АМПЕР АНДРЕ-МАРИ (1775 - 1836)

АМПЕР АНДРЕ-МАРИ (1775 - 1836)

АМПЕР АНДРЕ-МАРИ (1775 - 1836)

Детство и юность.

Андре-Мари, родился 22 января 1775 года в Лионе, в семье ремесленников. Его отец получил хорошее образование, владел древними языками. В большой домашней библиотеке были собраны сочинения наиболее известных в то время философов, ученых и писателей.

Детство мальчика прошло в окрестностях Лиона. Уже в раннем возрасте проявились его исключительные способности - он быстро выучился чтению и арифметике и тайком от отца читал все подряд из отцовской библиотеки. Биографы описывают такой случай. Однажды, забравшись в кабинет, мальчик с любопытством рассматривал тома «Энциклопедии» Дидро и Даламбера. Подошедший отец поинтересовался, что он читает. «Статью об аберрации», - последовал ответ одиннадцатилетнего сына. «И что же ты в этом понимаешь?» - удивился отец. В ответ мальчик без смущения рассказал ему суть явления аберрации.

Убедившись в способностях сына, отец разрешил ему пользоваться библиотекой свободно. С прочтением все новых томов «Энциклопедии» перед Андре раскрывались горизонты науки. Он никогда не ходил в школу и не прошел принятого тогда классического курса обучения, призванного систематически знакомить детей с основами наук, но уже в детские годы хорошо знал основы наук.

Скоро домашняя библиотека уже не смогла удовлетворять его любознательность, и Андре стал посещать библиотеку Лионского коллежа, где смог познакомиться с трудами известных математиков - Эйлера, Лагранжа и других. Многие из этих трудов были, как тогда было принято, написаны по-латыни. Это не остановило Андре - он самостоятельно изучил латынь.

Родители пригласили для Андре учителя математики. Состоялся такой разговор между учителем и учеником:

- Знаешь ли ты, как извлекать корень?

- Нет, но зато я умею интегрировать.

Учитель вскоре отказался от уроков, так как почувствовал, что его знаний для такого ученика недостаточно.

История науки знает аналогичные случаи гениальных самоучек: вспомним Ломоносова, Циолковского, Фарадея или Франклина.

Изучая труды классиков математики и физики, юноша анализировал их, отмечал свои мысли и оригинальные идеи. В 13 лет Андре уже представил в Лионскую академию свои первые работы по математике.

Ампер, как и его отец, увлекался литературой. Сохранилось много его стихотворений, в том числе даже письма в стихах. Увлекался он также ботаникой, химией, механикой, греческим языком, усовершенствованием конструкции воздушных змеев - видимо, под впечатлением опытов Франклина (первые из них были проведены, когда Амперу было 16).

Преподаватель физики и химии.

Наступил 1789 год - начало Великой французской революции. Когда известие о взятии Бастилии дошло до Лиона, Андре воспринял это как наступление новой эпохи, о которой мечтали просветители, авторы столь любимой им «Энциклопедии». Однако революционная действительность оказалась более жестокой, чем революционные мечты. В 1793 году лионские крестьяне выступили против произвола новой власти, и отец Ампера, бывший в то время мировым судьей, поддержал их. Мятеж был подавлен, отец Ампера был казнен, а все имущество семьи конфисковано. Андре очень тяжело переживал смерть отца, он надолго отошел от занятий и был близок к потере рассудка. Только через год он справился с потрясением и смог вернуться к своим занятиям.

Ему пришлось думать теперь о средствах к существованию, так как материальное положение семьи резко ухудшилось. Андре решил давать в Лионе частные уроки математики, пока не удастся устроиться в штат какого-либо учебного заведения.

В Лионе он познакомился с молодыми людьми, интересующимися наукой, и споры с ними на научные темы очень помогли ему в развитии. В это время Андре много читал и занимался с учениками. Рабочий день он начинал в 4 часа утра - столь обширной была намеченная им программа.

В 1799 году Ампер женился на Катрин Каррон, а через год у них родился сын, которого в честь отца Ампер назвал Жан-Жак. Катрин часто болела, расходы на жизнь росли. Несмотря на жесткую экономию, средств от частных уроков не хватало. Наконец, в 1802 году Ампера пригласили преподавать физику и химию в Центральную школу старинного города Бурк-ан-Бреса, расположенного недалеко от Лиона. С этого момента началась официальная преподавательская деятельность Ампера, которая продолжалась всю жизнь.

Ампер стремился перестроить традиционное преподавание физики и вместо отдельных фактов, гипотез и экспериментов раскрывал перед учениками картину мироздания, в которой все взаимосвязано. Однако равнодушные преподаватели, бедные лаборатория и физический кабинет не позволяли Амперу осуществить свои планы.

Начало научной деятельности.

В 27 лет у Ампера уже намечаются первые идеи в области электродинамики. 24 декабря 1801 года Ампер присутствовал на докладе итальянского физика Алессандро Вольта в Лионской академии и даже отважился прочесть после доклада знаменитого ученого собственный доклад, в котором пытался свести электричество и магнетизм к одним и тем же представлениям. И хотя сама идея о взаимосвязи электричества и магнетизма впоследствии оказалась правильной, предложенная тогда Ампером ее механическая «реализация» была неверной.

Готовя черновик своей первой лекции в Лионе по курсу физики, Ампер писал: «Следует стараться свести к минимуму число принципов, объясняющих все физические явления».

Ампер славился своей рассеянностью. Рассказывают, что однажды он с сосредоточенным видом варил в воде вместо яйца свои часы, «следя за временем» по яйцу, которое он держал в руке вместо часов.

Другой случай: Ампер шел по улице, производя в уме сложные расчеты. Он не удивился, когда прямо перед ним появилась прекрасная черная доска, достал из сюртука кусок мела и стал делать записи. Он не удивился и тогда, когда доска двинулась вперед, и ему пришлось бежать за ней: эта доска оказалась задней стенкой кареты.

Французская революция провозгласила идею всеобщего образования. Была установлена система образования трех уровней: начальное, среднее и высшее. В каждом департаменте появились лицеи, дающие среднее образование с практическим уклоном. 4 апреля 1803 года Ампер был назначен преподавателем математики Лионского лицея, и счастливый возвратился в Лион. Но здесь его ждал тяжелый удар - умерла его жена, оставив трехлетнего сына Жан-Жака на руках Ампера и его сестры.

В конце 1804 года Ампер переехал в Париж, где получил должность преподавателя математики Политехнической школы. Эта высшая школа была создана в 1794 году и почти сразу стала национальной гордостью Франции.

В Париже Ампер чувствовал себя одиноким. К его обычным чертам характера - чудаковатости и рассеянности - прибавилась чрезмерная неуравновешенность. Все это было помехой в его лекциях, хотя материалом он владел превосходно.

Назначение профессором Политехнической школы, а затем и главным инспектором университетов улучшили материальное положение Ампера и принесли спокойствие, но, к сожалению, ненадолго. Он вступил во второй брак, который оказался очень неудачным: вторая жена Ампера оказалась вздорной и ограниченной женщиной. Она не допускала к Амперу учеников, вскрывала его письма, не признавала его родственников, да и самому ему не раз предлагала «убраться». Однако ради их общей дочери Ампер старался примириться с женой. Ко всему этому добавились новые переживания - в 1809 году скончалась мать Ампера, преданность и безграничная доброта которой были рядом с ним всегда. Дом детства Ампера пришел в запустение. В дополнение ко всему Ампера стала мучить стенокардия.

Единственным, что шло относительно хорошо, была наука. В период между 1809 и 1814 годами он увлекся математикой и опубликовал несколько работ, в том числе по теории вероятностей, вариационному исчислению в задачах механики и исследованию отдельных задач математического анализа. Свой вклад в развитие математической физики Ампер внес, опубликовав только в одном 1814 году несколько работ, получивших высокую оценку видных французских математиков, в том числе Лапласа, Лагранжа и Пуассона. Это послужило основанием выдвинуть его кандидатуру в Академию наук по математическому отделению, членом которой он был избран 28 ноября 1814 года. Амперу было тогда 39 лет. Он удостоен ордена Почетного легиона, состоит во множестве комиссий, включая «Комиссию по изданию классиков литературы».

Ампер не прекращает в этот период и занятий химией, чему способствовал интерес к работам Бертолле, Дальтона и других ученых. К его достижениям в химии следует отнести открытие, независимо от Авогадро, закона равенства молекулярных объемов различных газов (по праву его следовало бы называть законом Авогадро-Ампера), а также первую попытку классификации химических элементов на основе сопоставления их свойств.

Главное открытие.

В июле 1820 года датский профессор физики Ганс Христиан Эрстед (1777-1851) опубликовал ставшее сразу знаменитым сообщение об отклонении магнитной стрелки под действием электрического тока. Месяц спустя опыты Эрстеда повторил в Женеве швейцарский физик Огюст де ла Рив. При демонстрации присутствовали многие ученые и среди них - французский физик Доминик-Франсуа Араго, который затем в Академии в Париже сделал об этом доклад и воспроизвел опыты Эрстеда. Это было 11 сентября 1820 года.

Ампер был очень взволнован этим докладом: ведь опыты Эрстеда подтверждали то, о чем он думал еще в Бурк-ан-Бресе - единство сил природы и взаимосвязь явлений. Хотя Ампер был в основном теоретиком, он понимал, что серьезное исследование электромагнитных явлений невозможно без опытов, которые подтвердили бы или опровергли его идеи. Он нанял за свой счет слесаря для изготовления необходимого оборудования, а многое сделал сам. Прежде всего, Ампер повторил опыты Эрстеда, пытаясь глубже понять сущность открытого явления. При этом опытным путем он доказал, что статическое электричество не действует на магнитную стрелку. Только «движущееся электричество» (электрический ток - тоже термин Ампера) действует на магнитную стрелку.

И тогда Ампер высказал гениальную идею: единственной причиной действия проводника с током на магнитную стрелку является именно электрический ток, а магнетизм - лишь одно из его многочисленных проявлений. Не проводник, по которому течет ток, становится магнитом, а наоборот, магнит представляет собой совокупность элементарных круговых токов! Эта гипотеза по тем временам была очень смелой и казалась неправдоподобной, поэтому она была встречена критически.

Ампер проделал целую серию экспериментов. Уже в конце первой недели он открыл взаимодействие токов: при одинаковом направлении токов проводники притягивались, при противоположных - отталкивались. Оказалось, что силы, действующие между проводниками с током, радикально отличаются от электростатических сил. Ампер предложил отметить это в соответствующих терминах. Область явлений, связанных с покоящимися электрическими зарядами, он назвал электростатикой, а с движущимися зарядами - электродинамикой.

Через неделю Ампер провел новые опыты, которые подтвердили, что спираль из металлической проволоки, по которой проходит ток, ведет себя как магнит - имеет два полюса и принимает определенное положение под воздействием магнитного поля Земли.

В докладе на заседании Академии 18 сентября 1820 года он продемонстрировал опыты и заключил: «В связи с этим я свел все магнитные явления к чисто электрическим эффектам». На заседании 25 сентября он развил идеи дальше, показывая в опытах, как спирали, обтекаемые током (соленоиды) взаимодействовали друг с другом как магниты.

Не все коллеги поняли новые идеи Ампера, но он продолжал свои эксперименты, так как решил найти закон взаимодействия токов в виде строгой математической формулы. И он нашел этот закон, носящий теперь его имя. В течение всего двух недель накопленные ранее идеи обрели конкретную форму и получили подтверждение, обеспечив ему мировую славу. Он пишет сыну: «Опыты, проведенные мною, прошли с полным успехом. Не было сделано никаких возражений.»

Работа Ампера над своей теорией на этом не закончилась, он проводил все новые и новые эксперименты, каждую неделю докладывая их результаты Академии, в октябре, ноябре и декабре. Английский ученый Джеймс Клерк Максвелл, построивший впоследствии теорию электромагнетизма, писал, что все основные идеи электродинамики «вышли из головы этого Ньютона электричества» всего за две недели.

С 1820 по 1826 год Ампер публикует ряд теоретических и экспериментальных работ по электродинамике и почти на каждом заседании физического отделения Академии выступает с докладом на эту тему. В 1826 году выходит из печати его итоговый классический труд «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта».

Амперу принадлежит также идея использования электромагнитных явлений для передачи сигналов, которую успешно реализовал в 1832 году известный русский электротехник П. Л. Шиллинг, изобретатель первого электромагнитного телеграфа.

Слава Ампера росла. Его эксперименты посещали знаменитые физики, он получил приглашения выступить с докладами из других стран. Максвелл писал: «Исследования Ампера, в которых он установил законы механического взаимодействия электрических токов, принадлежат к числу самых блестящих работ, которые были проведены когда-либо в науке… Его сочинение совершенно по форме, недосягаемо по точности выражений и в конечном счете приводит к одной формуле, из которой можно вывести все явления, представленные электричеством, и которая навсегда останется основной формулой электродинамики».

Однако здоровье Ампера было подорвано, а материальное положение было неустойчиво. Работа в Политехнической школе и инспекторские обязанности тяготили, бесконечные отчеты и бумажные формуляры съедали драгоценное время. Он мечтал читать курс физики, а не математики, читать нетрадиционно, включая в курс новый раздел - электродинамику. Наиболее подходящим местом для этого было одно из старейших учебных заведений Франции - Коллеж де Франс. Оно было создано в 1530 году и совмещало функции учебного и научно-исследовательского институтов. После многих неприятностей и интриг в 1824 году Ампер был избран на должность профессора Коллеж де Франс по кафедре общей и экспериментальной физики. Ампер был очень рад избранию, но его радость омрачали порядки, царившие в этом учебном заведении, особенно погоня за титулами и званиями в ущерб подлинной научной ценности кандидатов.

Последние годы.

Последние годы жизни Ампера были омрачены семейными и служебными неприятностями, которые тяжело отражались на его слабом здоровье. Он по-прежнему читал много лекций в ущерб научным занятиям. Тем не менее, в 1835 году Ампер опубликовал работу, где доказал сходство между световым и тепловым излучениями и показал, что все излучения при поглощении превращаются в тепло. В это же время он увлекся геологией и биологией. Ампер принял активное участие в споре между учеными Кювье и Сент-Илером по поводу возникновения жизни на Земле и опубликовал две работы, где изложил свою точку зрения на процесс эволюции.

Другим увлечением Ампера стала классификация наук. Он разработал свою систему классификации, которую собирался изложить в двухтомном сочинении. В 1834 году вышел первый том «Опыты философии наук или аналитического изложения естественной классификации всех человеческих знаний». Второй, немного не законченный том был издан в 1843 году (посмертно) его сыном.

За выдающиеся заслуги перед наукой Ампер был избран членом многих академий наук.

Ампер умер от воспаления легких 10 июля 1836 года в Марселе по дороге на юг, где надеялся поправить свое никуда не годное здоровье. Там же он и был похоронен. В 1869 году прах Ампера был перевезен в Париж на Монмартрское кладбище. На его надгробном памятнике высечены слова: «Он был так же добр и так же прост, как и велик».



Рассказы об ученых по физике.