Путешествие в космос - Электромагнетизм космических тел

6. Гипотеза АМПЕРА

Андре-Мари Ампер (Ampere) — выдающийся французский ученый, физик, математик и химик, в честь которого названа одна из основных электрических величин — единица силы тока ампер, автор самого термина «электродинамика» как наименования учения об электричестве и магнетизме, один из основоположников этого учения, член Парижской академии наук, Лондонского и Эдинбургского королеских обществ, иностранный член многих академий, в том числе Санкт-Петербургской и ряда других научных учреждений — родился 22 января 1775 г.

Предки Андре-Мари Ампера были ремесленниками и жили в окрестностях Лиона. Их профессиональный и культурный уровень быстро возрастал от поколения к поколению, прадед ученого Жан-Жозеф был не только опытным каменотесом, но и выполнял сложные строительные и реставрационные работы, а его сын Франсуа уже стал типичным просвещенным городским буржуа, представителем довольно зажиточного третьего сословия и женился на дворянке.

Отец Андре-Мари, Жан-Жак Ампер получил хорошее образование, владел древними языками, составил себе прекрасную библиотеку, живо интересовался идеями просветителей. Воспитывая детей, он вдохновлялся педагогическими идеями Руссо. Его политическим идеалом была конституционная монархия.

Революция застала Жан-Жака Ампера на купленной незадолго до этого должности королевского прокурора и королевского советника в Лионе, куда семья сравнительно недавно перебралась из деревни. Падение Бастилии семья Амперов встретило с энтузиазмом. Но вскоре на семью обрушилась беда.

Жан-Жак придерживался умеренных взглядов, и поплатился за это. В Лионе во время революции свирепствовал одержимый мистическими идеями лютый и алчный якобинец вместе со своими подручными, он клеветал на ни в чем не повинных людей ограбил их и обрушивал на них всевозможные кары именем революции.

Лионцы восстали против зверств якобинцев, восстание было подавлено и жирондист Жан-Жак Ампер (хотя его действия были как раз продиктованы намерением спасти вожаков якобинцев от ярости толпы) был гильотинирован 24 ноября 1793г.

Это было страшное потрясение для Андре-Мари и всей семьи (к тому же перенесшей недавно еще один удар — от туберкулеза умерла Антуанетта, старшая из сестер).

Можно сказать, что спасли Андре-Мари, вернули его к жизни книги.

Читать он начал примерно с четырех лет, к 14 годам залпом прочитал подряд все статьи из всех 20 томов «Энциклопедии» Дидро и Даламбера (и многое помнил до конца своей жизни). Одаренность проявилась у ребенка очень рано. Так, он научился считать, даже еще не умея писать цифр. В 14 лет, чтобы читать труды Бернулли и Эйлера (которые он, изумляя библиотекаря, доставал в Лионе), в несколько недель изучил латинский язык. Чтение вообще было не только главным, но и единственным источником его знаний. Других учителей у него не было, он никогда не ходил в школу, не сдал за всю свою жизнь ни одного экзамена. Но он постоянно и много черпал из книг. Тем более поразительно, что в конце жизни Ампер, впав в глубокую депрессию, вообще почти перестал читать, и многие книги, попав на полки в его библиотеке, так и оставались неразрезанными.

Круг его юношеского чтения был настолько широк, что это чтение может даже показаться беспорядочным. Но Ампер не просто читал, он изучал, творчески усваивая прочитанное. Не случайно уже в 12-14 лет он начал представлять математические мемуары в Лионскую академию, писал научные труды по ботанике, изобретал новые конструкции воздушных змеев, трудился над созданием нового международного общечеловеческого языка, был погружен в философские размышления и даже совмещал все это с сочинением эпической поэмы — разносторонность всегда отличала его.

Перенесенные душевные травмы почти на два года выбили Андре-Мари из колеи. Только к 20 годам он вновь обретает тягу к книгам и знаниям. Но по-прежнему, когда, казалось, он начал поправляться после ударов, на взгляд многих окружающих, его поведения оставалось странным. Он часто бродит в одиночестве, неуклюжий и неряшливо одетый, порой громко и размеренно скандируя латинские стихи, или разговаривая сам с собой. К тому же, он очень близорук (он узнает об этом только в 20-летнем возрасте благодаря случайности, взглянув на мир через очки приятеля. Когда он вскоре приобрел очки, это стало для него поистине знаменательным событием! Говорят, что, «прозрев», Ампер начал необычайно пылко и восторженно воспринимать красоту природы). Но, как это ни странно, в молодости Ампер не проявлял интереса к изобразительному искусству, а музыкой заинтересовался только к 30 годам, когда ему открылось очарование простых и бесхитростных мелодий.

Наверное, одним из главных импульсов, вернувших Ампера к активной жизни, стала его встреча с золотоволосой Катрин Каррон. Ампер влюбился срезу и навсегда, но согласия на свадьбу не имевшему надежных доходов Амперу удалось добиться только через три года. Родители невесты даже пытались найти ему работу в торговле, но, к счастью для науки и для самого Ампера, эти попытки не увенчались успехом. Большую поддержку Амперу всегда оказывала Элиза, сестра Катрин, раньше других оценившая его редкостные душевные качества.

В августе 1800 г. родился сын Амперов, которого в честь деда назвали Жан-Жаком.

Еще до женитьбы Ампер начал преподавать, давая частные уроки по математике. Теперь же ему удалось выхлопотать место учителя в Центральной школе г. Бурга. Пройдя в феврале 1802 г. собеседование в Комиссии, он был признан подготовленным для проведения занятий.

Обстановка в бургской школе была убогой, и Ампер пытался хотя бы немного усовершенствовать физический и химический кабинеты, хотя денег для этого ни у школы, ни, тем более, у учителя не было. Жалование было очень небольшим, а приходилось жить отдельно от жены и ребенка, оставшихся в Лионе. Хотя, чем могла, помогала мать, Амперу приходилось искать дополнительного заработка, давая еще уроки в частном пансионе Дюпра и Оливье.

Несмотря на большую педагогическую нагрузку, Ампер не оставляет научную работу. Именно в это время во вступительной лекции в Центральной школе в 1802г., а еще раньше — на заседании Лионской академии, в присутствии Вольта, он впервые высказывает мысль, что магнитные и электрические явления могут быть объяснены исходя из единых принципов.

Не ослабевают и его усилия в области математики. Здесь на первый план выходят исследования по теории вероятностей. Они были замечены в Академии наук, где, в частности, на них обратил внимание Лаплас (1749-1827).

Это явилось основанием для признания Ампера подходящим на должность преподавателя в открывавшемся тогда Лионском лицее. Его кандидатура была выдвинута Даламбером. В апреле 1803 г. декретом Консульства Ампер был назначен на желанное для него место преподавателя лицея.

Однако Ампер оставался в Лионе меньше двух лет. Уже в середине октября 1804г. он был зачислен на должность репетитора Политехнической школы в Париже и переехал туда.

Переезд в Париж произошел вскоре после того, как Ампер овдовел. Потеря обожаемой жены повергла его в отчаяние и религиозное смятение. Может быть, еще и поэтому Ампер, несмотря на мольбы его матери, поспешил оставить Лион (куда все последующие годы рвалась его душа), чтобы начать в Париже преподавание в организованной десять лет назад Политехнической школе.

Начав работать репетитором, Ампер уже в 1807г. приступил к самостоятельным занятиям и через несколько лет стал профессором математического анализа. Вскоре в Политехнической школе появился 24-летний Араго, с которым Ампер проводил впоследствии важные совместные исследования. Отношение к Амперу коллег, среди которых было немало действительно крупных ученых, было вполне благожелательным (несмотря на непопулярность у студентов странно одевавшегося и вообще странно державшегося преподавателя), его научная работа шла успешно, но душевная рана, нанесенная потерей жены, была мучительной. Может быть, этим объясняется возникший у него, но не оказавшийся плодотворным интерес к психологии.

Движимые лучшими чувствами, друзья Ампера познакомили его с семейством, в котором была дочь «на выданье», 26-летняя Жанна-Франсуаза. Жертвой торгашеской алчности и грубого эгоизма этой женщины и всего ее семейства вскоре и стал доверчивый, простодушный и беззащитный в своей наивности Ампер, которого через некоторое время попросту выгнали из дома, и ему пришлось обрести временный кров в Министерстве внутренних дел.

Число профессиональных обязанностей Ампера, от которого постоянно требовали денег, тем временем возрастало. Он назначается на должность профессора математического анализа (именно труды по математике открыли, заметим, Амперу дорогу в Парижскую Академию наук), экзаменатора по механике в первом отделении Политехнической школы, он работает (до 1810 г.) в Консультативном бюро искусств и ремесел, а с осени 1808 г. — в должности главного инспектора университета. Эта последняя работа, взяться за которую Ампера вынудили стесненные материальные обстоятельства, требовала постоянных разъездов и отнимала особенно много времени и сил. Он отдал этой изнурительной работе 28 лет, и последняя командировка закончилась по дороге в Марсель в 1936 г. его кончиной.

Периодом резкого взлета научной активности, временем его главных достижений оказались годы после его избрания в 1814 г. в Академию наук.

Андре-Мари Ампер был избран в число членов Парижской Академии наук по секции геометрии 28 ноября 1814г. Круг его научных и педагогических интересов к тому времени уже вполне определился, и ничто, казалось бы, не предвещало здесь заметных изменений. Но пора этих изменений уже приближалась, близилось второе десятилетие XIX века, время самых главных научных свершений Ампера.

В 1820г. Ампер узнал от Араго об опытах, которые незадолго до того проводил датский физик Ханс Кристиан Эрстед.

4 и 11 сентября Араго (1786-1853) сделал в Париже сообщения о работах Эрстеда и даже повторил некоторые из его экспериментов. Большого интереса у академиков это, впрочем, не вызвало, но Ампера захватило полностью. Вопреки своему обыкновению, он выступил здесь не только как теоретик, но занялся в маленькой комнатке в своей скромной квартире проведением опытов, для чего даже собственноручно изготовил столик; эта реликвия сохраняется поныне в Колледж де Франс. Заметим, что от перенесенной в юности травмы Ампер мог полноценно работать лишь одной рукой, что всегда затрудняло его. Даже писать ему было трудно; можно добавить, его странность проявлялась и в том, что вообще сидя работать (и даже думать) ему было трудно.

Ампер отложил все остальные дела, погрузившись в изучение новой проблемы. Как потом писали его современники, идеи и открытия появлялись в те дни у Ампера подобно тому, как Афина возникла из головы Зевса — в полном блеске законченности и совершенства.

18 и 25 сентября 1820г. Ампер сделал свои первые сообщения об электромагнетизме. Фактически за две недели он пришел к своим самым главным научным результатам.

Влияние этих трудов Ампера на многие отрасли науки — от физики атома и элементарны частиц до электротехники и геофизики — невозможно переоценить.

Открытие Эрстеда многими толковалось тогда так, что под действием тока провод, по которому этот ток протекает, намагничивается, а потому и действует на магнитную стрелку.

Ампер выдвинул принципиально новую, радикальную и даже, на первый взгляд, дерзкую идею: никаких магнитных зарядов в природе вообще не существует, есть только электрические заряды, и магнетизм возникает только из-за движения электрических зарядов, т.е. из-за электрических токов.

Прошло без малого двести лет с того момента, когда Ампер выступил с этой гипотезой, и, казалось бы, пора разобраться, был ли он прав (и тогда название «гипотеза» делается неуместным), или же от нее нужно отказаться.

Первое впечатление — гипотезе Ампера противоречит даже сам факт существования постоянных магнитов: ведь никаких токов, ответственных за возникновение магнетизма, здесь, вроде бы, нет! Ампер возражает: магнетизм порождается огромным числом крошечных электрических атомных контуров тока. Можно только поражаться, что такая глубочайшая идея могла появиться в ту пору, когда не только еще не знали ничего об устройстве атомов, но даже еще не существовало и слова «электрон»! Каждый такой контур выступает как «магнитный листок» — элементарный магнитный двухполюсник. Этим и объясняется, почему магнитные заряды одного знака — «магнитные монополи», в отличие от монополей электрических, в природе не встречаются.

Почему же все-таки и поныне «гипотеза»? Ведь уже не раз казалось, что найдены «магниты», в которых электрических зарядов нет. Вот, к примеру, нейтрон. У этой частицы нулевой электрический заряд, но есть магнитный момент.

Опять «момент», т.е. опять магнитный двухполюсник, и его появление вновь объясняется в нынешней теории элементарных частиц «микроскопическими» токами, только теперь уже не внутри атома, а внутри нейтрона. Так можно ли уверенно утверждать, что магнетизм всегда порождается движением электрических зарядов?

Гипотеза Ампера в такой заостренной формулировке принимается не всеми теоретиками. Больше того, некоторые варианты теории говорят о том, что магнитные монополи («однополюсни-ки») должны проявляться, но только при огромных, недостижимых для нас сегодня энергиях.

Гипотеза Ампера явилась важным, принципиальным шагом к утверждению идеи о единстве природы. Но она поставила перед исследователями ряд новых вопросов. В первую очередь, потребовалось дать полную и замкнутую теорию взаимодействия токов. Эту задачу с подлинным блеском, действуя как теоретик и как экспериментатор, решил сам Ампер. Чтобы найти, как взаимодействуют токи в различных контурах, ему пришлось сформулировать законы магнитного взаимодействия отдельных элементов тока («закон Ампера») и воздействия токов на магниты («правило Ампера»). По существу, была создана новая наука об электричестве и магнетизме, и даже термин электродинамика был введен одним из замечательных ученых прошлого, Андре-Мари Ампером.

<<<Назад Страница 8 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz