編者的話｜熱力學之父—凱文男爵

太陽光經過太陽能板轉換成電力，通常最多只有25 %的效率。大約在半年前，澳洲新南威爾斯大學（University of New South Wales）宣布，該校研究團隊已經將太陽能板效率提升至40 %，將進一步帶動光電科技於再生能源市場的發展。

再生能源的研究中，都一定會碰到光、熱與電之間的轉換，其中有一個基本單位就是凱氏溫度（K），為的是紀念英國科學家凱文男爵（Lord Kelvin），他是僅次於牛頓的傑出科學家。凱文原名威廉湯姆森（William Thomson），1824年6月24日出生於英國貝爾福斯特（Belfast），1832年父親詹姆士湯姆森（James Thomson）到格拉斯（Glasgow）大學擔任數學教授時，全家移居蘇格蘭。10歲時，湯姆森就成為格拉斯大學最小的大學生。15歲時，他花了兩個禮拜的時間，讀完傅立葉（Fourier）的熱學理論分析，引用愛丁堡大學凱南（Kelland）教授熱學理論書中的論述，指出傅立葉文章的錯誤，發表了第一篇論文。

湯姆森在1841年，17歲時轉到劍橋大學，他在劍橋數學期刊上，發表了第三篇論文:The uniform motion of heat in homogeneous solid bodies, and its connection with the mathematical theory of electricity。22歲受聘任職格拉斯哥大學自然哲學（即物理學）教授，當時他已經發表了20多篇論文，其中有一篇重要論文：On the mathematical theory of electricity in equilibrium，在1845年發表後，再版了十年。

1845年，湯姆森與仰慕已久的法拉第（Faraday）結識，湯姆森得到最寶貴的禮物，就是一片法拉第用過的厚玻璃片，這片玻璃是法拉第用來解釋光與電的關係，湯姆森常常驕傲的展示給他的學生看。1847年，他寫了一篇著名的文章：On an absolute thermometric scale founded on Carnot’s theory of the motive power of heat, and calculated from Regnault’s observations，訂出了絕對零度。在1851-1854年間，湯姆森闡述的兩個重要的定律：焦耳的熱平衡定律、卡諾（Carnot）與克勞休斯（Clausius）的熱轉換定律。他建立了熱力學的基礎，清楚的描述熱力學第一與第二定律。他是第一位提出能量（energy）的科學家。他說：不可能由單一熱源吸收能量使它變成有用的功（work），而不付出任何代價。做功的結果會無條件地產生熱，但是單從熱卻不能完全變成有用的功，這就是熱力學第二定律不可逆的過程。

在1849年，湯姆森推導出兩個帶電球體間吸引力的解，展示了他以數學解決物理難題的能力，這篇論文於1853年發表在Philosophical Magazine中。1879年，湯姆森出了一本新書「Natural Philosophy」，他在序言中第一句話就說：雖然我們並不明瞭許多自然現象的成因，但藉著觀察，發現自然中有一些簡單不變的律，這就是自然哲學（物理）研究的目的了。法瑞（Faure）在1881年發明了蓄電池，引起湯姆森的興趣，寫了兩篇文章在The Times和Nature上發表，闡述這個發明的重要性。同年，他和法郎提（Ferranti）合作，設計出特殊的交流電機繞線方式，從此也開啟了湯姆森對電機工程的研究興趣。

湯姆森真正出名的工作，是解決大西洋海底電纜埋設的工程。1856年湯姆森開始擔任大西洋電報公司的董事，成為工程顧問。1858年歐洲到美洲的第一條電纜完成了，然而不到一年，電纜的絕緣層被海水腐蝕，大家心灰意冷，湯姆森卻起來鼓勵大家不要放棄。經過電纜改良後，雖然在1865年再次鋪設失敗，一條長達1000英哩的電纜在海底失蹤，但是湯姆森以抽絲剝繭的精神，在1866年率領大家完成新的電纜埋設，還從海中又找回失蹤的電纜。因為他裝設大西洋海底電纜有功，1892年，維多利亞女王封他為男爵，他選了格拉斯大學旁邊永存不朽的溪流River Kelvin為名，Lord Kelvin就成為他的封號。他也在1890-1894年，擔任過皇家學院的院長，也擔任過三任電機工程學會會長。1893年，他也擔任過尼加拉瓜大瀑布發電廠設計的國際審查委員長。1904年成為格拉斯大學校長，他在任教53年期間，建立了電機工程學院。1906年被選為第一任國際電技委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）的會長。

凱文精通法語和德語，使他能跟上歐洲科學的發展趨勢，他最大的貢獻之一是領導歐洲各國制定國際電學單位與標準。1924年7月11日，在倫敦舉辦的凱文百歲紀念大會上，電機學會會長暨國家物理實驗室董事長，格雷斯布魯克（Sir Richard Glazebrook）舉杯紀念凱文男爵時，邀請大家思考，如果沒有凱文的話，這個世界不會有CGS單位系統、不會有熱力學第二定律的重要論述、不會知道交流電在電線中怎麼跑、不會知道無線電報的事實（因為沒有太平洋電纜線）、不會有鏡式電流計、不會有凱文羅盤、也不會有深海水深探測設備，這些貢獻都要歸功於凱文。

凱文曾說：科學的發現證實了宇宙自然必有一位創造者，一位思考夠徹底的科學家，一定會相信有一位神。凱文在1903年做了一個有名見證，他說：關於生命的起源，科學已經確認那是出於權能的創造。凱文於1907去世，葬於倫敦的西敏寺中，在牛頓的墓碑附近。凱文生前最喜歡的禱告是：Lighten our darkness, we beseech thee, O Lord! 主啊!懇求祢光照我們的黑暗! 凱文的一生在光、熱、電、磁上的貢獻，照亮了我們的世界，然而他卻將一切的榮耀歸給神。1858年8月5日，當第一條海底電纜接通的那一天，他送出第一封電報：「歐洲與美洲藉著電報通訊聯合在一起了，在至高之處榮耀歸與神、在地上平安歸與他所喜悅的人。」

參考文獻
[1] H. M. Morris, Men of Science-Men of God, Master Books, 1982.
[2] S. P. Thompson, The life of William Thomson, Baron Kelvin of Largs, vol. II, London, 1910.