Андре Мари Ампер (1775-1836)
Если ток отклоняет магнитную стрелку так же, как это делает постоянный магнит, то естественно рассматривать электричество в движении как источник магнитной силы определенного направления. Поскольку два магнита взаимодействуют, то и два тока должны действовать друг на друга на расстоянии.
Начиная с этого момента, работы Ампера следуют одна за другой и возникает здание новой науки — «электродинамики» (термин введен Ампером), в которой все магнитные явления сводятся к чисто электрическим: к взаимодействию токов. Ампер связывает с каждой молекулой вещества круговой ток, который приближенно можно интерпретировать как элементарный магнитик, намагничивание выражается как упорядочивание элементарных круговых токов.
Установленный Ампером количественный закон, характеризующий взаимодействие бесконечно малых элементов электрической цепи, позволяет вычислить силу между элементарными круговыми токами. Она выглядит как центральная сила, действующая на расстоянии через пустоту, чисто в ньютоновском духе. Дальше возникает проблема вывести отсюда следствия для электрического взаимодействия макроскопических тел. Можно представить, что такая задача требует изощренной математики и многих дополнительных предположений, но Ампер смог далеко продвинуться в ее решении.
Андре Мари Ампер родился в Лионе, в семье коммерсанта. В 1793 году его отец Жан Жак Ампер был казнен якобинцами. Это несчастье обрушилось на семью, когда Андре только вступал в жизнь, оно многое определило в его дальнейшей судьбе. Ампер не смог получить систематического и глубокого образования и в самые плодотворные годы имел мало времени для творчества. Но он напоминал Юнга многообразием интересов и редкими способностями, проявлявшимися в различных областях. После гибели отца Ампер больше года был выключен из жизни из-за тяжелой депрессии, но постепенно к нему возвращается страсть к приобретению знаний. В конце 1794 года он начинает заниматься ботаникой, в 1796 году пишет эпопею, увлеченный идеями Руссо о пагубной роли культуры и блаженстве первобытного человека. Рано проявляется его математический талант. Но жизнь складывается трудно. Ампер рано женился, в 1800 году у него родился сын. Чтобы содержать семью, в течение нескольких лет он работает на износ частным преподавателем математики в Лионе, иногда давая по 12 уроков в день. Его семья в Бурге, но там он не может найти работу и мечется между двумя городами. В 1803 году выходит его первая серьезная математическая работа, вскоре он получает должность профессора лицея в Лионе. Его служебное положение стабилизируется, но тут умирает его жена. Ампер остается один с маленьким сыном. С 1807 года он профессор Политехнической школы в Париже. В 1806 году следует второй брак, причем крайне неудачный, закончившийся скандалами, материальными потерями и разводом через два года. Ампер берет к себе дочку от второго брака. И так, в борьбе за выживание, протекает его жизнь, и по ходу возникают рядовые математические статьи. В 1814 году он избирается членом Института. К 1820 году Амперу уже 45 лет, а он, при своих блестящих способностях, еще не сделал ничего по-настоящему существенного. Свои главные работы Ампер выполнил в возрасте от 45-ти до 53-х лет. За восемь лет этот больной, неудачливый в личной жизни, обремененный долгами и материальными заботами, уставший от непрерывной борьбы с жизненными невзгодами человек завершил труд, названный им «Теория электродинамических явлений, выведенных исключительно из опыта». Через сорок лет Максвелл назовет Ампера «Ньютоном электричества».
Трудно представить, что еще он мог сделать в науке, если бы судьба была к нему благосклонней и если бы государство ему помогало. А может быть, как раз ничего бы не сделал? Ведь такое тоже в порядке вещей.
Ампер, так же как Френель, ничего не получал за свои научные исследования, в то же время его книга основана на большом экспериментальном материале, а опыты требовали затрат. (Для справедливости отметим, что эксперименты, которые Ампер производил, не были поставлены достаточно чисто, в дальнейшем они подвергались критике.)
Оклад Ампера как профессора Политехнической школы и инспектора Университета составлял 5 000 франков в год (последняя должность, требующая частых разъездов, приносила основной доход и состояла в контроле работы и расходов коллежей в различных районах Франции, а также присутствия на занятиях и студенческих экзаменах). В 1824 году долг Ампера составил 4000 франков. В этом же году он с большими трудностями прошел по конкурсу на должность профессора и заведующего кафедрой общей и экспериментальной физики в Коллеж де Франс. Он получил 3 голоса, а минералог Ведан (протеже министра) — 9 голосов, но впоследствии Ведана уговорили снять свою кандидатуру. Работа в Коллеж де Франс оставляла больше свободы, так как не была связана планами и программами. Но тут же Ампер получает отставку с должности инспектора, так как она понадобилась протеже королевского цензора. Ампер пишет сыну: «Я не могу перенести даже мысли, что мне придется вести сразу два курса, нельзя будет производить новых исследований в области физики и придется отказаться от публикации задуманных работ». Правда, вскоре Ампера восстанавливают в должности. Но здесь сестра, которая вела его хозяйство в Париже, признается, что задолжала 11000 франков. И так далее. В один из моментов Ампер занимает 50 франков у другого горемыки — Френеля, так как в доме нет ни единого су. Кажется, что Франция испытывает на прочность своих гениев!
В последние годы материальное положение семьи улучшилось, так как сын Ампера стал профессором в Нормальной школе в Сорбонне. В старости Ампер занимается вопросами классификации наук. Он умирает от горловой чахотки в Марселе, во время инспекционной поездки по югу страны. Этот великий человек мечтал, чтобы на его могиле было написано: «Tandem felix» — Наконец, счастлив! Какой контраст с жизнью многих людей, которые всем обеспечены и не делают ничего путного!
Но вернемся к физике. Ампер «выжал» почти все из электродинамики, основанной на принципе дальнодействия. Шаг дальше на этом же пути через 20 лет сделал немецкий физик В.Вебер (1804-1891). Он представлял ток как движение элементарных частиц электричества и попытался угадать из амперовых законов вид силы между единицами электричества, находящимися в движении. По его мнению, сила зависит от скорости и ускорения и только для покоящихся частиц совпадает с кулоновской. В дальнейшем Вебер смог вывести закон индукции токов. После этого основные электромагнитные явления получили свое объяснение. Все мелкие детали, как казалось, тоже могли быть объяснены при известных усилиях. Но эстетически картина выглядела весьма странно. Взаимодействие между частицами (которых, кстати, никто не видел), передающееся мгновенно, зависящее от скоростей, ускорений и, возможно, если потребует эксперимент, от более высоких производных траектории, взаимодействие, зависящее от нескольких размерных параметров, значение которых не выводится, а фиксируется опытом, — такую теорию трудно принять в качестве фундаментальной. Кроме того, рядом, сама по себе, уже существует оптическая наука, которая основывается на волновых представлениях и эфирной среде, а электрические явления как бы ничего про это не знают.
Мы помним, что в корпускулярной оптике к концу XVIII века тоже не было непреодолимых противоречий, тем не менее ее защитники сдались без боя, потеряв стимулы изобретать все новые корпускулярные механизмы для объяснения явлений, поскольку волновая картина в каждом случае предъявляла более простое, естественное и красивое решение.
Электродинамику ждала похожая судьба. Переворот в ней занял больше времени и был воспринят поначалу с большим сопротивлением. Но и последствия его оказались более глубокими. Как и в ньютоновские времена, новые революционные идеи возникли в Англии и в течение нескольких десятилетий не воспринимались континентальной физикой. Ответственность за то, что произошло, делят между собой два человека — М. Фарадей и Дж. К. Максвелл.