Жарким грозовым днем в июне 1731 года молния ударила в дом одного почтенного купца города Уэкфилда. Услышав грохот, испуганный негоциант вбежал в комнату и обнаружил, что небесный огонь разбил ящик, наполненный стальными ножами и вилками, и разбросал все столовые приборы по полу. Кинувшись подбирать имущество, купец обнаружил, что ножи и вилки оказались намагниченными…
Компасные мастера не раз замечали, что у кораблей, пришедших из дальних плаваний и побывавших в жестоких грозовых бурях, компасные стрелки оказывались перемагниченными. Северный конец указывал на юг, а южный — на север. Это случалось на тех судах, мачты которых принимали на себя удары молний.
Молния, молния… Но ведь молния — это не что иное, как огромная электрическая искра…
7 сентября 1753 года в здании Санкт-Петербургской императорской академии господин профессор Франц Ульрих Теодор Эпинус прочел на конференции трактат «О сходстве электрической силы с магнитною».
Дальше оставалось только доказать и подтвердить на опытах связь электричества с магнетизмом. Только… Но это-то «только» и не удавалось никому из физиков. Английский химик Гемфри Дэви, соорудив гигантский вольтов столб, состоящий из двух тысяч пар пластин, и получив электрическую дугу, обнаружил, что пламя дуги отклоняется магнитом. Но это было не совсем то… Пламя есть пламя.
Уже были найдены многие связи между электричеством и светом, между электричеством и звуком, даже между электричеством и теплом. А вот убедительно показать, что связь электричества с магнетизмом существует, никак не удавалось. Правда, мюнхенский физик Иоганн Вильгельм Риттер утверждал, что всякий вольтов столб есть магнит, поскольку ток от него, пропущенный через серебряную проволоку, делает ее магнитной. Но Риттер пользовался славой гениального, но сумасбродного человека, и к его словам не очень-то прислушивались.
В 1802 году Джан Доменико Романьози — адвокат, получивший кафедру публичного права в Падуе и одновременно увлекавшийся электрическими опытами, — обнаружил отклонение магнитной стрелки током, проходившим по серебряному проводнику. Романьози хотел было описать открытое явление в подробном мемуаре, но так и не собрался.
Похожие результаты наблюдал в своей лаборатории в Генуе профессор химии Джузеппе Моджиони в 1804 году.
А директор Политехнического института в Вене Иоганн Иозеф Прехтль, желая изучить магнитные свойства вольтова столба, подвешивал его на шелковых нитях. Он писал: «…в природе все явления имеют значение или притягательных, или химических действий электричества… так что в сущности магнетизм и химизм суть главные ветви общей науки, электрицизма».
Сегодня даже удивительно читать столь проницательные суждения, во многом соответствующие нашим воззрениям. Но в 1810 году это было лишь мнением, лишенным экспериментального подтверждения. Подобные догадки продолжались до 15 февраля 1820 года.
В тот день в Копенгагенском университете должен был читать лекцию о связи электричества с теплотой профессор Ханс Кристиан Эрстед. Сорокатрехлетний ученый был довольно известной фигурой в Дании. Родившись в семье аптекаря, он получил диплом фармацевта, а потом доктора философии. Его научные интересы были широкими и разносторонними. За интересные работы по получению хлористого и металлического алюминия Эрстед был принят в члены Датского королевского научного общества и стал его непременным секретарем. Он много ездил, совершая научные путешествия по европейским государствам и знакомясь с учеными разных стран.
Эрстед был хорошим лектором и умелым популяризатором науки. Немудрено, что на его лекции собиралось достаточно много студентов. В те годы свободного посещения лекций студенты попросту игнорировали тех профессоров, которые читали плохо или худо знали предмет.
Рассказывая о нагревании проволоки под действием протекающей в ней электрической жидкости, профессор Эрстед подошел к столу, чтобы показать опыт: подключить к полюсам вольтова столба платиновую проволочку и дать желающим потрогать, чтобы убедиться в том, что она стала горячей. Такой опыт в те времена вызывал настоящий восторг очевидцев.
