Тем временем авторитет Ампера как ученого и преподавателя рос с каждым днем. В 1807 году он начал самостоятельно вести занятия, в 1809-м стал профессором высшей математики Политехнической школы, а в 1814-м – членом Академии наук. Также до 1810 года Ампер работал в Консультативном бюро искусств и ремесел, а с 1808 года и до конца своих дней выполнял обязанности главного инспектора университета. В 1824 году он был избран профессором Коллеж де Франс.
Что касается научных интересов Ампера, то они по-прежнему отличались разнообразием. Он публиковал математические работы по теории рядов, в 1816 году, изучая молекулярное строение газов, независимо от Авогадро открыл закон равенства молярных объемов различных газов. Что интересно, не занимался Ампер до поры до времени только изучением электрических явлений – областью науки, которой было суждено стать основой его будущей славы. Толчком к началу деятельности в этой области стали сообщения, сделанные Араго в Академии наук 4 и 11 сентября 1820 года. В них говорилось об открытии Хансом Кристианом Эрстедом магнитного действия электрического тока. Это явление заинтересовало Ампера, он отложил все дела и в своей небольшой квартире активно занялся исследованиями. Уже 18 и 25 сентября Ампер выступил на заседаниях Академии наук с отчетами о своих экспериментах, продемонстрировал некоторые из опытов и сделал вывод об электрической природе магнетизма. За две недели ученый фактически заложил основы нового раздела науки – электродинамики. До конца октября 1820 года он продолжал еженедельно выступать на заседаниях Академии, преподнося своим коллегам одно открытие за другим. Наверное, без большого преувеличения можно сказать, что Ампер создавал основные положения электродинамики быстрее, чем их сейчас изучают.
Результаты своих шестилетних исследований Ампер опубликовал в труде «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта». В этой книге он изложил знаменитый закон, носящий ныне его имя. При его выводе ученый воспользовался результатами очень простого эксперимента: он пропускал электрический ток через два прямых провода, лежащих бок о бок, и установил, что между ними возникает сила притяжения или отталкивания (в зависимости от направления тока). Конечно же, сделать это наблюдение было несложно. Но Ампер провел целый ряд точных измерений и установил, что сила взаимодействия между проводами прямо пропорциональна силам токов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. На основании этого закона Ампер также вывел формулы полученного эмпирически в 1820 году закона Био– Савара, определяющего напряженность магнитного поля, создаваемого электрическим током.
Одной из основных теоретических посылок Ампера, как мы уже писали выше, была гипотеза о том, что магнитные явления имеют только электрическую природу, то есть такого понятия, как магнитный заряд, не существует. До этого считалось, что электрические и магнитные явления существуют параллельно, проистекают по сходным законам и связаны только опосредованно. Например, опыты Эрстеда объяснялись так: под действием тока провод, по которому он протекает, намагничивается. В своих исследованиях Ампер много внимания уделял опытам с соленоидом (катушкой с током). Он показал, что его магнитное поле эквивалентно полю постоянного магнита. Но если все магнитные явления имеют электрическую природу, то как можно объяснить существование постоянных магнитов? Ампер, проявив фантастическую прозорливость, сделал очень точное предположение. Он выдвинул гипотезу о том, что постоянный магнетизм связан с тем, что существуют постоянные круговые токи, обтекающие частицы, из которых состоят магниты. Таким образом, Ампер создал модель атома как шарика, обтекаемого током (напомним, что это произошло задолго до открытия электронов). Помимо этих и многих других результатов и выводов, «Теория электродинамических явлений» содержала и терминологию нового раздела науки, которая в основном используется и поныне. Например, Ампер ввел такие понятия, как «электродинамика», «электростатика», «электродвижущая сила», «напряжение», «гальванометр», уже упомянутый «соленоид» и многие другие.
Помимо электродинамики, продолжал Ампер интересоваться и другими науками. Он занимался биологической систематикой, выдвигал и поддерживал эволюционные идеи, пытался систематизировать и классифицировать все современные ему научные знания. Ученый начал работать над большой книгой «Опыт философии наук, или Аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний». Первый том этой книги вышел в 1834 году. Второй остался незаконченным и уже после смерти отца был издан Жаном Жаком Ампером.
К сожалению, научная слава и почести не помогли Андре Амперу решить финансовые проблемы. Для того чтобы обеспечить себя и детей, он до конца своих дней был вынужден напряженно работать. В одном из писем ученого есть такие слова: «Я принужден бодрствовать глубокой ночью… Будучи нагружен чтением двух курсов лекций, я тем не менее не хочу полностью забросить мои работы о вольтатических проводниках и магнитах. Я располагаю считанными минутами». Неудивительно, что такой образ жизни и пережитые несчастья подорвали здоровье Ампера. Исполняя обязанности инспектора университета, он ездил в многочисленные командировки по всей стране. 11 июня 1836 года, во время одной из них, в Марселе, ученый умер от приступа стенокардии.
АВОГАДРО АМАДЕО(1776 г. – 1856 г.)
9 августа 1776 года в Турине в семье служащего судебного ведомства Филиппе Авогадро родился третий ребенок. Мальчик, как это часто бывало в Италии, получил сложное многосоставное имя: Лоренцо Романо Амадео Карло Авогадро ди Кваренья э ди Черрето. Предки этого семейства еще в XII веке состояли на адвокатской службе при католической церкви. Юридическая профессия в семье Авогадро передавалась по наследству. Поэтому, подобно пушкинскому Гриневу, появившемуся на свет сержантом Семеновского полка, Амадео Авогадро родился юристом. В 1792 году он окончил юридическое отделение Туринского университета, а к двадцати годам уже получил степень доктора церковного права. Но, приступив к практике, юноша понял, что юриспруденция не вызывает у него особого интереса. Между тем еще в юношеские годы он занимался в так называемой школе геометрии и экспериментальной физики. К 25 годам интерес к точным наукам проявился с новой силой. В итоге Амадео решил прервать многовековую семейную традицию и стать физиком.
Однако знаний, полученных в университете, было явно не достаточно для такой резкой смены специализации. Авогадро долго и упорно занимался самообразованием. Учиться по книгам было нелегко, но Амадео проявил удивительное упорство. Для того чтобы зафиксировать полученные из различных книг и статей сведения, он делал многочисленные выписки, со временем составившие 75 томов, примерно по 700 страниц в каждом. Первые собственные результаты Амадео опубликовал в 1803 и 1804 годах. Это были две статьи, поданные совместно с братом Феличе в Туринскую академию. Посвящены они были чрезвычайно модной тогда теме – электричеству. В первой из работ авторы сделали попытку объяснить поведение проводников и диэлектриков в электрическом поле. Уже в этой ранней работе физик-самоучка высказал интересные и во многом правильные идеи. За эти статьи Авогадро был избран членом-корреспондентом Академии.
В 1806 году 30-летний Авогадро, доктор церковного права, с удовольствием занял скромное место репетитора в Туринском лицее. В 1809 году он перебрался в небольшой город Верчелли, где стал преподавателем физики и математики в местном лицее. Здесь Амадео проработал около 10 лет. Все это время он продолжал заниматься самообразованием. В Верчелли Авогадро женился на дочери нотариуса Анне Марии Маццье ди Джузеппе. Несмотря на большую разницу в возрасте (Анна Мария была на 18 лет моложе Амадео), брак этот стал счастливым и многодетным. Всего в семье было восемь детей.
Постепенно самостоятельные исследования принесли Амадео Авогадро заслуженную известность. Сфера его научных интересов была очень разнообразна: электричество, химия, но особых успехов (о которых мы расскажем ниже) он добился в области молекулярной физики. В сентябре 1819 года Авогадро был избран членом Туринской академии, а уже через год получил должность профессора Туринского университета. Амадео первым возглавил новую кафедру высшей физики (математической физики). При вступлении в должность новоявленный профессор изложил свои взгляды на то, каким должно быть преподавание физики в Италии, развитие точных наук в которой на тот момент уступало уровню передовых государств Европы. Важнейшей задачей он считал совмещение преподавательской деятельности с исследовательской. Для этого Авогадро предложил создать при кафедре два кабинета: один – учебный, второй – для научных исследований. Научный кабинет, по замыслу ученого, должен быть оснащен современной аппаратурой и штатом сотрудников. Подразумевалось также и создание научного журнала, в котором публиковались бы работы итальянских ученых.
Как видим, профессор Авогадро очень серьезно отнесся к своим обязанностям. Но большинство его предложений не было реализовано. В 1821 году состоялась так называемая Пьемонтская революция, вызванная жестким реакционным поведением короля Сардинии. Как это часто бывает, на острие революционных событий оказалась образованная молодежь, в основном – студенты. В результате Туринский университет был закрыт на целый год, а его новые кафедры расформированы. В 1823 году Авогадро получил титул заслуженного профессора и был назначен на высокую должность инспектора Палаты по контролю за государственными расходами. При этом, занимаясь государственными делами, он не оставлял и научных изысканий.
Что же касается характера Амадео Авогадро, то он, как свидетельствовали его современники, был уравновешенным, доброжелательным, обаятельным и скромным, хорошим семьянином и человеком весьма религиозным. Стяжательство и погоня за почестями, интриги и конфликтные дискуссии с научными противниками были ему чужды. Вот как отзывался об Авогадро один из его коллег: «Высокообразованный без педантизма, мудрый без чванливости, презирающий роскошь, не заботящийся о богатстве, не стремящийся к почестям, безразличный к собственным заслугам и собственной известности, скромный, умеренный, доброжелательный».