Андре-Мари Ампер

Эта единица силы тока названа в честь великого французского ученого. Парадокс состоит в том, что имя Ампера давно стало достоянием человечества, но мало кто знает о его жизни.

Андре-Мари Ампер родился в Лионе в семье богатого торговца шелками. Его мать, Жанна Сарсе, тоже была дочерью одного из крупных лионских торговцев. Детство Андре-Мари прошло в небольшом поместье Полемье, купленном отцом в окрестностях родного города. Он никогда не ходил в школу, но чтению и арифметике выучился очень быстро. Его отец, Жан-Жак Ампер, принадлежавший к либеральным кругам буржуазии, свято веривший в прогресс разума, был одним из образованнейших людей своего времени. Он составил богатейшую библиотеку из сочинений известных философов, писателей и ученых, включая труды греческих и римских классиков.

Еще в детстве Андре-Мари Ампер поражал всех своими выдающимися способностями и поистине энциклопедическими знаниями. В истории науки, пожалуй, нет другого такого примера, чтобы 13-летний мальчик направил в Академию наук свои научные работы. Удивительно, но Андре-Мари сделал это: он послал в Лондон несколько своих трудов по математике, в том числе в одном из них он высказал серьезные замечания по поводу работ всемирно известного математика Леонарда Эйлера (1707–1783). Еще более удивительно то, что этот мальчик никогда не учился в школе, и главным источником его знаний была библиотека отца.

Несмотря на занятость, Жан-Жак Ампер всегда находил время, чтобы лично заниматься воспитанием сына. С трехлетнего возраста Андре-Мари уже с огромным интересом слушал, как отец пересказывал ему отрывки из «Естественной истории» Плиния, узнавая об окружающем его мире, о жизни животных и птиц. Проводя много времени в библиотеке отца, читать мальчик научился сам.

У ребенка очень рано обнаружились математические способности. Сотрудник лионского лицея, друг отца, пораженный ранним развитием мальчика, помог ему понять основы высшей математики, и Андре-Мари увлекся исчислением бесконечно малых величин. Не бросая математики, Ампер с увлечением занимался ботаникой, литературой и историей. Чтобы было удобнее читать «умные» книги, он самостоятельно выучил латынь и греческий.

Вскоре юный Ампер серьезно начал изучать физику. Но самое главное заключалось в том, что он стремился разобраться и глубоко понять прочитанное. А читал он все подряд. Например, уже в 14 лет он прочитал все 28 томов «Энциклопедии» Дидро и д’Аламбера, в восемнадцать лет – «Небесную механику» Лапласа. А еще у него хватало времени на «аналитическую» механику Лагранжа, на писание стихов и даже поэм, на придумывание международного языка…

Разносторонняя творческая жизнь Ампера-младшего была нарушена страшной трагедией. В июле 1789 года грянула Великая французская революция, началась открытая борьба между умеренными сторонниками реформ и экстремистски настроенными якобинцами. Отца Ампера революция застала на посту лионского судьи. По ложному доносу он был брошен в тюрьму и в 1793 году казнен на гильотине. Узнав об этом, Андре-Мари был так потрясен, что потерял сознание.

Долгое время 18-летний юноша был в состоянии душевного смятения: он забросил занятия, стал замкнутым, целыми сутками не выходил из дома. Вылечили его время и природа. Только уходя далеко в лес, он постепенно начал обретать душевное равновесие.

С 1796 года Андре-Мари Ампер стал давать в Лионе частные уроки по химии, математике, физике и латинскому языку, что позволило ему приобрести педагогический опыт и несколько укрепило материальное положение семьи.

В 1799 году он женился, а еще через год у него родился сын, которого в честь трагически погибшего деда назвали Жан-Жаком.

В 1801 году Ампер получил место преподавателя физики и химии в Центральной школе городка Бурк-ан-Бреса (в 60 километрах от Лиона). Потом, по предложению энциклопедиста Жана д’Аламбера, он был назначен преподавателем математики и астрономии в только что открывшемся Лионском лицее.

Но судьбе было угодно нанести еще один страшный удар этому талантливому человеку. В июле 1803 года от «грудной болезни» скончалась его любимая жена, оставив трехлетнего Жан-Жака на руках Ампера и его сестры, которая была вынуждена отказаться из-за этого от своей личной жизни.

После этого Ампер твердо решил уехать из Лиона, где все напоминало о печальных событиях, произошедших в его жизни. Он воспользовался предложением все того же д’Аламбера и переехал в Париж, где с 1804 года был назначен репетитором в Политехнической школе – самой престижной из технических школ Франции, среди первых преподавателей которой были такие крупнейшие ученые, как Жозеф-Луи Лагранж, Клод-Луи Бертолле и др.