Как случилось, что на столе рядом с нагреваемой проволокой оказался компас, сказать сегодня невозможно. Прибор не имел никакого отношения к теме лекции. И его присутствие здесь было чистой случайностью. Но это была «Великолепная Случайность».
Столь же прекрасным было и то, что один из студентов, которого, по-видимому, не слишком интересовали электрические чудеса с нагреванием, заметил, что при включении гальванической цепи магнитная стрелка почему-то дергается. И надо же было этому студенту задать вопрос о причине обнаруженного явления… Он был, по-видимому, все-таки любознательным молодым человеком. Как жаль, что мы никогда так и не узнаем его имени…
Эрстед даже растерялся от неожиданности вопроса.
— Я не понимаю, господин студент, о чем вы говорите.
— Но я говорю о том, что видел собственными глазами. В момент включения вами, господин профессор, цепи стрелка компаса отклонилась.
— Вы уверены, что это было так? — медленно переспросил Эрстед, оглядывая демонстрационный стол. Он сразу заметил, что один из проводов, идущий от батареи, образовал петлю и лежал на компасе почти параллельно стрелке.
— Но я могу поклясться, что все было именно так! — воскликнул возмущенный недоверием студент и стал продвигаться к столу сквозь группу товарищей.
— Не двигайтесь! — закричал Эрстед. — Я сейчас повторю опыт, ничего не изменяя. Господа, я прошу всех следить за стрелкой и сказать мне, что вы увидите.
Он снова замкнул цепь и едва не оглох от дружного вопля студентов: «Отклонилась!»
Сколько времени Эрстед ждал этого момента! На какие только ухищрения не шел, чтобы обнаружить связь электричества с магнетизмом. А все оказалось так просто…
— Отклонение магнитной стрелки, господа, может быть вызвано единственной причиной… — голос его дрожал от волнения и прерывался, — …электрическим конфликтом, то есть воздействием на магнитную стрелку перемещающейся в проводнике электрической жидкостью.
Пять месяцев спустя из печати вышел небольшой мемуар Эрстеда, озаглавленный «Опыты, касающиеся действия электрического конфликта на магнитную стрелку». В нем было изложено правило, уже очень похожее на формулировку закона: «Гальваническое электричество, идущее с севера на юг над свободно подвешенной магнитной стрелкой, отклоняет ее северный конец к востоку, а проходя в том же направлении под стрелкой, отклоняет ее на запад».
Но почему все происходило именно так, а не иначе, Эрстед объяснить не мог.
Свой труд, изложенный в небольшом мемуаре, напечатанном на латинском языке, Эрстед разослал во все известные научные общества, в редакции физических журналов и физикам, занимающимся вопросами электричества.
Интересно отметить, что, по мнению Эрстеда, магнитные свойства проводник с током проявлял лишь в том случае, когда находился в нагретом состоянии. Что это — ошибка или ограниченность мышления, привычка просто следовать букве эксперимента и ни шагу в сторону?..
Следом за сообщением Эрстеда появился целый поток сообщений об исследовании нового явления. Опыт Эрстеда видоизменяли, исследовали со всех сторон. Нашли, что холодный проводник, по которому течет электрическая жидкость, также хорошо отклоняет стрелку, как и нагретый. В разных странах физики стали вспоминать, что о сродстве вольтова столба и магнита уже давно велись разговоры и открытие Эрстеда вовсе не так уж и ново. Нашлись и такие, что утверждали, будто бы проделывали аналогичный опыт и не раз получали сходный результат, но не обратили, дескать, на него внимания…
В том-то и заключалось и заключается величие таланта. Мало поставить удачный опыт и обнаружить неизвестный до того эффект. Нужно еще осознать важность своей находки!..
«Наш великий Ампер»
Доменик Франсуа Жан Араго был удивительным человеком. На его долю в жизни выпало столько приключений, что их хватило бы на толстый роман. И вместе с тем Араго был серьезным ученым.
Прежде всего он был, пожалуй, астрономом. С 1830 года он — непременный секретарь Парижской академии наук и директор знаменитой Парижской обсерватории. Но еще до того он увлекался оптикой — исследовал законы света вместе с Френелем.
В 1820 году в Женеве Араго увидел на собрании натуралистов повторение опытов Эрстеда. И конечно, тут же решил познакомить с ними своих соотечественников. Вернувшись домой, он собрал нехитрую установку с вольтовым столбом и продумал программу экспериментов.
Чтобы стрелка компаса легче вращалась, понадобилось подпилить железную опорную иглу. Работа несложная.
И вот цепь замкнута и магнитная стрелка отклоняется от серебряного проводничка, подключенного к вольтову столбу. Но что это? Какая-то грязь?.. Араго протирает серебряный проводник и снимает с него налипшие железные опилки. Однако стоит ему положить проводник на стол, как опилки вновь налипают на него…
Араго выключает ток, и опилки осыпаются с серебряной проволоки. Включает — и они снова облепляют ее, будто серебро стало магнитом. Серебро — магнитом! Чудо! Счастливое открытие! Араго сразу же осознал его важность. Немагнитный в принципе серебряный проводник, когда он подключен к вольтову столбу, становится магнитом! Интересно! Очень интересно!! Но почему?
Снаружи раздался стук. У порога стоял дурно одетый человек — обвисшие поля шляпы, мятый камзол. Это Ампер, академик Андре Мари Ампер — самый гениальный и самый рассеянный из его друзей. Пыль на его башмаках — доказательство того, что он уже давно вышел из своего дома на улице Фоссе де Сен-Виктор и бродил по Парижу или по его предместьям, не разбирая дороги, как всегда, погруженный в свои мысли.
— Входите, входите, мой друг! — В голосе Араго звучала неподдельная нежность. Он искренне любил этого нескладного и такого несчастного человека, вечного отшельника и глубокого мудреца. — Входите и давайте вашу шляпу. Я ее положу здесь отдельно от других, чтобы вы не спутали… — Араго вспомнил тот случай, когда после бурных споров по вопросам метафизики в одном из парижских домов Ампер схватил по рассеянности треуголку присутствовавшего священника и ушел в ней домой, оставив духовному отцу свою круглую шляпу.
Ампер улыбнулся.
— Вы жестоки. А я-то бежал к вам, чтобы рассказать, к каким замечательным выводам пришел, обдумывая опыты Эрстеда… Вы знаете, его открытие знаменует собой начало новой эпохи в электричестве — электричестве не статическом, неподвижном, а, наоборот, движущемся, выливающимся из гальванических батарей, подобно потокам…
Араго проводил друга наверх в лабораторию и усадил в кресло.
— Я вижу, что и вы не чужды гальваническим увлечениям? — лукаво спросил Ампер, кивая на приборы и вольтов столб, приготовленные на столе.
— Вы правы. Я воспроизвел опыт Эрстеда и, как мне кажется, обнаружил новое, никем доселе не замеченное явление. Может быть, оно заинтересует вас?..
Он замкнул цепь и приблизил проводники к опилкам. Тотчас же они облепили проводники и ощетинились, как иглы. Ампер протянул к цепи руку. Араго выключил ток, и опилки легким дождем ссыпались в ладонь Амперу…
— Прекрасно! — Ампер вскочил с места. — Это только лишний раз доказывает, что я прав. Покоящиеся заряды не взаимодействуют с магнитной стрелкой. Но стоит им прийти в движение, и они превращают серебряный проводник в магнит. Провод — в магнит! Превосходно! — Он на мгновение задумался. — А как вы думаете, станут взаимодействовать два провода с текущими в них потоками зарядов, как магниты?..
Он уже не ждал ответа. Мысль его заработала. Глубоко внутри началась та таинственная, никому не ведомая работа, результатом которой бывает озарение и новые идеи…
Ампер стремительно шагал по набережной Сены, находясь в том счастливом состоянии духа, когда то, о чем так много и упорно думалось, представляется вдруг если еще не совсем ясным, то проступающим и уже понятным в целом, будто наплывающее строение в клубах утреннего тумана, тающего под лучами солнца.
Мальчишки плыли по течению, весело перекликаясь друг с другом. И Амперу вдруг пришла в голову мысль о простом правиле, с помощью которого можно всегда определить направление отклонения магнитной стрелки протекающим током. Он решил его назвать «правилом пловца». Если пустить человека плыть по направлению тока лицом вниз, то северный конец стрелки всегда отклонится под действием этого тока вправо… Браво, Андре!.. А теперь токи… Он оглянулся. Как было бы хорошо начертить все это, поставить стрелки, определить направления… Вот и кусочек мела нашелся в кармане… Какое счастье, что рядом с ним его черная доска…
Парижане — сдержанная публика, когда дело касается чьих-то чудачеств. Но это уж… извините, мсье… Сначала один, потом двое, наконец, пятеро прохожих оглянулись в недоумении на пожилого, дурно одетого господина, который в самозабвении расчерчивал мелом… заднюю стенку чьей-то кареты.
18 сентября 1820 года на заседании Парижской академии наук академик Андре Мари Ампер начал свою знаменитую серию докладов по электромагнетизму.
— При самом начале явления, открытые Эрстедом, мсье, — говорил Ампер, стоя на возвышении, — по справедливости названы электромагнитными. Однако в явлениях, о которых хочу говорить я, магнит не участвует. И потому правильнее будет дать им общее название электродинамических…
Первый опыт, на который меня подтолкнули блестящие эксперименты нашего общего друга академика Араго, я проделал с двумя прямыми проволоками, по которым протекает электричество от вольтова столба. И мое открытие заключается в том, что две параллельные соединительные проволоки взаимно притягиваются, когда электричество движется по ним в одном направлении, и отталкиваются, когда направления токов противоположны…
По комнате, где происходило заседание, пролетел шепот. Открытие Ампера было так просто и, как все простое, гениально. Оно вызвало разные чувства у присутствующих. Араго гордился своим другом. Био слушал с неослабевающим интересом, изредка поглядывая на молодого Савара, с которым его связывала дружба. Семидесятилетний Лаплас дремал. Однако было здесь и немало тех, кого с первых же слов Ампера начала снедать зависть.
— Подумаешь, открытие! — говорили они. — Притяжение и отталкивание токов — это не более чем видоизмененное притяжение и отталкивание заряженных тел, известное еще со времен Дюфе…
Ампер живо реагировал на это возражение.
— Одинаково наэлектризованные тела взаимно отталкиваются, два же одинаковых тока притягиваются… и, соприкоснувшись, остаются соединенными, как магниты.
— Но позвольте, — говорили завистники, — в чем же новизна открытия коллеги Ампера? Эрстед доказал действие тока на магнитную стрелку. Но если два тела способны действовать на третье, то они должны действовать и друг на друга… Не означает ли это, что взаимное притяжение и отталкивание проводов суть следствие, вытекающее из опытов все того же Эрстеда?..
И они садились на место, внутренне торжествуя, внешне же притворно сожалея, что слава поспешного открытия их коллеги исчезает, как дым… И снова вскакивал Ампер. Он предлагал сомневающимся вывести из опытов Эрстеда a priori направление взаимодействия токов. А когда этого его противникам не удавалось, садился на место удовлетворенный. И так продолжалось не раз и не два…
Четыре понедельника подряд в октябре 1820 года выступал Ампер с трибуны академии, докладывая о результатах своих исследований. Потом он выступал еще и еще… Он свернул провод в спираль и, пропустив по нему ток, обнаружил, что получившийся соленоид ничем по своим свойствам не отличается от обыкновенного магнита.
