نیروی حیاتی ذرات است، آگاهی داشته باشد. او احتمالاً هنوز مفهوم گرمای نهان را، به عنوان آرایش ذرات تحت تأثیر نیرو، به طور كامل درنیافته بود. در حقیقت، گزارشی كه او از «اصول كارنوْ» بدست داد گویای همین مطلب است.
تامسن در «گزارش» 1228 خود به عدم امكان حركت دایمی، كه در آن زمان به صورت عدم امكان ایجاد توان محرّك بدون تغییر در شرایط دیگر تصور می‌شد، چندان اشاره‌ای نكرد. او مستقیماً با استنباط خود از دو اصل كارنوْ آغاز كرد و آنها را مبنای نظریه‌ای شمرد كه در آن كار مكانیكی قابل تولید را می‌توان به وسیله‌ی عامل گرمایی بتنهایی محاسبه كرد. او دو پرسش زیر را به عنوان «مسائل اصلی كه باید توسط نظریه‌ی كاملی در این باره حل شوند» مطرح كرد؛ اینها اساساً مسائلی زیربنایی بودند كه نظریه‌ی كارنوْ برای آنها یك پاسخ ممكن را بدست می‌داد:
1.ماهیت دقیق عامل گرمایی كه به وسیله‌ی آن اثر مكانیكی باید بدون آثاری از نوع دیگر ایجاد شود چیست؟
2.مقدار لازم این عامل گرمایی را برای انجام مقدار معینی كار چگونه می‌توان تخمین زد؟
تامسن سؤال نخست را با نتیجه گیری از آنچه او «اصل بنیادی كارنوْ» نامید پاسخ داد، بدین معنی كه «... در انتهای یك چرخه‌ی عملیات، هنگامی كه جسم به شرایط فیزیكی ابتدایی خود باز می‌گردد، اگر در هر بخشی از عملیات مقداری گرما جذب كرده باشد، بایست درست به همان مقدار در باقیمانده‌ی عملیات چرخه دفع كرده باشد.» بر پایه‌ی این اصل، تامسن نتیجه گرفت كه «مبنای توان حركتی را... باید در ورود عامل گرما به داخل جسم و خروج از آن جستجو كرد» زیرا آثار دیگری طی یك چرخه‌ی كامل ایجاد نمی‌شود. چگونگی تولید كار مكانیكی از طریق تبدیل گرما را اصل دوم كارنوْ بدقت مشخص كرده است كه می‌گوید: «عامل گرمایی كه به وسیله‌ی آن می‌توان كار مكانیكی تولید كرد همانا انتقال گرما از یك جسم به جسم دیگر در دمای پایین‌تر است.»
تركیب این دو گزاره امكان استخراج این قضیه‌ی بسیار مهم را بدست داد كه بنابر آن در همه‌ی ماشینهای برگشت پذیر، بر اثر انتقال مقدار معینی گرما بین دو دمای مشخص، می‌توان مقدار ثابتی كار كه بیشینه قابل حصول است تولید كرد: «یك ماشین گرماپویای (ترموْدینامیك) كامل چنان است كه اگر همان مقدار كار مكانیكی كه از مقدار معینی گرما قابل حصول است به آن برگردد و ماشین در جهت معكوس به راه بیفتد، به همان میزان عامل گرمایی ایجاد كند.» آنچه آمد حكم قضیه را دارد، و نه تعریف، چون معیار برگشت پذیری از طریق مفهوم فرایندهای چرخه‌ای در اصل اول آمده است. این قضیه سؤال دوم را نیز پاسخ می‌دهد چون برای محاسبه‌ی اثر حاصل از انتقال گرما بین دو منبع ثابت در یك ماشین كامل قابل استفاده است.
هر دو اصل برای استخراج عوامل تكمیل قضیه لازم است، و اصل اول علاوه بر آن هنگام تحلیل یك چرخه از عملیات از این نظر مورد لزوم است كه برگشت به حالت ابتدایی را در یك چرخه‌ی كامل تضمین كند. تامسن، كه هنوز نسبت به مفهوم گرما به عنوان یك ماده مشكل داشت، احساس كرد كه باید اصل بنیادی (اول) را توجیه كند و برای این منظور اعلام كرد كه «هیچ عملی تاكنون شناخته نشده است كه طی آن گرما در جسمی جذب شود بی‌آنكه دمای آن را بالا ببرد، یا به صورت نهان در آن باقی بماند، و تغییری در وضع فیزیكی آن پدیدار سازد.» ولی اگر بنا باشد- و انگیزه‌ی حقیقی تامسن در اصرار بر اصل اول در همین جا است- كه محاسبه‌ی آثاری كه مبادی منحصراً گرمایی دارند امكان پذیر باشد، ماشینهای حرارتی باید در انتهای هر چرخه به حالتهای اولیه شان برگردند. در اینجا روشن است كه تامسن هنوز مقصود جول را از گرمای نهان، به عنوان گرمای تبدیل شده، درنیافته بود. او این فكر را هضم نكرده بود كه حتماً لازم نیست جسم گرما را به صورت گرما از دست بدهد تا بتواند به حالت ابتدایی خود برگردد. در عوض، جسم می‌تواند گرما را به «نیروی جاذبه در فضا»، یعنی به شكل پیكربندی اجسام خارجی كه بین آنها نیروهائی اِعمال می‌شوند، درآورد و در نتیجه به حالت ابتدایی خود برگردد. به عقیده‌ی تامسن، گرما باید به صورت گرما منتقل شود تا بتواند دوباره به شكل گرمای محسوس یا گرمای نهان پدیدار شود؛ گرما ممكن نیست «از میان برود».
پس، آنچه را تامسن «اصل بنیادی» كارنوْ می‌خواند از دیدی كه او به آن می‌نگریست ادعای تبدیل ناپذیری گرما بود. در این مرحله، مخالفت تامسن با تبدیل پذیریی گرما به این دلیل نبود كه تبدیل شدن گرما به چیز دیگر حركت دائمی را امكان پذیر می‌ساخت. بلكه بیشتر امیدوار بود كه آنچه را نظریه‌ی كارنوْ تصور می‌كرد به كرسی بنشاند، چون كنار گذاردن هریك از دو اصل ممكن بود موجب تخریب هر نظریه‌ای شود كه كار مكانیكی را ناشی از عامل گرما بداند. او اصل بنیادی (اول)را با توجه به نبودن هیچ عمل شناخته شده‌ای كه در آن گرما بدون ظهور آثار خارجی بتواند جذب شود مورد تأیید قرار داد. بنابر آنچه گذشت روشن می‌شود كه این نظر او پایه‌ی چندان محكمی نداشت، چه این نظر در حقیقت نتیجه‌ی عدم توانایی او در قبول مفهوم گرمای نهان به عنوان گرمای قابل تبدیل بود. بنابراین، می‌توان گفت كه در 1228 تامسن آن قدرها كه به بعضی گزاره‌هائی كه ظاهراً براساس این فكر ولی در حقیقت بر پایه‌ی معیارهای تجربی و عملی قابل قبولند پای بند بود به مفهوم مادی گرما پای بندی نداشت. كارنوْ خود، در انتهای عمر كوتاهش، به این نتیجه رسید كه نظریه‌ی مادی گرما دست نیافتنی است، و این نظر را پذیرفت كه گرما شكلی از حركت است. او از این كه بتواند نظریه‌ی توان حركتی خود را با الگوی جنبشی گرما هماهنگ سازد ناامید شده بود. اما تامسن از اندیشه‌های واپسین سالهای عمر كارنوْ آگاهی نداشت.
با وجود آن كه تامسن دو اصل كارنو، و بویژه اصل اول، را پذیرفته بود، هنوز به این نظر اطمینان نداشت كه گرما نوعی مادّه است. استدلال او این بود كه اصل بنیادی كارنوْ، در حالی كه «هنوز ممكن است محتمل‌ترین مبنا برای تحقیق درباره‌ی توان حركتی گرما در نظر گرفته شود، هنگامی كه داده‌های تجربی ما كامل‌تر شود»، ممكن است مثل «هر نظریه‌ی دیگری درباره‌ی گرما... سرانجام بر مبنای دیگری بازسازی شود». دو دلی تامسن تا اندازه‌ای مربوط به تنفر او از موجودات بی‌وزن بود. جول هم كه مثل او فكر می‌كرد چنین نوشت:
در تصویری كه از ماده داریم، معمولاً از دو مفهوم استفاده می‌كنیم؛ یكی نفوذناپذیری و دیگری گسترش... نفوذناپذیری و گسترش را چه بسا نمی‌توان از جمله‌ی خواص مادّه بشمار آورد، ولی شایسته است كه آنها را به منزله‌ی تعریفهایشان بپذیریم، چون بر چیزی كه این دو ویژگی را دارا نباشد نام مادّه تعلق نمی‌گیرد. اگر نفوذناپذیری و گسترش را بتوانیم تصور كنیم مفهوم ماده، و فقط مفهوم مادّه، را در نظر داریم.
توضیحات جول در شماره‌های مورخ 5 و12 مه 1847 نشریه‌ی Courier («پیك») منچستر چاپ گردید، ولی به احتمال زیاد او آنها را در همان سال در گردهمایی «مجمع بریتانیایی» با تامسن در میان گذارده بود.
تامسن در مجموع تحت تأثیر مفهوم بقای جول نیز قرار گرفت. چنان كه جول در «پیك» نوشته بود:
... پدیده‌های طبیعت، چه مكانیكی، چه شیمیایی، و چه حیاتی، تقریباً همگی شامل تبدیل دایمی جاذبه از طریق فضا، نیروی حیاتی، و گرما از یكی به دیگری است. بدین سان، نظم عالم برقرار می‌ماند- هیچ چیز از میان نمی‌رود، هیچ چیز گم نمی‌شود، ولی تمامی اجزای دستگاه، هرچند پیچیده باشد، با ملایمت و هماهنگی كار می‌كند. و اگرچه، همان طور كه از رؤیای بدبینانه‌ی حزقیل برمی آید، «چرخ ممكن است در وسط چرخ باشد»، و هرچیز ممكن است پیچیده به نظر آید و در میان درهم و برهمی ظاهری و بغرنج تنوع بی‌انتهای علتها، معلولها، تبدیلها، و آرایشها، پوشیده باشد، با این حال كامل‌ترین نظم را می‌توان در آنها یافت- و تمام اینها تحت اراده‌ی مطلق خداوند است.
تامسن به روشنی تحت تأثیر این جهان بینی قرار داشت، چون در پانوشت مقاله‌ی 1228 خود چنین یادآور شد:
آنگاه كه عامل حرارتی در هدایت گرما از طریق یك جسم جامد بمصرف می‌رسد، اثر مكانیكی‌ای كه ممكن است در آن ایجاد گردد چه می‌شود؟ در عملیات طبیعت، كه چیزی گم نمی‌شود، نیرو (انرژی) از میان نمی‌رود. پس در برابر اثر مكانیكی‌ای كه از بین می‌رود چه اثری تولید می‌شود؟... به نظر می‌رسد در پرسش از اثر مكانیكیِ گم شده در شاره‌ای كه درون یك ظرف محكم سربسته به حركت درآمده و سپس از طریق اصطكاك داخلی خود به حال سكون درآمده باشد، مسأله‌ی مشابهی مطرح می‌شود؛ ولی در این مورد مبنای حل این مشكل را درواقع در كشف آقای جول، كه درباره‌ی تولید گرما از طریق اصطكاك داخلی شاره‌های در حال حركت است، می‌توان یافت.
چنان كه مشاهده می‌شود، تامسن در 1228 از محو به ظاهر كامل اثر مكانیكی در برخی از حالات عمیقاً گیج شده بود. اندیشه‌های او طی دو سال بعد، در نتیجه‌ی دو آزمایش، صورت واضح‌تری به خود گرفت. یكی از این آزمایشها بوضوح به نفع نظریه‌ی كارنوْ بود، و دومی به نظر می‌رسید كه تأیید آن قسمت از عقاید جول بود كه بر طبق آنها گرما را می‌توان تولید كرد. (هرچند تامسن، از 1226 به بعد، تمایل داشت كه نظر اخیر را مورد توجه قرار دهد، ولی دقیقاً در 1229 بود كه آن را به عنوان امری ثابت شده پذیرفت).
آزمایش اول به وسیله‌ی برادر او، جیمز، انجام گرفت و نتیجه‌ی نظریه‌ی كارنوْ را (كه مبتنی بر دو اصل بود) مورد تأیید قرار داد، به این معنی كه هرگاه فشار افزایش می‌یابد نقطه‌ی انجماد آب باید پایین بیاید. یكی از مهمترین نتایج این كار را، با توجه به تكمیل ماشینهای برگشت پذیر، باید بیشتر به كاربرد قضیه‌ی حاصل از دو اصل كارنوْ مربوط دانست تا به آزمون مستقیم آنها. همین قضیه بود كه جیمز تامسن آن را بارها و بارها در اثبات عقاید خود بكار برد، و بدین وسیله به آن دامنه‌ای داد بیش از آنچه معمولاً به گزاره‌ی استنتاجی داده می‌شود. بنابراین كار در زمینه‌ی پایین آوردن نقطه‌ی انجماد آب او را یاری كرد كه توجه خود را از دو اصل كارنوْ به قضیه‌ی تكمیل ماشین برگشت پذیر معطوف سازد. این انتقال توجه برای تنظیم دوباره‌ی نظریه‌ی كارنوْ توسط ویلیام تامسن حایز اهمیت بود. وی، با استفاده از یك اصل منفرد به جای اصول دوگانه‌ی كارنوْ، این نظریه را دوباره سازی كرد كه قضیه‌ی تكامل نیز مستقیماً از آن نتیجه شد. (9)
آزمایش دوم پیچیده‌تر از اولی بود و خواص بخار اشباعِ شده در فشار بالا را، در حالی كه از دهانه‌ای به خارج راه می‌یافت، مدّ نظر قرار می‌داد. رنكین مشاهده كرده بود كه وقتی بخار اشباع شده آزادانه انبساط می‌یابد، گرمایی كه در جریان انبساط به صورت نهان درمی‌آید بیش از گرمایی است كه معمولاً از بخار در حال انبساط در نتیجه‌ی كاهش دمای همزمان آزاد می‌شود. بنابراین اگر نخواهیم هیچ بخشی از بخار به صورت مایع درآید، یك چشمه‌ی خارجی باید گرمای اضافی لازم را برای نگهداری اشباع تأمین كند. توضیح بیشتر آنكه وقتی گازی به طریق بی‌دررو انبساط یابد، دمای آن اُفت می‌كند؛ این افت دما نشانه‌ی آن تلقی می‌شد كه مقداری از گرمای آزاد گاز به صورت نهان درآمده است. انبساط گاز را نتیجه‌ی این جذب گرما فرض می‌كردند. (تبیین جدید این اثر به شیب منفی منحنی دما- آنتروْپی در بخش مربوط به بخار منحنی بخار- مایع بستگی دارد. این بدان معنی است كه گرمای ویژه‌ی بخار اشباع شده منفی است، و با جذب گرما دما پایین می‌رود. بیان فیزیكی این اثر این است كه، وقتی كه دمای بخار تقلیل می‌یابد، برای جلوگیری از حالت فوق اشباع، انبساط بخار به حدی می‌رسد كه كار خارجی انجام شده از مقدار افت كارمایه‌ی داخلی بیشتر می‌شود. چنین وضعیتی مستلزم جذب گرما است.)
بخار، بعد از خروج از دهانه‌ی پرفشار، در جریان انبساط به حالت اشباع باقی می‌ماند (انبساط به قدری سریع است كه اصولاً بی‌دررو شمرده می‌شود). دلیل آن هم این است كه بخار قادر به سوزاندن نیست، حال آنكه اگر جزئی از آن به مایع تبدیل می‌شد می‌توانست خاصیت سوزاندن داشته باشد. در اوایل تابستان 1229 تامسن این پدیده را دلیل قاطعی به نفع این ادعای جول می‌دانست كه گرما را می‌توان از چیز دیگری تولید كرد: تامسن فكر می‌كرد كه منشأ این گرمای اضافی را دریافته است. او به جول چنین نوشت: «راه ممكن دیگری وجود ندارد كه از آن بتوان گرما بدست آورد مگر از طریق اصطكاك بخار هنگامی كه با فشار از دهانه‌ای خارج می‌شود. بنابراین فكر می‌كنم درست باشد بگویم كه كشف شما بتنهایی می‌تواند كشف آقای رنكین را با حقایق شناخته شده سازگار سازد.» همچنین در همین زمان بود كه تامسن برای نخستین بار با كار فروردین ماه كلاوزیوس آشنا می‌شد؛ با این كه تا مهرماه هم آن را نخوانده بود، درباره‌ی روشهای كلاوزیوس اظهارنظر كرد و گفت كه «تنها اختلاف آنها با روشهای كارنوْ در این است كه اصل شما [جول] را به جای اصل كارنوْ پذیرفته است...». تامسن در مدت پنج ماه خودش «نظریه‌ی پویشی گرما» را به طور كامل تحلیل كرد و نظریه‌ی كارنوْ را چنان تغییر شكل داد كه بتواند با آن تطابق داشته باشد- این كار مستقلاً و بدون هیچ آگاهی تفصیلی از جزئیات كار كلاوزیوس در اردیبهشت ماه 1229، انجام شد. (10)
توجه عمده‌ی تامسن در این ماهها به كشف اصلی معطوف بود كه از آن بتوان عناصر اساسی نظریه‌ی كارنو را نتیجه گرفت و در همان حال بتوان از اصل بنیادی بقای گرما به عنوان گرما رهایی یافت. این وظیفه‌ی ساده‌ای نبود؛ زیرا بدون این اصل بنیادی بسیار مشكل بود بتوان معیاری برای اثر حاصل از عمل صرفاً گرمایی بدست آورد. آغاز راه حل در معنای جدیدِ مفهوم «گرمای نهان» در نظریه‌ی پویشی نهفته بود كه در آن گرمای نهان به منزله‌ی كار انجام شده در مقابل نیروهای موْلكولی داخلی جسم تصور می‌شد. در این صورت، گرمای نهان به شكل پیكربندی موْلكولی ذخیره می‌شود. این مفهوم تامسن را از نگرانی سابقش، مبنی بر این كه جسم تنها هنگامی می‌تواند به حالت ابتدایی خود برگردد كه تمام مقدار گرمایی را كه در آن وارد شده است به همان شكل آزاد سازد، رهایی بخشید. اینك او دریافت كه گرما می‌تواند به شكل «جدید» - به اصطلاح جول به صورت «جذب از فاصله‌ی دور»- درآید، و نیز بتمامی از ماشین انتقال دهنده خارج شود چرا كه «گرمای نهان» ماشین یا پیكربندی موْلكولی اجباریش می‌تواند مستقیماً از طریق انجام كار به چیزی از همان نوع، یعنی «جذب از فاصله‌ی دور» در اجسام خارجی، تبدیل گردد. بنابراین، با قبول تبدیل، مسأله به صورت كشف اصلی درآمد كه می‌شد آن را به عنوان بیانی از مضمونهای اساسی اصل كارنوْ تلقی كرد. به عبارت دیگر، اینك كه گرما را می‌توان به دو صورت نیروی حیاتی و پیكربندی موْلكولی نگریست، مسأله دیگر به صورت روش اندازه گیری كنشهای حرارتی صِرف مطرح نیست، زیرا كنشهای گرمایی قابل تبدیل به فرایندهای مكانیكی هستند. پس اینك مسأله عبارت از تنظیم نظریه‌ی ماشینهای حرارتی بود.
چنان كه پیشتر یادآوری شد، مقاله‌ی 1229 جیمز تامسن درباره‌ی نقطه‌ی انجماد آب تأكید زیادی بر ماهیت كمال مطلوب ماشینهای برگشت پذیر داشت. در نتیجه‌ی انتقال مقداری گرما بین دو دما، بیشینه‌ی اثر مكانیكی در ماشینهائی بدست خواهد آمد كه مقدار اثر مكانیكی حاصل از تحولِ رو به جلو در آنها با مقدار اثر مكانیكیِ مصرف شده در آنها در تحولِ رو به عقب برابر باشد. اگرچه این گزاره از دو اصل كارنوْ نتیجه می‌شد، تامسن در 1231 آن را به عنوان عنصر مركزی نظریه تلقی می‌كرد. این قضیه، آن طور كه بیان شد، ناقص است. لازم است این قید هم به آن اضافه شود كه ماشین در انتهای چرخه به حالت ابتدایی خود برمی‌گردد. تامسن پیشتر باور داشت كه این خواست مستلزم پذیرش اصل بنیادی كارنوْ است، ولی در اسفند 1230 دیگر دریافته بود كه این امر درست نیست. با این حال، اگر هریك از این دو اصل را كنار می‌گذاشتند، قضیه به اثبات نمی‌رسید. اگر نظریه‌ی پویشی پذیرفته می‌شد، هیچ یك از آن دو را در شكل اصلی خود نمی‌شد نگه داشت، زیرا در این قضیه از مفهوم انتقال كامل گرما استفاده می‌شد. تامسن توانست قفضیه را بی‌استناد به انتقال گرما دوباره‌ی فورمول بندی كند. وی، به جای آن، «مقدار» گرما را مورد استناد قرار داد: «اگر ماشینی چنان باشد كه وقتی در جهت عكس كار می‌كند عاملهای فیزیكی و مكانیكی در هر بخشی از حركت آن بتمامی برگشت پذیر باشند، با صرف مقدار معینی گرما همان مقدار اثر مكانیكی در آن تولید می‌شود كه از هر نوع ماشین گرماپویایی، با همان دماهای چشمه و سردكننده، می‌توان بدست آورد». (ظاهراً «مقدار گرما» در اینجا همان است كه از منبع با دمای بالا گرفته شده است). تامسن این فورمول بندی را به كارنوْ و كلاوزیوس نسبت می‌داد، ولی نسبت دادن آن به كارنوْ گمراه كننده است، چون بیان كارنوْ به انتقال «تمامی» گرما اشاره دارد و نه انتقال به «مقدار» گرما و منابع حرارتی. تامسن محتوای اساسی نظریه‌ی كارنوْ را در گزاره‌ی مربوط به خصوصیت آرمانی ماشینهای برگشت پذیر می‌دانست. این گزاره، همراه با گزاره‌ی جول، یكی از دو گزاره‌ی اصلی نظریه‌ی ماشینهای حرارتی محسوب می‌شود.با وجود این، تامسن از گزاره‌ی كامل بودن ماشینهای برگشت پذیر خشنود نبود. او نیاز به اصل بنیادی‌تری را احساس می‌كرد، چون این گزاره كاملاً گویا به نظر نمی‌رسید، چنان كه اصلهای كارنوْ كه پیش از كار جول مطرح شدند چنین بودند. در این زمان تامسن، كه مستقل از كلاوزیوس كار می‌كرد، به بسط مفهوم نوینی از حركت دائمی دست یافت و سپس كامل بودن ماشینهای برگشت پذیر را از اصل موضوع امكان ناپذیر بودن آن نتیجه گرفت. این حركت دائمی جدید، در صورت امكان پذیر بودن، تنها به وسیله‌ی تبدیل مستقیم گرما به كار می‌توانست اثرات مفید مكانیكی تولید كند. این امكان نه با گزاره‌ی جول و نه با امكان ناپذیری این نوع حركت دائمی، كه در آن بدون صرف هزینه می‌توان نتیجه‌ای بدست آورد، در تباین نبود. تامسن امكان ناپذیری آنچه را كه بعدها حركت دائمی نوع دوم نام گرفت با این كلمات بیان كرد: «امكان ندارد كه با استفاده از عامل مادی بی‌جان و با سردسازی قسمتی از ماده و رساندن دمای آن به دمائی پایین‌تر از دمای سردترین اشیای مجاور بتوان اثر مكانیكی بدست آورد.» (11)
بعد از 1223 (و شاید هم قبل از آن) تامسن احساس كرد كه اصلهای فوریه از طرف بعضی از زمین شناسان نادیده گرفته شده‌اند، «زمین شناسانی كه مخالفتی سرسختانه با تمام فرضیه‌های انقلابی داشتند، و معتقد بودند كه نه تنها اكنون در روی زمین مثالهائی از كنشهای مختلف می‌یابیم كه در آنها پوسته‌ی زمین در طول تاریخ زمین شناسی تغییر شكل یافته است، بلكه این كنشها هرگز در گذشته و در مجموع شدیدتر از آنچه امروز هستند نبوده‌اند.» تامسن پیشتر رهیافت «یكنواخت گرایی» را غیرقابل دفاع می‌دانست. او عقیده داشت كه اگر زمین و خورشید هر دو زمانی گویهای گداخته‌ای بوده‌اند كه در اثر تشعشع سرد شده‌اند (زمین پوسته‌ای تشكیل داده است و خورشید به سبب ویژگیهای بالا بودن دما و جنس موادّش به حالت «توده‌ی مایع ملتهب» باقی مانده است)، پس اتلاف گرمای مقرّر در قوانین فوریه ناگزیر باید در گذشته خیلی سریعتر از حال انجام گرفته باشد. اگر چنین بوده باشد، روشن است كه پدیده‌هائی مانند بادها كه به شیبهای گرمایی بستگی دارند باید در زمانهای پیشین خیلی شدیدتر بوده باشند. در 1223 این نظرها صرفاً در شمار معتقدات بودند. تامسن، چون حل تفصیلی این گونه مسائل انتقال گرما را بدست نیاورده بود، در مورد اصلاحاتی كه شرایطی مانند انجماد پوسته‌ی خارجی زمین ممكن است در زمینه‌ی آهنگ اتلاف گرما فراهم آورند تحقیقی بعمل نیاورد. مهمتر آن كه او تمام داده‌های لازم برای تعیین مقادیر عددی را در اختیار نداشت.
در پاییز 1231 معتقدات تامسن درباره‌ی نابسندگی فرضهای مربوط به یكنواخت گرایی در نتیجه‌ی قانون دوم گرماپویایی متقاعدكننده‌تر شدند. اینك او نظریه‌ی فوریه در مورد رسانش گرما را «كار زیبائی از یك حالت خاص مكتب كلی "اتلاف كارمایه" می‌پنداشت». عقاید پیشین تامسن اكنون با مفهوم اتلاف كارمایه تقویت شده بود. او استدلال می‌كرد كه كنشهای زمین شناختی، كه در نهایت جنبه‌ی مكانیكی دارند، و در حالاتی مانند آتشفشانها به شیبهای درونی گرمای زمین مربوطند، باید با اتلاف كارمایه (یا به عبارتی كه بعداً بیان كرد «با تخلیه‌ی كارمایه‌ی ظرفیت») بتدریج از شدتشان كاسته شود. حتی اگر زمین از بدو تشكیل در مجموع به میزان قابل توجهی سرد نشده باشد، هنوز باید نتیجه گرفت كه فعالیت آتشفشانی بایستی در گذشته شدیدتر بوده باشد. زیرا كه این حالت خاصی از تبدیل گرما به اثر مكانیكی است، و برابری اجتناب ناپذیر دما در تمام حجم زمین در نهایت باید به حالت سكون منجر شود. در 1231 تامسن همچنین فكر می‌كرد كه، بنابر قانونهای فوریه، زمین و خورشید بایستی به مرور زمان به میزان زیادی سرد شده باشند (با وجود این، برای اثبات این ادعا دلیل موجهّی نیاورده بود). به هر حال او فكر می‌كرد كه قانون دوم گرماپویایی ایجاب می‌كند كه فعالیت آتشفشانی درگذشته باید بسیار شدیدتر از حال بوده باشد. (اما اگر خورشید به میزان قابل توجهی سرد نشده باشد، در این صورت در پدیده‌های جوّی روی زمین هم- هرچند لزوماً در قلمرو زمین شناسی نیستند- ممكن است در جریان زمان تغییرات زیادی رخ نداده باشد).
در 1241 تامسن دلایل مفصّلی در تأیید موضوع مورد بحث سرد شدن خورشید بدست داد. قبلاً این نظر مورد قبول بود كه دمای خورشید، با وجود آن كه جِرمی ملتهب و گرماتاب است، ممكن است در حدود ثابتی باقی مانده باشد و گرمای از دست رفته‌ی آن دوباره با ورود شهابسنگها یا بر اثر انقباض ناشی از گرانش، یا هر دو عامل، جبران گردد. تامسن با تخمینهای عددی خود این مسائل مجادله آمیز را رد كرد. در مورد اول، استدلال او این بود كه ازدیاد جِرم ناشی از ورود شهابسنگها ممكن است حركت سیاره‌ای را مختل سازد. در مورد دوم، حتی اگر در اثر انقباض گرما ایجاد شود، با توجه به تخمین معقول گرمای ویژه مواد موجود در خورشید كه از «اصول استوْكس در شیمی خورشید و ستارگان» (نظریه‌ی طیفنمایی) حاصل می‌شود، همبستگی بین مقدار واقعی گرمای تابیده و مقداری كه از انقباض گرانشی بدست می‌آید بسیار اندك است. بنابراین تامسن چنین استدلال می‌كرد كه به احتمال قوی خورشید خیلی سرد شده است و توده‌ی مایع ملتهبی است كه از خارج گرمائی دریافت نمی‌دارد. بر این مبنا، تامسن، با استفاده از تخمینی كه از گرمای ویژه‌ی خورشید داشت و میزان تابش فعلی آن، محاسبات بیشتری انجام داد و به این نتیجه رسید كه طول مدت تابش خورشید بر زمین شاید از 100000000سال و تقریباً [مسلم است كه] از 500000000 سال بیشتر نیست.
نتیجه گیری تامسن برای حد بیشینه‌ی عمر خورشید با نظر زمین شناسان یكنواخت گرا كه فرض می‌كردند برای زمان زمین شناختی محدودیتهای مطلقی نمی‌توان بدست داد در تضاد مستقیم بود. دیری نپایید كه تامسن مقاله‌ی دومی در تأیید عقیده‌ی پیشین خود منتشر كرد مبنی بر این كه زمین نیز در گذشته باید بسیار گرمتر بوده باشد. وی نشان داد كه بنابر قوانین انتقال گرمای فوریه، با در نظر گرفتن آهنگ نزول گرمای زمین نسبت به عمق، از زمان انجماد حالت مذاب اولیه‌ی آن نباید كمتر از 20000000 سال و بیشتر از 400000000 سال گذشته باشد. این حدود نتایج دقیقی از قوانین فوریه بودند كه با در نظر گرفتن تابش گرمای یك كره‌ی مذابِ در حال سرد شدن بدست می‌آمدند. این محاسبات برآورد محتملی از تأثیرات تشكیل پوسته‌ی زمین را نیز شامل می‌شد، با این شرط كه زمین غیر از گرمای مركزی چشمه‌های كارمایه‌ی دیگری نداشته باشد. مقصد اصلی تامسن از نگارش مقاله‌های 1241 این بود كه رهیافت لایل و یكنواخت گرایان افراطی را در زمین شناسی به باد انتقاد گیرد. او احساس می‌كرد كه یكنواخت گرایان به خورشید «همان گونه می‌نگرند كه گل سرخهای فوْنتنل به باغبان خود. آنها می‌گویند كه ‘باغبان ما باید آدم خیلی مسنّی باشد؛ و در حافظه‌ی گل‌ها او همان است كه همیشه بوده است؛ غیرممكن است كه او بتواند جز آن باشد كه هست’» لایل ادعا كرده بود كه گاهشماری زمین شناختی مطلق به درد نمی‌خورد و به احتمال قوی ممكن هم نیست. با وجود این، تا سال 1244 زمین شناسان بریتانیایی مطمئن نبودند كه نظر لایل در این زمینه درست بوده باشد، و درباره‌ی این كه آیا تاریخ زمین را به طور مطلق بتوان زمان بندی كرد یا نه اختلاف نظر وجود داشت. بعضی عقیده داشتند كه می‌توان آن را با فواصل زمانی دلخواه به دوره‌های مشخصی گروه بندی كرد (پیش كامبریایی، كامبریایی، و غیره). تامسن با اصرار بر این كه می‌توان، و درواقع، باید زمانهای مطلقی را در زمین شناسی بكار برد ندانسته به ماجرای گاهشماری زمین شناسان كشیده شد.
این فكر كه گرمای مركزی زمین موجب فعالیت آتشفشانی و دیگر فرایندهای زمین شناختی كه با تغییرات گرمایی همراه است مورد قبول بسیاری از زمین شناسان زمان بود؛ و انتقاد تامسن بدین منجر می‌شد كه، اگر این عقیده مورد قبول باشد، نتیجه آن می‌شد كه سطح زمین بایستی به مدتی طولانی صحنه‌ی تغییرات شدید و اغلب ناگهانی بوده باشد. این نكته‌ی اخیر بخصوص طرفداران داروین را، كه تكامل را امری بسیار كُند و فرایندی تدریجی می‌دانستند كه باید در متن تغییرات یكنواخت زمین شناختی ایجاد شود، با مشكل رو به رو كرد. مدت سی سال دست اندركاران زمین شناسی و زیست شناسی یا می‌بایست یافته‌های فیزیك را نادیده گیرند، كه معدودی از آنها براحتی قادر به این كار بودند، یا در بهترین حالت به روش هاكسلی به محدودیتهای تامسن پاسخ گویند. (12)
پذیرش نظریه‌ی پویشی حرارت و در پی آن فوْرمول بندی دوباره‌ی اصول گرماپویایی از طرف تامسن بود كه او را به چند نتیجه‌ی منجر به مجادله‌ی زمین شناسی رهنمون شد. اما تأثیر نظریه‌ی پویشی به حوزه‌هائی محدود نمی‌شد كه مستقیماً با فرایندهای گرمایی در ارتباط بودند. با قبول این مفهوم كه گرمای محسوس «نیروی حیاتی» مخصوصی است و این گرمای نهان اثر ذخیره شده‌ی پیكربندی موْلكولی است، تامسن، برای نخستین بار در زندگی حرفه‌ایش، عمداً موجودات غیرقابل مشاهده را بكار برد و فرضیه‌های فیزیكی را مورد استفاده قرار داد. باید دانست كه علت امتناع اولیه‌ی تامسن در استفاده از موجودات غیرقابل مشاهده ناتوانی او در نسبت دادن خواصّ مادّی حقیقی به این گونه موجودات بود. در مقابل، نظریه‌ی پویشی حرارت متضمن پذیرش هیچ مفهوم خاصی از ماهیت نهایی ذرات مادی نبود. تنها لازمه‌ی آن این بود كه این ذرات وجود داشته باشند و خواصی مانند خواص جرم، حركت، و توانِ وارد ساختن نیرو را از خود ظاهر سازند (هرچند كه خاصیت اخیر از چند نظر مشكل آفرین است). بنابراین، فكر این كه گرما نوعی حركت ذره‌ای است افق دید تامسن را برای رهیافت جدیدی به تمام نظریه‌های فیزیكی باز نمود. او در 1251 درباره‌ی اندیشه‌های خود پیش از قبول نظریه‌ی پویشی چنین نوشت:
...[پیش از 1226] من نمی‌دانستم كه حركت همانا جوهر حقیقی آن چیزی است كه تا به حال مادّه خوانده شده است. در گردهمایی 1226 انجمن بریتانیایی در آكسفرد، من از طریق جول از نظریه‌ی پویشی گرما آگاهی یافتم و وادار شدم كه بسیاری از پیش پندارهای ایستا را كه درباره‌ی علل نهایی پدیده‌های بظاهر ایستا بود بیكباره و بقیه را هم بتدریج و سال به سال ترك گویم.
در سال 1234 تامسن نامه‌ای به جان تیندل نوشت و در آن به «كیفیتهای مكانیكی» محیطی كه تمام فضا را پر كرده است اشاره كرد. او اینك بر این عقیده بود كه توضیح نهایی پدیده‌های برقمغناطیسی را باید در ساختار محیطی كه به صورت پویشی تصور می‌شود جستجو كرد. در 20 اردیبهشت 1235 تامسن مقاله‌ای به انجمن پادشاهی فرستاد كه در آن برای توضیح اثر فاراده از خواص پویشی موجودات موْلكولی استفاده كرد. از آن پس او میل داشت از موجوداتی با ساختار ریز استفاده كند كه از خواصّ مادّی موردنیاز برخوردار باشند، و چنین استدلال می‌كرد كه هر جریان گالوانی مولّد مارپیچ متحركی است كه به دور خط نیروی مغناطیسی كه از وسط محور جریان می‌گذرد حلقه می‌زند. درواقع، او می‌خواست بفهماند كه جریان خود شامل محبوس سازی بخشی از این مارپیچ در مادّه‌ی سنجش پذیر است. موجهای نورانی به وسیله‌ی ارتعاشهای عرضی ذرات این مارپیچهای متحرك انتشار می‌یابند، و سطح قطبش موجها در جهتی خواهد چرخید كه به حركت مارپیچ وابسته است، و این، به نوبه‌ی خود، به جهت نیروی مغناطیسی بستگی دارد. (13) (- شكل 1.)
تامسن معتقد بود كه این طرز نمایش از عهده‌ی توجیه نهایی تمام اثرهای برقمغناطیسی برمی‌آید. نیروهای مغناطیسی را می‌توان حاصل حركات پیچی مارپیچهای متحركی دانست كه، وقتی در ماده برقرار می‌شوند، به جریانها و نیروهای برق ایستای ناشی از تراكم آنها منجر می‌شوند:
حال فضا را به طور كامل در نظر بگیریم. می‌دانیم كه نور مانند صوت تحت فشار و حركت منتشر می‌گردد... اگر نیروی برقی به كنش سطحیِ باقیمانده كه برایند تنش داخلی در محیط عایق است، بستگی داشته باشد، ما می‌توانیم تصور كنیم كه برق نه به عنوان یك عَرَض بلكه به عنوان جوهر مادّه قابل درك شود. برق، به هر صورت كه باشد، كاملاً مسلم به نظر می‌رسد كه برق در حال حركت همان گرما است و سمتگیریهای خاصی از محورهای دَوَران منجر به تولید مغناطیس می‌شود... (14)
همین دیدگاه تامسن بود كه در سالهای 1236 تا 1241 در رسیدن به رهیافت جدید نظریه‌ی برقمغناطیس مورد استفاده‌ی مكسول قرار گرفت.
تامسن، با وجود نفوذی كه در مكسول داشت، نسبت به رهیافت مكسول در نظریه‌ی برقمغناطیس بسیار بدگمان بود. دلایل این بدگمانی تامسن در اعتقادات فراگیر او نسبت به ماهیت فرضیه‌هائی كه باید در تبیینهای فیزیكی بكار برده شوند نهفته است. هرچند نظریه‌ی پویشی گرما ذهن تامسن را نسبت به نقش موجودات غیرقابل مشاهده در نظریه باز نموده بود، ولی او هنوز درباره‌ی ماهیت موجودات قابل قبول عقاید بسیار مشخص داشت. او در یك یادداشت منتشر نشده (15) در 1237 چنین نوشت: «من مجبور شده‌ام كه... برای بیان برخی از خواص معلوم ماده‌ی محسوس از طریق تحقیق در حركت [شاره‌ای كه فواصل بین ذرات جامد جدا از هم را پر كرده است] و صرفاً براساس اصول پویشی كوشش فراوانی بعمل آورم.» تنها صفاتی كه به این شاره‌ی فضا پركن می‌توان نسبت داد عبارتند از: گستردگی، تراكم ناپذیری، و لختی (=ماند)؛ اینها، همراه با قوانین مكانیك، «اصول پویشی» زیربنایی نظریه‌ی فیزیكی را تشكیل می‌دهند. این اظهارنظر بوضوح تغییر عقیده‌ی اولیه‌ی تامسن را درباره‌ی شاره‌های بی‌وزن و اعتقاد راسخ او را مبنی بر این كه توضیح نهایی تمام فرایندهای فیزیكی را باید در گستردگی ماده و حركتِ لختی آن جستجو كرد می‌رساند.
با این حال یك پدیده پیش از همه در مسیر هر نظریه‌ی كلی از نوعی كه او می‌خواست پابرجا بود، و آن پدیده‌ی كشسانی بود. اگر هیچ چیز فراتر از ماده و حركت را نباید پذیرفت، پس واكنش كشسانی در برابر تراكم و واپیچش باید بدون توسل به «نیرو» به معنای نیوتنی آن قابل تبیین باشد. در 1237 تامسن هیچ نظریه‌ای در اختیار نداشت كه بتواند كشسانی را تنها براساس گسترش و لختی بیان كند. آنچه او را در مسیر یافتن یك راه حل قرار داد، مقاله‌ی 1237 هلمهوْلتس به ترجمه‌ی مورخ 1246 تیت درباره‌ی حركت گردشاری شاره‌های ناروان و تراكم ناپذیر بود: این گونه شاره‌ها بدون توسل به هیچ اصولی فراتر از لختی و گسترش قابل تحلیلند. در این كار، هلمهوْلتس، كه تامسن با او دوستی شخصی نزدیكی داشت، نشان داده بود كه حركت گردشارهای خطی شاره، كه بنابر تعریف عبارتند از خطوط رسم شده در شاره كه در امتداد آنها تكانه‌ی زاویه‌ای اجزای جزئی شاره ثابت می‌ماند، از طریق انتشار فشارهای لحظه‌ای ناشی از وجودشان در كل شاره، بر یكدیگر تأثیر می‌گذارند. این اثرها بدان سبب لحظه‌ای هستند كه شاره تراكم پذیر نیست. خطوط بسته‌ی حركت گردشاری طرحهای قابل توجهی تشكیل می‌دهند: به نظر می‌رسد كه هر دو خط بسته به طریق پیچیده‌ای كه بستگی به سمتگیری متقابل و تكانه‌ی زاویه‌ای اجزای تشكیل دهنده دارد یكدیگر را جذب یا دفع می‌كنند. این اثرها تنها در نتیجه‌ی فشارهای ایجاد شده در محیط حاصل می‌شوند.
در 1246 تامسن مقاله‌ای با عنوان «درباره‌ی حركت گردشاری» را چنین آغاز كرد: «كار ریاضی مقاله‌ی حاضر برای تشریح این فرضیه انجام شده است كه تمام فضا را یك شاره‌ی تراكم ناپذیر بدون اصطكاك اشغال كرده است كه بدون نیرو عمل می‌كند، و پدیده‌های مادی از هر نوع كه باشند تنها به حركات ایجاد شده در آن شاره بستگی دارند.» (16) در مقاله‌های بعدی، تامسن كوشش نمود كه ثابت كند كه لوله‌های بسته‌ی گردشار (چنبره‌هائی كه سطوحشان از رشته‌های خطیِ به هم بسته تشكیل شده است) رفتارشان نسبت به یكدیگر بیشتر مانند ذراتی مادی است كه اجسام از آنها ساخته می‌شوند با همان خصوصیاتی كه از آنها انتظار می‌رود: این لوله‌ها یكی دیگری را «دفع می‌كند»، و در بعضی شرایط، یكدیگر را «جذب می‌كنند»- این كنشها نتیجه‌ی اِعمال «نیرو» نیستند، بلكه فقط بر اثر حركات مادی حاصل می‌شوند. تامسن سرانجام وادار شد بپذیرد كه برنامه‌ی او را نمی‌توان چنان گسترش داد كه برقمغناطیس یا نظریه‌ی برقمغناطیسی نور، گرانش، و پدیده‌های شیمیایی را دربرگیرد؛ ولی طی دوره‌ی 20 ساله‌ی 1239-1259 او مفهوم «اتوْمهای گردشار» را در ذهنش حفظ كرده بود و چنین می‌پنداشت كه همه‌ی ذرات مادی درواقع لوله‌های گردشاری هستند كه در محیطی فراگیر قرار دارند. هرچند آفرینش اولیه‌ی آنها از لحاظ مكانیكی غیرقابل توجیه به نظر می‌رسد، تامسن كنشهای آنها را به عنوان مفیدترین زیربنا برای تحقیقات نظری قبول داشت. هلمهوْلتس نشان داده بود كه گردشارها، همین كه به طریق ناشناخته‌ای در محیطی ناروان پدیدار گردند، ویژگیهای تغییرناپذیری می‌یابند كه به وسیله‌ی فرایندهای مكانیكی قابل افزایش یا نابودی نیستند، و بدین سان ابدی می‌مانند. از جمله‌ی این ویژگیها، چنان كه پیشتر یادآوری گردید، حالت شبه كشسانی است كه در اثر آن گردشارها در ظاهر به طور كشسان از یكدیگر دوری می‌جویند. تامسن در این زمینه احتمال می‌داد كه اتوْمهای كشسان در نظریه‌ی جنبشی همان گردشارهای دائماً در حال دَوَران باشند.
استواری در این اعتقاد سبب گردید كه تامسن در برخورد به كار مَكسول از خود واكنش سردی نشان دهد. مكسول در سالهای 1240-1241 و نیز در 1243 در معادلاتی كه برای فرایندهای پویشی محیط كشسان نوشت، ناچار شد از نوعی «كشسانی» یا نوعی مقاومت در برابر تغییر شكل به صورت تبدیل ناپذیر استفاده كند. افزون بر آن، در معادلاتی كه در سال 1243 عرضه شدند، تجسم فرایندهای اثیری- به دلیل پویشی بودن آنها، و استفاده از مفهومهای اولیه‌ی جوهر مادی، تكانه، و كارمایه- كار دشواری است، اما ساختار محیط لزوماً پیوسته فرض نمی‌شود و به ویژگیهایش نیز اشاره نمی‌شود. تامسن كشسانی را خاصیتی می‌انگاشت كه باید كاملاً به صورت حركت مادی قابل تبدیل باشد. او تا سال 1246 بشدت تحت تأثیر امكانات این محیط شاره گونه قرار داشت، و دستگاه مكسول را در بهترین صورت همانند یك ایستگاه بین راه در جاده‌ای می‌نگریست كه به مقصد مناسبتری می‌انجامد. او نتوانست مفهوم كشسانی آغازین را بپذیرد. (به همین دلیل، بسیاری از جانشینان انگلیسی مكسول نیز آن را نپذیرفتند و خود مكسول هم در این مورد مشكل داشت). بعلاوه، تامسن به هیچ نظریه‌ی پویشی‌ای كه نتواند در چارچوب یك محیط پیوسته‌ی قابل تجسم بگنجد علاقه‌ای نداشت. هرچند این امیدها او را از پذیرش طرح مكسول بازداشت، و بتدریج شكاف بین او و نسل جدید «متخصصان برق» انگلیسی اواخر دهه‌ی 1250 و اوایل دهه‌ی 1260 را وسیعتر كرد، با این حال عقاید او عموماً بهترین موقعیت برای ایجاد یك نظریه‌ی پویشی حقیقی بشمار می‌رفت. و خود مكسول هم، با وجود عدم توافق تامسن با نظریه‌اش، این نظر او را تحسین می‌كرد. وی در آن دست كم كوششی را برای به دست آوردن سادگی مكانیكی نهایی می‌دید؛ او هم به این هدف معتقد بود و تنها تا آنجا كه لازم بود در رهیافت به برقمغناطیس از آن منحرف شد. مكسول درباره‌ی گردشارهای تامسن چنین نوشت:
...از دیدگاه فلسفی، بیشترین اعتبار این نظریه در این است كه توفیق آن در تبیین پدیده‌ها به كاردانی طراحانش، كه با وارد كردن یك نیروی فرضی و سپس نیروی دیگر «حفظ ظاهر» می‌كنند، بستگی ندارد. اتوْم گردشار، همین كه به حركت درآورده شود، تمام خواص آن مطلقاً تثبیت می‌شود و به وسیله‌ی قانونهای حركت شاره‌ی آغازین، كه بتمامی به صورت معادلات بنیادی بیان شده‌اند، تعیین می‌گردد. شاگرد لوكرتیوس می‌تواند به امید تركیب اتوْمها با یكدیگر اتوْمهای جامد خود را بشكند و ریزریز كند؛ پیرو بوْشكوْویچ می‌تواند قوانین نیروی تازه را در نظر بگیرد تا پاسخگوی مقتضیات هر پدیده‌ی جدیدی باشد؛ ولی كسی كه جرأت كند در مسیری كه به وسیله‌ی هلمهوْلتش و تامسن گشوده شده است گام نهد، این گونه منابع را در اختیار ندارد. شاره‌ی آغازین او خواص دیگری سوای لختی، چگالی تغییرناپذیر، و تحرك كامل ندارد، و روشی هم كه به كمك آن باید حركت این شاره را توصیف كرد تحلیل ریاضی ناب است. (17)
توجه تامسن به مبانی پویشی علوم فیزیكی، و اصرار او بر این كه موجود مادی باید بروشنی قابل تصور باشد، به نحو چشمگیری در Treatise in Natural Philosophy («رساله‌ای در حكمت طبیعی») او، كه در اوایل دهه‌ی 1240 با همكاری پیتر گاثری تیت نوشت، نمایان است. این كتاب كه عموماً آن را با عنوان «تامسن و تیت» می‌شناسند، و اثر متأخرتر مكسول با عنوان Treatise on Electricity and Magnetism («رساله‌ای درباره‌ی برق و مغناطیس») مهمترین كتابهای درسی فیزیك در بریتانیا در نیمه‌ی دوم قرن نوزدهم بشمار می‌رفتند. تامسن ابتدا خیال داشت به نگارش یك دوره‌ی چند جلدی حاوی شرح كاملی از تمام نظریه‌های فیزیكی، شامل فرایندهای مادی، گرما، نور و برق و مغناطیس دست زند. اما، او و تیت دو جلد اول آن را كه درباره‌ی جنبش شناسی و پویایی شناسی بود نوشتند. نشانه‌ی ناتمام ماندن اثر را از ارجاعهای مكرر به قسمتهای آینده- چنان كه، مثلاً از ارجاع به بخش طراحی شده‌ی مربوط به خواص ماده معلوم می‌شود- می‌توان دریافت. تامسن و تیت جنبش شناسی ذرات نقطه‌ای و پویایی شناسی حركت تحت تأثیر نیرو را به طور كامل شرح دادند؛ تأكید زیادی بر پویش محیطهای مادی گذاشتند؛ از هر دو روش فوْرمولبندی تازه‌ی مكانیك لاگرانژی و بقای كارمایه بتفصیل استفاده كردند. كتاب «رساله‌ای در حكمت طبیعی» نسل جدیدی از دانشمندان فیزیك انگلیسی و امریكایی را با جزئیات و مفاهیم مكانیك آشنا كرد.
تامسن، در كوشش خود برای دستیابی به نظریه‌ی دیگری در مقابل نظریه‌ی نوری مكسول، از گردشارهایش نتیجه‌ای نگرفت، و در 1267 درباره‌ی دلایل شكست نظریه‌ی جامد- كشسان در مورد اثیرِ ناقل نور شروع به تحقیق كرد. وی در این تحقیق بویژه محیطی را در نظر گرفت كه جوْرج گرین آن را در 1216 مطرح ساخته بود. گرین، به منظور اجتناب از ناپایداری و حذف موجهای طولی، مجبور شده بود كه اثیر را تراكم ناپذیر فرض كند. اما، او در این زمینه نتوانست قانون تانژانت فرِنِل را برای بازتاب و شكست نور در موجهای قطبی شده‌ی عمود بر سطح تابش بدست آورد. تامسن، كه به نظریه‌ی گردشار خود امیدوار بود، نخست شاره‌ی ناروانی را كه در خلل و فرج جسم جامد تراكم ناپذیر و اسفنج مانند قابل نفوذ بود در نظر گرفت، ولی طولی نكشید كه متوجه شد كه این ساختار تنها بر اشكالات پیشین می‌افزاید. بدین سبب، به این فكر افتاد كه ممكن است نظریات گرین درباره‌ی پایداری قابل تردید باشد. چون مسأله را دقیقتر بررسی كرد، به نظرش چنین آمد كه نوع ناپایداریِ مطرح شده به وسیله‌ی گرین، كه همان فشردگی خود به خودی حجم محدودی از اثیر باشد، «در شرایطی كه محیط را در فضای بی‌انتها گسترده فرض كنیم یا این كه آن را در داخل دیواره‌های یك ظرف نگهدارنده‌ی ثابت محبوس بگیریم»، حاصل نخواهد شد.تامسن، با فرض این كه اثیر در برابر تراكم حجم مقاومت ندارد، توانست نشان دهد كه فرضیه‌ی موردنظر این امكان را می‌دهد كه تمام قوانین فرنل از آن نتیجه شود، و در عین حال موجهای طولی را حذف كند و از ناپایداری دوری جوید. تأثیر این كار بر طرفداران مكسول فوری و دامنه دار بود. در عرض یك ماه ریچارد تِتلی گلیزبروك مقاله‌ای نوشت و مفهوم جدید را با موفقیت برای شكست دوگانه، پاشندگی، و بازتاب فلزی بكار برد. در ایالات متحد، ویلرد گیبز نظریه‌ی جدید را با نظریه‌ی برقی چنین مقایسه كرد:
روشن است كه نظریه‌ی برقی نور رقیب سرسختی دارد. می‌توان گفت كه چنین رقیبی شاید تا پیش از انتشار مقاله‌ی ویلیام تامسن در نوامبر گذشته وجود نداشته است. با این حال، نه شگفتی از نتایجی كه از آن بدست آمده است، و نه تحسین برای شهامت و نبوغ كسی كه درست درصدد جستجوی راه حل مسأله‌ای برآمده است كه هیچ كس دیگر جسارت نظرافكندن به آن را نداشته، و در نتیجه نیم قرن شكست را به پیروزی برگردانده است، نباید ما را از حالت كنونی مسأله غافل سازد.
آنچه درباره‌ی نظریه‌ی برقی هنوز هم می‌توان گفت این است كه اجباری در اختراع فرضیه‌ها ندارد، بلكه تنها كاربرد قوانین حاصل از دانش برق كفایت می‌كند، و تطابق بین خواص برقی و نوری محیط هم كار دشواری است مگر آن كه برای حركات نور ماهیتی برقی در نظر بگیریم... (18).
تامسن، با وجود توجه عمیق به مسائل نظری، سخت به سنجش افزارهای فیزیكی علاقه مند بود. او دریافته بود كه ابزارهای موجود برای تعیین دقیق ثابتهای مهم فیزیكی كافی نیستند. هنگامی كه اقتصاد صنعتی پیچیده‌ی بریتانیا شروع به استفاده از پدیده‌های برقی كرد، سنجش افزارها نقش بسیار مهمتری پیدا كردند، و تامسن هم در طرح ریزی و كاربرد بسیاری از ابزارهای جدید درگیر شده بود.
علاقه و شهرت او نظر اتحادیه‌ای از صاحبان صنایع بریتانیا را به خود جلب كرد، به طوری كه آنها در اواسط دهه‌ی 1230 پیشنهاد كشیدن یك كابل تلگراف زیردریایی بین ایرلند و نیوفندلند را مطرح كردند. صنعت تلگراف در آن زمان كاملاً پیشرفته بود و كار بسیار پردرآمدی محسوب می‌شد، و فكر كشیدن چنین كابلی هم تازه نبود. انجام این عمل شاید نخستین مورد ارتباط متقابل و پیچیده‌ی بین مؤسسات صنعتی بزرگ از یك سو و برق نظری از سوی دیگر بود. تامسن را از همان ابتدا به عنوان عضو هیأت مدیره در این طرح وارد كردند، و هم او بود كه نقش اصلی را در آن برعهده داشت.
مدیران اجرای جزئیات فنی طرح را به یك متخصص برق صنعتی، به نام ا. ا. و. وایت هاروس، واگذار كردند؛ و اشكالات فراوانی كه از همان آغاز در آن ظاهر شد بر اثر اصرار وایت هاوس در بكار بردن دستگاه ارسال علامتهای برقی وی و به رغم مخالفتهای نظری تامسن به وجود آمد. تامسن دستگاه بسیار دقیق گالوانوْمتر آینه‌ای را، برای آشكارسازی جریانهای بی‌اندازه كوچك كه از چندین فرسنگ كابل عبور كرده باشد، ساخته بود، ولی وایت هاوس از بكار بردن آن خودداری كرد. اختلاف وایت هاوس و تامسن در وهله‌ی اول به سبب حسادت وایت هاوس به شهرت تامسن بود. تامسن ادعا می‌كرد كه طول كابل بر اثر باردار شدن پوشش عایق آن، به مقدار زیادی سرعت ارسال علامتها را كاهش می‌دهد مگر آنكه ووْلتاژهای كوچكی بكار برده شوند، و این ووْلتاژها به اندازه‌ای كوچك بودند كه تنها گالوانوْمتر او قادر به آشكارسازی جریانهای آن بود.
نخستین كوشش برای كشیدن كابل در 1236، هنگامی كه كابل از هم گسسته شد و از بین رفت، بی‌نتیجه ماند. كوشش دوم، كه یك سال بعد آغاز شد، موفقیت آمیز بود، ولی ووْلتاژهای زیادی كه روش وایت هاوس می‌طلبید توانایی كابل را در انتقال سریع علامتها، همان طور كه تامسن پیش بینی كرده بود، كاهش می‌داد. وایت هاوس شخصاً متوجه عدم كفایت ابزارهایش شد، و پنهانی گالونوْمتر تامسن را جانشین آنها ساخت و پیشرفت كار را مدیون روشهای خود اعلام كرد. ولی این فریب زود كشف شد، و مشاجره‌ای كه بین وایت هاوس، هیأت مدیره، و تامسن درگرفت، دانش نظری، خودبینی حرفه‌ای، و رسوایی مالی را با هم درآمیخت. كابل سومی كه در 1244 با بكار بردن دستگاههای تامسن كشیده شد قابلیت انتقال سریع و ماندگاری را به اثبات رسانید. نقش تامسن، به عنوان مردی كه سرمایه گذاری هنگفتی را نجات داد، از نظر جامعه‌ی اقتصادی انگلستان و عامه‌ی مردم عصر ویكتوریا او را به صورت قهرمان درآورد، و درواقع او را به لقب اشرافی مفتخر كرد. این امر همچنین آینده‌ی شخصی درخشانی را برای او پایه گذاری كرد.
