لورد كلفن

كان والد ويليام تومسون، جيمس تومسون، مدرسًا للرياضيات والهندسة في معهد رويال بلفاست الأكاديمي وابن مزارع. تزوج جيمس تومسون مارغريت غاردنر عام 1817، وأنجبا أطفالًا بقي أربعة أولاد وبنتين منهم على قيد الحياة بعد سن الرضاع. توفيت مارغريت تومسون عام 1830 عندما كان ويليام في السادسة من عمره.[20]

علّم الأب ويليام وشقيقه الأكبر جيمس دروسًا في المنزل بينما تعلم الأولاد الصغار من أخواتهم الأكبر. كان الهدف حصول جيمس على الحصة الأكبر من تشجيع والده وعاطفته ودعمه المالي، ليصبح مستعدًا للعمل في مجال الهندسة.

عُيّن والده أستاذًا للرياضيات في غلاسكو عام 1832 وانتقلت العائلة إلى هناك في أكتوبر 1833. عاش أطفال تومسون تجربة عالمية أوسع نطاقًا من التنشئة الريفية التي حظي بها والدهم، إذ قضوا منتصف عام 1839 في لندن، وتعلم الصبيان باللغة الفرنسية في باريس. قضى تومسون معظم منتصف أربعينيات القرن التاسع عشر في ألمانيا وهولندا. كانت دراسة اللغة ذات أولوية عالية.

كانت أخته، آنا تومسون، والدة جيمس تومسون بوتوملي الحائز على زمالة الجمعية الملكية لإدنبرة (إف آر إس إي) (1845-1926).[21]

عانى تومسون مشكلات قلبية وكاد يموت في سن التاسعة. التحق بالمعهد الأكاديمي الملكي في بلفاست، حيث كان والده أستاذًا جامعيًا، قبل أن يبدأ الدراسة في جامعة غلاسكو عام 1834 في سن العاشرة، وليس بسبب نضجه المبكر؛ بل لأن الجامعة وفرت تسهيلات عديدة لإنشاء مدرسة ابتدائية للتلاميذ المتمكنين، وكان هذا سن البداية النموذجي فيها.

أظهر تومسون في المدرسة اهتمامًا كبيرًا بالكلاسيكيات إلى جانب اهتمامه الطبيعي بالعلوم. حصل في سن الثانية عشرة على جائزة لترجمته حوارات الآلهة للوقيان السميساطي من اللاتينية إلى الإنجليزية.

في العام الدراسي 1839/1840، فاز تومسون بجائزة الفصل في علم الفلك بعد تقديمه مقالة عن شكل الأرض التي أظهرت قدرته المبكرة على التحليل الرياضي والإبداع. يُذكر أيضًا تشابه الأسماء بينه وبين أستاذه في الفيزياء، ديفيد تومسون.[22]

عمل طوال حياته على حل المشكلات التي أثيرت في المقالة كاستراتيجية تكيف في أوقات توتره النفسي. في صفحة العنوان، كتب تومسون الأسطر التالية من مقالة عن الإنسان، التي كتبها ألكسندر بوب. ألهمت هذه السطور تومسون لفهم العالم الطبيعي باستخدام قوة العلم ومنهجيته:

اذهب أيها المخلوق العجيب! حلّق حيث تقودك العلوم؛

اذهب وقس الأرض وزِن الهواء وتحدث عن المد والجزر؛

علّم الكواكب حول أي أجرام سماوي تدور،

صحح الزمن القديم، ونظّم الشمس؛

فُتن تومسون بالنظرية التحليلية للحرارة التي صاغها فورييه، والتزم بدراسة الرياضيات «القارية» التي حاربتها مؤسسة بريطانية عملت في ظل السير إسحاق نيوتن. لم تكن محاربة علماء الرياضيات المحليين عمل فورييه أمرًا مفاجئًا، إذ قام فيليب كيلاند بتأليف كتاب نقدي. دفع الكتاب تومسون نحو كتابة أول ورقة علمية منشورة له تحت الاسم المستعار بّي. كيو. آر. للدفاع عن فورييه، وقدمها والده إلى دورية كامبريدج الرياضية. كتب بّي. كيو. آر ورقة بحثية ثانية تبعت الأولى على الفور تقريبًا.[23]

بينما كان في إجازة مع عائلته في لملاش عام 1841، كتب بّي. كيو. آر ورقة ثالثة أكثر جوهرية، حول حركة الحرارة المنتظمة في الأجسام الصلبة المتجانسة، وعلاقتها بالنظرية الرياضية للكهرباء، بيّن فيها روابط مميزة بين النظريات الرياضية للتوصيل الحراري والكهرباء الساكنة (الكهروستاتيكا)؛ تمثيل وصفه جيمس كليرك ماكسويل في النهاية بأنه أحد أكثر أفكار البناء العلمي قيمة.[24]

كان والد ويليام قادرًا على توفير مخصصات سخية لتعليم ابنه المفضل، وأرسله في عام 1841 مع رسائل تقديم عديدة إلى مكان إقامة رحب، في بيترهاوس، كامبريدج، حيث نشط في الرياضة وألعاب القوى والتجديف، وفاز بسباق كولكون للتجديف في عام 1843. أبدى أيضًا اهتمامًا كبيرًا بالكلاسيكيات والموسيقى والأدب، لكن السعي وراء العلم بقي عشق حياته الفكرية الحقيقي، خاصة دراسة الرياضيات والفيزياء والكهرباء. تخرج تومسون في عام 1845 برتبة رانغلر ثاني، وفاز بجائزة سميث الأولى، التي تعد، على عكس اختبارات التريبوس، اختبارًا للبحث الأصلي. يُقال إن روبرت ليزلي إليس، أحد الفاحصين، صرح لفاحص آخر «أنت وأنا على وشك بري أقلامهم».[25]

قدم تومسون عام 1845 أول تطوير رياضي لفكرة مايكل فاراداي القائلة إن الحث الكهربائي يحدث عبر ناقل متخلل، أو «عازل»، وليس عبر «فعل عن بعد» غير مفهوم. ابتكر أيضًا التقنية الرياضية للصور الكهربائية، التي أصبحت عاملًا مهمًا في حل مشكلات الكهروستاتيكا، العلم الذي يتعامل مع القوى بين الأجسام المشحونة كهربائيًا في حالة السكون. مثّل تشجيع تومسون دافعًا جزئيًا جعل فاراداي يجري أبحاثًا في سبتمبر 1845 أدت إلى اكتشاف تأثير فاراداي، الذي أثبت ارتباط الظواهر الضوئية والمغناطيسية (وبالتالي الكهربائية).

انتُخب زميلًا للقديس بطرس (كما أُطلق عليه غالبًا) في يونيو 1845. عند حصوله على الزمالة، أمضى بعض الوقت في مختبر هنري فيكتور رينيو الشهير في باريس؛ لكنه شغل عام 1846 أستاذية الفلسفة الطبيعية في جامعة غلاسكو. في الثانية والعشرين، وجد نفسه يرتدي رداء بروفيسور في إحدى أقدم جامعات البلاد، ويحاضر في الفصل الذي كان طالبًا في سنته الأولى فيه قبل سنوات قليلة.[26]