А тем временем во Франции была провозглашена Империя, и Наполеон был коронован в соборе Парижской Богоматери. Еще будучи первым консулом, Наполеон – покровитель наук и ремесел – специальным декретом создал Ассоциацию содействия промышленности (SPI), которая ежегодно проводила поощрение научно-практических исследований, в том числе и в области электричества.

Алессандро Вольта беседует с Наполеоном и его учеными

В 1801 году в Париж приехал итальянский ученый Алессандро Вольта (1745–1827), и он продемонстрировал Наполеону действие своего «Вольтова столба» – первого в мире гальванического элемента. На глазах удивленной публики Вольта показывал опыты по «оживлению» отрезанных членов лягушек, ящериц и угрей с помощью малых количеств электричества. Наполеон был настолько поражен увиденным, что щедро наградил «волшебника», и в честь него была выбита памятная медаль.

Потом Наполеон еще два раза посетил выступления Вольта, и каждый раз выступал с речью, из которой следовало, что он считает приезд итальянца важной вехой в истории французской науки. А примерно через полгода Наполеон направил министру внутренних предложение учредить премию в 6000 франков за лучшие работы в области электричества.

Занятый преподавательской деятельностью, Ампер, к сожалению, не принял участия в конкурсе, объявленном Наполеоном. Специальной премии удостоился англичанин Гемфри Дэви (1778–1829), также много работавший с Вольтовым столбом.

После падения Наполеона премия была упразднена. Многие специалисты полагают, что, если бы премия продолжала существовать, она, несомненно, досталась бы Амперу за открытие, которое он сделал несколькими годами позднее.

Надо сказать, что годы юности Ампера – это было время великих открытий в области электричества. Так, первая статья Алессандро Вольта о гальваническом электричестве появилась, когда Амперу исполнилось двадцать пять. А чего, например, стоили эксперименты Бенджамина Франклина, одного из авторов Конституции США и известного ученого! Американец провел их, когда Амперу было всего шестнадцать лет. В них Франклин продемонстрировал «электрическое колесо», вращавшееся под действием электростатических сил, ввел общепринятое теперь обозначение электрически заряженных состояний «+» и «—», привел доказательство электрической природы молнии, впервые применил электрическую искру для взрыва пороха и т. д.

Естественно, подобные события не могли оставить увлекающегося Ампера безучастным, и он то и дело стал возвращаться к электричеству.

К 27 годам Ампером уже в самом общем виде были сформулированы те идеи, благодаря которым он через несколько лет приобретет всеобщую известность. Впрочем, некоторые биографы придерживаются сомнительного, но весьма эффектного мнения о том, что вся электродинамика Ампера была придумана им в течение двух недель, последовавших за демонстрацией в Париже опытов датского физика Ганса-Кристиана Эрстеда (1777–1851). Однако на самом деле такое вряд ли могло быть возможно, ведь вопросы связи электричества и магнетизма занимали Ампера еще за 20 лет до того дня, когда его посетило озарение, и все эти годы он думал о них, может быть, не непрерывно, но достаточно настойчиво.

Из найденных исследователями деятельности Ампера документов следует, что однажды, а именно 24 декабря 1801 года, он присутствовал на докладе знаменитого Алессандро Вольта в Лионской академии наук. Более того, он не просто присутствовал, но и отважился прочитать собственный доклад, и это были наброски системы, которая должна была бы объединить самые разрозненные отрасли физической науки в одно стройное знание. Таким образом, уже в этом докладе Ампер интуитивно увидел какие-то общие корни, связывающие или, точнее, питающие и электричество, и магнетизм.

Однако серьезнее заняться электричеством в те годы Амперу не довелось. У него просто не хватало на это времени. К тому же тогда молодой ученый серьезно увлекся математикой, которую он рассматривал как мощный аппарат для решения всевозможных прикладных задач. В частности, он выполнил некоторые работы, связанные с теорией вероятностей, и одна из них называлась «Соображения о математической теории игры».

Отметим, что именно благодаря математическим успехам Ампер начал довольно быстро двигаться по лестнице научной славы (кстати сказать, его кандидатура в Академию будет выдвинута именно по математическому отделению).

А в 1805 году Ампер получил место репетитора в Политехнической школе в Париже.

Повторный брак Ампера, заключенный в 1806 году с некоей Жанной-Франсуазой Потто, оказался крайне неудачным. Во время его второго брака к Амперу не допускались ученики, его письма вскрывали, а самому ему не раз предлагали «убираться, если ему что-то не нравится». Кончилось тем, что Ампер и в самом деле ушел и некоторое время жил в здании Министерства внутренних дел. Кроме того, множество огорчений доставлял ученому и его сын. В течение нескольких лет все это серьезнейшим образом мешало научной работе Ампера.

