Читать книгу "Неопределенный электрический объект. Ампер. Классическая электродинамика. - Эугенио Мануэль Фернандес Агиляр"

Ученый умер, будучи практически неизвестным. Французскому обществу понадобились долгие годы для того, чтобы отдать дать признательности этому гению, человеку Возрождения, жившему в XIX веке. Лишь в 1974 году, в честь 200-летия со дня его рождения, Французская академия наук учредила Премию Ампера, которая вручается французским ученым за важные исследования в фундаментальных или прикладных областях математики и физики.

Сегодня мы почти везде используем электрический ток, и имя Ампера возвращается (или должно вернуться) в обиход. Когда мы ставим на зарядку мобильный телефон, то смотрим на маркировку зарядного устройства с указанием электрических параметров — например, 5 V и 1 А. Вторая величина читается как «1 ампер», и это скорость, с которой электрический ток доходит до телефона. Так давайте же, вопреки безразличию, выказанному в свое время обществом по поводу смерти ученого, вспоминать имя Ампера всякий раз, заряжая мобильные устройства.

1775 Андре-Мари Ампер родился в Лионе 20 января.

1793 Его отец Жан-Жак Ампер казнен на гильотине 24 ноября.

1799 Женится на Жюли Каррон. В следующем году рождается их первенец, Жан- Жак.

1802 Назначен профессором физики в Центральной школе Бурк-ан-Бресса. Публикует первую научную работу — «Рассуждения о математической теории игр».

1803 Назначен профессором в лицее Лиона. Умирает жена ученого.

1804 Назначен репетитором Политехнической школы в Париже.

1806 Получает должность в Консультативном бюро искусств и ремесел. Женится на Женни Пото.

1807 Назначен профессором Политехнической школы Парижа. У Ампера рождается дочь, Анн Жозефин Альбин.

1808 Назначен инспектором императорского университета. Разводится с женой.

1814 Представляет работу о рядах Тейлора и выдвигает гипотезу, сходную с гипотезой Авогадро.

1815 Становится членом Французской академии наук. Делает доклад о дифференциальных уравнениях в частных производных, а также о классификации элементов.

1820 Готовит второй доклад о дифференциальных уравнениях в частных производных, описывающий уравнение Монжа — Ампера. Узнает об опыте Эрстеда. В «Анналах химии и физики» публикует первые сообщения об электродинамике, а позже — другие сообщения об опытах по электродинамике.

1824 Публикует «Доклад об электродинамических явлениях», подводящий итог предыдущим исследованиям. Пишет автобиографию. Назначен профессором Коллеж де Франс.

1826 Представляет культовый труд по электродинамике — «Теорию электродинамических явленийу выведенную исключительно из опыта*.

1828 Отказывается от должности в Политехнической школе Парижа.

1834 Публикует первый том «Наброски по философии науки». Второй том будет опубликован посмертно сыном ученого.

1836 Умирает 10 июня в Марселе от воспаления легких.

ГЛАВА 1

Неподвижные заряды

В конце XVIII века Франция пережила революцию, повлекшую за собой радикальное изменение политической и социальной системы. В годы нищеты и трудностей молодой человек по имени Андре-Мари Ампер занимался самообразованием, черпая знания в библиотеке своего отца. В то же самое время был открыт закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов. Назван он был по имени своего открывателя, Шарля Огюстена де Кулона.

Андре-Мари Ампер родился в Лионе в 1775 году и умер в Марселе в 1836-м. Таким образом, он был свидетелем всех революционных событий, изменивших его страну. Это был период подъема науки. Ампер жил в эпоху политических и государственных изменений: помимо перехода от старого режима к Революции, он увидел царствование Наполеона, Людовика XVIII, Карла X и, под конец жизни, Луи-Филиппа. На образование Ампера повлияла политическая нестабильность: школьная система была серьезно затронута различными реформами в области публичного образования.

Очевидно, что в такое беспокойное время Ампер не мог получить системного образования, и решающую роль в его становлении как ученого сыграло влияние отца. Отец симпатизировал деятелям Просвещения, особенно Руссо. Его решение было радикальным: он не отдал сына в школу, а начал обучать его самостоятельно. В итоге Ампер столкнулся со школой гораздо позже, уже в качестве преподавателя.

С самого детства Андре-Мари воспитал в себе исследовательскую строгость, которую он усвоил из трудов по математике и ботанике, обнаруженных в библиотеке отца. Его жизнь протекала спокойно и порой счастливо, но были в ней и трагические периоды, во время которых затухала даже его неистощимая жажда познания. В первый раз это произошло, когда юноше едва исполнилось 18 лет: его отец-вольнодумец поплатился головой за свои политические взгляды. Во второй раз беда пришла на смену самому счастливому, по собственному выражению Ампера, периоду его жизни: в 1803 году после долгой болезни, приковавшей ее к постели на три года, умерла жена ученого, Жюли Каррон, с которой он вступил в брак в 1799 году.

НЕПРЕОДОЛИМОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ

В 1777 году французский ученый Шарль Огюстен де Кулон (1736-1806) изобрел крутильные весы, с помощью которых сформулировал закон взаимодействия двух точечных электрических зарядов.

Крутильные весы — это прибор, представляющий собой горизонтальную ось, закрепленную на проволоке или нити, способной к кручению. К краям горизонтальной оси подвешены металлические шарики, которые могут нести заряд и, таким образом, вступать между собой в электростатическое взаимодействие.

Закон Кулона связывает электростатические силы с переменными, от которых они зависят, то есть со значением заряда (Q и q) и расстоянием, их разделяющим (d). Если мы также учтем коэффициент пропорциональности (K), зависящий от среды, где происходит взаимодействие, то закон Кулона (см. рисунок на стр. 19) математически можно выразить следующим образом:

F = K∙Q∙q/d².

Закон Кулона очень важен в силу его сходства с законом всемирного тяготения Ньютона, он позволяет рассчитать силу притяжения между двумя точечными зарядами m и M, находящимися на расстоянии d:

F = G∙m∙M/d²,

где G — постоянная всемирного тяготения, которая в данном случае не зависит от среды. Ньютон опубликовал этот результат веком раньше, в 1687 году. Закон Кулона, таким образом, используется для изучения взаимодействия электростатических зарядов, а закон Ньютона — для описания взаимодействия масс, в нем действует только сила притяжения. Есть соблазн подумать, что между этими двумя выражениями существует некоторое сходство, как в случае отталкивания зарядов, так и в случае их притяжения. Важным было наблюдение, что сила взаимодействия уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Это открытие занимало умы ученых более века. XVII век был веком тяготения, XVIII — веком электростатики, XIX — веком электромагнетизма и электродинамики. Когда Кулон придумал свои крутильные весы, Амперу было два года. Он вырос и стал первым ученым, корректно использовавшим закон обратных квадратов в области магнетизма. Также Ампер впервые предположил, что электричество и магнетизм являются двумя сторонами одной медали.