همچنان كه ماجرای كابل اقیانوس اطلس بخوبی نشان می‌دهد، تامسن عمیقاً خود را درگیر كاربرد صنعتی سنجش افزارهائی كرد كه برای اندازه گیری‌های دقیق طراحی شده بودند. درگیری او در صنعت از تمایل شدید وی به توسعه‌ی كاربردهای علم در فنّاوری ناشی نمی‌شد، هرچند این انگیزه را هم می‌توان بی‌شك در میان انگیزه‌های دیگر به حساب آورد. بهتر این است كه این امر را پیامد علاقه‌اش به سنجش افزارها تلقی كنیم. دو هدف اصلی زندگی او را می‌توان كاربرد مفاهیم مكانیكی در فیزیك و ساخت دستگاههای اندازه گیری دقیق دانست. عامه‌ی مردم تامسن را، كه پس از دریافت لقب بَرن كلوین لارگزی خوانده می‌شد، با وجود آنكه از لحاظ شیوه‌های پویای تفكر از زمانه‌اش عقب‌تر بود، تا آخر عمر به عنوان بنیادگذار فیزیك بریتانیا می‌شناختند. او در بریتانیا و هلمهوْلتس در آلمان پیشروترین چهره‌های تحول- و درواقع، ابداعِ- علم فیزیك بودند كه در اوایل قرن بیستم شناخته شده بود.
كتابشناسی
همه‌ی مقاله‌های تامسن در دو مجموعه گردآوری شده است: Reprints of Papers on Electrostatics and Magnetism (لندن، 1872)؛ و Mathematical and Physical Papers (كیمبریج، 1911). مقاله‌هائی كه به مناسبتهای خاص نوشته می‌شدند در اثر اولی تجدید چاپ نشده‌اند، اما در جائی كه بایست قرار گیرند، به مجله‌های مربوط ارجاع داده شده است. كتاب Treatise on Natural Philosophy، 2 جلد (آكسفرد، 1867)، با همكاری پ.گ.تیت، بارها بچاپ رسید.جامعترین زندگینامه The Life of William Thomson,Baron Kelvin of Larges است، از س.پ.تامپسن 2 جلد (لندن، 1901). این اثر، هرچند غیرنقادانه است، گزیده‌ی پرحجمی از مكاتبات تامسن و كتابشناسی كاملی از مقاله‌های او را در بردارد. «دفتر یادداشتهای سبز» تامسن، كه در طول زندگی او نوشته شده‌اند، بچاپ نرسیده‌اند، اما در كتابخانه‌ی دانشگاه كیمبریج در دسترسند. گزارشهای كوتاه از زندگی و كار تامسن مشتملند بر Lord Kelvin as Professor in the Old College of Glasgow، از دیوید ماری (گلاسكوْ، 1924)؛ Lord Kelvin,His Life and Work، از الگزاندر راسل (لندن- ادینبرا- نیویورك، 1939)؛ و Lord Kelvin Physicst,Mathematician Engineer، از ا. پ. یانگ (لندن، 1948).
نیز - «Kelvin,His Amazing Life and Worldwide Influence»، از هربرت نوْرتن كَسن، در EMag (1930)، «Lord Kelvin:a Recollection and an Impression» از جان فِرگسن، در GUM، 20 شماره‌ی 9 (1908)؛ نطق جشن صدمین سال كلوین و خطابه‌های یادبود (لندن، 1924)؛ Kelvin the Man.A Biographical Sketch by His Niece، از اگنس گاردنر كینگ (لندن، 1925)؛ «Notice historique sur la vie et loeuvre de Lord Kelvin»، از امیل پیكار، در AASP (1920)؛ «William Thomson:Smoke Rings and Nineteenth-Century Atomism»، از البرت هـ. سیلیمن، در Isis، 54 (1963)، 461-474؛ «College Life at Cambridge in Days of Stokes,Cayley,Adams and Kelvin»، از ا. واتسن در SM، 6 (1939)، 101-106.
پی‌نوشت‌ها:
1.The Life of William Thomson («زندگی ویلیام تامسن») از س.ف.تامپسن، یكم.
2.«درباره‌ی حركت یكنواخت گرما در اجسام جامد همگن، و ارتباط آن با نظریه‌ی ریاضی برق»، از و.تامسن، در CMJ، 3 (1843)، 71-84.
3.«زندگی ویلیام تامسن»، از س.ف.تامپسن، دوم.
4.«اثبات گزاره‌ای بنیادی در نظریه‌ی مكانیكی برق»، از و.تامسن، در Reprints of Papers on Electrostatics and Magnetism («تجدید چاپ مقاله‌های مربوط به برق ایستا و مغناطیس»)، ص 100-103.
5.«درباره‌ی نظریه‌ی ریاضی برق در حال تعادل»، از و.تامسن، مأخذ یاد شده، 15-37.
6.درباره‌ی نمایش مكانیكی نیروهای برقی، مغناطیسی و گالوانی»، از و.تامسن، در Mathematical and Physical Papers («مقاله‌های ریاضی و فیزیكی»)، یكم (كیمبریج، 1911)، 76-80.
7.درباره‌ی مقیاس دماسنجی مطلق، مبتنی بر نظریه‌ی نیروی محرك گرمای كارنوْ، و محاسبه شده از روی نتایج آزمایشهای رنیوْ درباره‌ی فشار و گرمای نهان بخار»، از و.تامسن، در «مقاله‌های ریاضی و فیزیكی»، یكم، 100-106.
8.«گزارشی درباره‌ی نظریه‌ی نیروی محرك گرمای كارنوْ، با نتایج عددی حاصل از آزمایشهای رنیوْ درباره‌ی بخار»، از و.تامسن در TRSE، 16 (1849)، 541-574.
9.«ملاحظات نظری درباره‌ی اثر فشار در پایین آوردن نقطه‌ی انجماد آب»، از جیمز تامسن، در CDMJ، 5 (1850)، 248-255.
10.«درباره‌ی خاصیت جالب توجه بخار در ارتباط با نظریه‌ی ماشین بخار»، از و.تامسن در PhM، 27 (1850)، 386-389.
11.«درباره‌ی نظریه‌ی پویشی گرما؛ با نتایج عددی حاصل از ‘ هم ارزی واحد گرمایی’ آقای جول و اظهارنظرهای آقای رنیوْ درباره‌ی بخار»، از و.تامسن در TRSE، 20 (1853)، 261-288.
12.درباره‌ی این مسائل ← «گرمای مركزی زمین»، از پ.لارنس، پایاننامه‌ی دكتری، دانشگاه هاروارد، 1973.
13.«نمایشهای پویشی اثرهای دَوَرانی مغناطیسی و مارپیچ گونه‌‌ی اجسام شفاف بر نور قطبیده»، از و.تامسن در PRS، 7 (1856)، 150-158.
14.سخنرانی جمعه شب و.تامسن در مؤسسه سلطنتی، مندرج در «تجدید چاپ مقاله‌های مربوط به برق ایستا و مغناطیس»، ص 208-226.
15.كتابخانه‌ی دانشگاه كیمبریج، ضمیمه‌ی دستنویس شماره‌ی 7342، صندوق اول، دفترچه‌ی چهارم، ص اول تا دوم. منقول از مقاله «از دفترچه‌ی لرد كلوین: تفكراتی درباره‌ی اثیر»، از اوْله كونسن، در Cen، 16 (1966)، 41-53.
16.درباره‌ی حركت گردشار، از و.تامسن در PTRS، لندن، 25. بخش اول، (1868)، 217-260.
17.Scientific Papers of James Clerk Maxwell («مقاله‌های علمی جیمز كلارك مكسول»)، از ج.ك.مكسول (نیویورك، 1952)، 445-484، از «اتوْم گرایی»، در Encyclopedia Briannica («دایرةالمعارف بریتانیا»)، چاپ نهم، جلد دوم ( 1875).
18.«مقایسه‌ای بین نظریه‌ی برقی نور و نظریه‌ی اثیرِ نیمه تغییرپذیر سر ویلیام تامسن»، از ج.ویلرد گیبز، در AJS، 37 (1889)، 467-475.
گیلیپسی، چارلز كولستون، (1387)، زندگینامه‌ی علمی دانشوران، ترجمه احمد آرام...[ و دیگران]، تهران: شركت انتشارات علمی و فرهنگی، چاپ اول
مقالات مرتبط
تازه های مقالات
ارسال نظر
در ارسال نظر شما خطایی رخ داده است
کاربر گرامی، ضمن تشکر از شما نظر شما با موفقیت ثبت گردید. و پس از تائید در فهرست نظرات نمایش داده می شود
نام :
ایمیل :
نظرات کاربران
{{Fullname}} {{Creationdate}}
{{Body}}