Однако, преодолевая невзгоды, Ампер продолжал научные исследования в области математики, химии, физики и философии. В 1808 году Наполеон, потрясенный талантом Ампера, назначил его генеральным инспектором университетов, чем тот и занимался всю свою жизнь.

В 1809 году Ампер стал профессором математики Политехнической школы, а в 1814 году был избран членом Академии наук. Произошло это по представлению академиков Лагранжа и Лапласа и благодаря его обширному труду, посвященному дифференциальным уравнениям в частных производных. Удостоившись столь высокой чести, он стал на один уровень с прочими «бессмертными» – Лапласом, Фурье, Монжем, Коши, Араго, Био, Гей-Люссаком, Френелем и др. Как писал об Ампере один из академиков, «ни один человек не высказывал столько новых идей в разговорах и дискуссиях, как он».

Он стал академиком в 39 лет, причем в избрании его работы по магнетизму и электричеству не играли ни малейшей роли – их, по существу, не было. Ампер был избран по секции геометрии за исследования в области математики.

Став академиком, Ампер приступил к исследованиям связи между электричеством и магнетизмом (этот круг явлений ученый называл электродинамикой).

Не оставлял он и занятий химией, и к его достижениям в этой области следует отнести открытие – независимо от Амедео Авогадро (1776–1856) – закона равенства молярных объемов различных газов. Этот закон по праву следует называть законом Авогадро-Ампера.

Кроме того, Ампер сделал первую попытку классификации химических элементов на основе сопоставления их свойств.

Но, как мы понимаем, совсем не эти исследования, безусловно, интересные сами по себе, сделали Ампера знаменитым. Настоящим классиком науки он стал благодаря своим исследованиям в области электромагнетизма, и произошло это, когда режим Наполеона пал и в страну вновь вернулись Бурбоны. Но Ампер словно и не заметил произошедшего, ведь научные эксперименты всегда полностью поглощали его внимание.

11 сентября 1820 года Ампер присутствовал на заседании Академии, где сообщалось об открытии датчанином Эрстедом действия электрического тока на магнитную стрелку. Собственно, так было открыто замечательное свойство электрического тока – создавать магнитное поле. Академик Доминик-Франсуа Араго повторил перед академиками опыты Эрстеда и прокомментировал их.

Араго заявил, что при прохождении электрического тока через проводник последний становится магнитом. С таким объяснением согласился и академик Жан-Батист Био (1774–1862). После этого «бессмертные» чинно разошлись по домам.

А Ампер после демонстрации опытов Эрстеда направился к слесарю, чтобы заказать для себя копию приборов, показанных академиком Араго. Ему не терпелось поскорее установить эти приборы дома, в маленькой квартирке на улице Фоссе-де-Сен-Виктор, и все эксперименты проделать своими собственными руками. Пока слесарь выполнял заказ, Ампер соорудил лабораторный стол и пригласил в помощники своего друга химика Огюстена-Жана Френеля (1788–1827).

Огюстен-Жан Френель

Небольшой Вольтов столб, замкнутый проводом, стал основным объектом изучения Ампера. Он подносил компас то к проводу, то к столбу и сразу же убеждался, что стрелка изменяет свое направление и рядом с проводом, и рядом с самим столбом. Но стоило цепь разомкнуть – этот эффект полностью пропадал. Следовательно, магнитные явления сопутствуют не всякому электричеству?

Их в то время было два: одно, ответственное за притяжение бумажек и пушинок, называлось статическим электричеством; другим было вольтовское, или гальваническое, электричество, и с его помощью можно было разлагать воду и кислоты (его получали с помощью Вольтовых столбов, изобретенных Алессандро Вольта).

Так вот, магнетизм (то есть физическое явление, при котором материалы оказывают притягивающую или отталкивающую силу на другие материалы на расстоянии) оказался присущим лишь второму электричеству. Он существовал, когда цепь была замкнута, когда по ней от одного полюса Вольтова столба к другому шел ток. Но когда тока в цепи не было, Вольтов столб проявлял все свойства «первого» электричества – скопившиеся на его концах заряды могли притягивать пушинки. Стоило зарядам прийти в движение, когда цепь замкнута, и электричество № 1 тут же превращалось в электричество № 2. И только электричество в движении (гальваническое) давало магнитный эффект.

А раз так, естественно, тут же возникла идея измерить какой-то мерой интенсивность этого движения. И Ампер первым в мире произнес тогда слова «сила тока». Неудивительно, что через много лет единица силы тока была названа именно его именем – ампером .

К следующему заседанию Академии, то есть к 18 сентября 1820 года, некоторые приборы еще не были готовы, но Ампер все же решил выступить и рассказать коллегам-ученым о том, что ему уже стало ясным. В протоколе заседания сохранились следующие слова Ампера: