“是什么让你进入天体物理学的?”这是我在拓展活动中经常被问到的问题，我的回答是，我早期对探索宇宙中最大问题的热情。还有在一个易受影响的年龄看《星球大战》
对于许多崭露头角的科学家来说，这种对基本原理的迷恋是一条老生常谈的道路。学习一些令人难以置信的领域，比如描述大尺度宇宙的广义相对论，以及控制原子和粒子微观世界的量子物理学，可能是刺激年轻人思维的有力途径。
然而，对于其他许多人来说，通往物理学的道路(就像地狱一样)是由良好的意图铺成的。激发他们热情的与其说是宇宙的深奥秘密，不如说是运用最新的科学来解决社会问题和全球挑战——从健康不平等到气候紧急情况。这两种动机都是有效的，甚至可能是必不可少的，有助于在“蓝天”研究和创新之间形成良性循环。
然而，这种研究和创新的双轨方法——全球研究委员会和资助机构当代使命的核心——并不像看起来那么现代。今年是威廉·汤姆森(又名开尔文勋爵)诞辰200周年，他可以说是19世纪乃至以后最有影响力的科学家。他善于将根本性的发现与社会和商业影响结合起来。
物理学的基石
汤姆森在格拉斯哥大学担任自然哲学教授长达53年，在物理学、数学和工程学领域做出了革命性的贡献，至今仍能引起共鸣。
他最为人所知的可能是他在能量和热力学定律方面的研究。热力学是研究热与功的科学，常被誉为自然界最牢不可破的定律。据报道，英国天体物理学家阿瑟·爱丁顿(Arthur Eddington)在20世纪20年代宣称，热力学“在自然定律中占据至高无上的地位”，并补充说:“如果你的理论被发现违反了热力学第二定律，我就不能给你任何希望;除了在最深的耻辱中崩溃，没有别的办法了。”
热力学在现代物理学中仍然扮演着核心角色，支撑着信息科学、量子力学、宇宙学甚至生命和意识理论的研究。事实上，它与广义相对论和量子力学一样，都是现代物理学的基石。任何最终的“万有理论”都需要与热力学定律保持一致。
也许汤姆逊最著名的发现是温标上绝对零度的概念，这个发现被命名为开尔文，以纪念他在1892年获得的头衔。但是，当我们超越他在热力学方面的工作时，他的成就不仅因其广度，而且因其多样性而引人注目。它们的范围从解决当今最大研究问题的理论突破到推动工业和商业创新的实际发明。
开尔文的关键属性
是什么使汤姆森如此成功?他的研究和发现方法有三个关键方面，我认为这标志着他成为一名世世代代的科学家。
首先，他有杰出的数学才能。这与他对数学解释自然世界的力量的深刻理解相结合——这是他整个职业生涯中都在大力利用的一种力量。这在汤姆逊的一句深刻的名言中得到了体现:“数学在描述宇宙方面做得如此之好，这是一个我们无法理解的谜，也是一个我们可能永远无法偿还的债务。”
但汤姆森不仅仅是一位出类拔萃的数学家。他还明白，精确的测量和量化是科学进步的必要工具——我们可以在他1889年出版的《大众讲座和演讲》一书中发现这一观点。他写道:“当你能衡量你所谈论的内容并用数字表达出来时，你就对它有所了解了。”
汤姆森一生都有发明巧妙科学仪器的天赋，这使他获得了70项专利，实现了数十项科学突破，并使他成为一名非常成功的企业家。
第三，汤姆森具有“跳出常规”思考的杰出能力，以一种全新的方式看待问题。对我来说，没有比汤姆逊铺设第一条跨大西洋电报电缆更能说明这种远见卓识的了。这是一项巨大的技术挑战，被称为19世纪的“阿波罗计划”。
它彻底改变了维多利亚时代的世界，就像互联网和移动通信改变了我们的世界一样。
在经历了19世纪50年代的失败尝试后，汤姆森的天才促成了1865年第一次成功的电缆铺设探险。汤姆逊对热传导和电传输之间的相似性的理解，使他能够模拟电脉冲在海底电缆中传播时是如何被扭曲的。
但汤姆逊的实验突破也是关键。他没有使用更强的信号，也没有使用更重更贵的电缆，而是发明了可以精确测量极弱电信号的仪器，这些信号以摩尔斯电码的形式传输。它们被称为镜面振镜计，后来又被称为虹吸记录器。这些基本上是现代喷墨打印机的前身。
这些发明改变了游戏规则，因此，全球通信被永远地改变了。正如我已故的同事大卫•撒克逊(David Saxon)在2007年所写的那样，“跨大西洋电缆使世界萎缩的程度超过了之前或之后的任何事情。”
为此，汤姆森于1866年被封为爵士，1892年又被封为开尔文勋爵，这是有史以来第一位获此殊荣的科学家。汤姆逊将超精密技术和尖端理论优雅地结合起来，探测极其微弱的信号，这与我们的LIGO激光干涉仪的故事产生了强烈的共鸣，LIGO激光干涉仪是有史以来最灵敏的科学仪器。正是这样的结合使得2015年诺贝尔奖得主发现了时空中的涟漪，即引力波。
黑洞和引力波的科学技术属于爱因斯坦物理学的后开尔文领域。但我相信，这个领域——以及它所带来的变革性量子技术——从威廉·汤姆森(William Thomson)的先驱榜样中汲取灵感，他将基础研究和创新结合起来，改变了世界。
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