— Каждый магнит, мсье, я в этом уверен, — с жаром говорил Ампер коллегам, — представляет из себя множество естественных соленоидов, по которым текут крошечные круговые токи. Именно гальванический ток, циркулирующий в каждой частице вещества, создает ее природный магнетизм. Электрический ток определяет магнитные свойства тела…
Пока оси этих круговых токов ориентированы беспорядочно внутри тела, магнитные свойства не могут себя проявить, ибо в среднем они компенсируют друг друга. Но стоит всем осям по какой-то причине стать параллельными, выстроившись по ранжиру, и тогда железо и сталь становятся магнитами…
Это была настоящая революция во взглядах на природу магнетизма. Фактически Ампер предлагал отбросить всякое представление о невесомых магнитных субстанциях и заменить их действием электрического тока. Резюмируя сказанное, Ампер писал:
«Я свел явления, наблюденные г. Эрстедом, к двум общим фактам.
Я показал, что ток, существующий в самом вольтовом столбе, действует на магнитную стрелку так же, как и ток соединительного провода.
Я описал опыты, при помощи которых я установил притяжение или отталкивание всей магнитной стрелки под действием соединяющей проволоки.
Я описал приборы, которые предполагал соорудить, и, между прочим, гальванические винты и спирали.
Я указал, что последние будут производить во всех случаях те же действия, что и магниты.
Затем я коснулся некоторых подробностей относительно своего воззрения на магниты, согласно которому они обязаны своими свойствами единственно электрическим токам, расположенным в плоскостях, перпендикулярных их оси.
Я коснулся также некоторых подробностей относительно подобных же токов, предполагаемых мною в земном шаре. Таким образом, все магнитные явления я свел к чисто электрическим действиям».
Ну, это уж он зря! Да еще так безапелляционно! В зале академии немало сторонников и убежденных приверженцев гипотезы «магнитной жидкости», легко объясняющей природу магнетизма. Первым со своего места поднялся Жан Батист Био. Он ожесточенно напал на высказанные Ампером предположения и предложил опытом, только опытом доказать истинность новой гипотезы. Био грудью встал на защиту «магнитной жидкости», такой привычной и удобной, а главное, наглядной…
Дело заключалось в том, что в то время, когда Ампер занимался изучением взаимодействия проводников с током, Био вместе с двадцатидевятилетним военным хирургом Феликсом Саваром, увлекшимся физикой, исследовал законы воздействия тока на магнитную стрелку. Результатом этих исследований явился важный закон электродинамики, сформулированный, естественно, в привычных терминах представлений о «магнитных жидкостях» или «магнитных субстанциях». Вот прочтите, каким он был в первой редакции: «Если неограниченной длины проводник с проходящим по нему вольтовым током действует на частицу северного или южного магнетизма, находящуюся на известном расстоянии от середины провода, то равнодействующая всех сил, исходящих от провода, и общее действие провода на любой — южный или северный — магнитный элемент обратно пропорциональны расстоянию последнего от провода». Трудная формулировка, согласен. Не вдруг и запомнишь. А уж применять ее и того труднее. Но она была первой! И Био защищал ее, как честь мундира.
Правда, очень скоро старый и мудрый Лаплас проанализировал этот обобщенный, интегральный закон и показал, что в случае не бесконечно длинного проводника, а конечного — так называемого элемента тока — сила этого воздействия убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Получился тот самый дифференциальный закон Био-Савара-Лапласа, который изучают ребята сегодня в школе.
Амперу трудно было возражать Био, поскольку во многих своих выводах ученый опирался на интуицию. Экспериментальных данных по-прежнему не хватало. И должно будет пройти сорок лет, прежде чем Максвелл сумеет подтвердить правоту Ампера теоретически, а потом уже в нашем веке американские физики Самуэль Джексон Барнетт, Альберт Эйнштейн и нидерландский физик Вандер Иоханес де Гааз найдут пути экспериментального подтверждения сформулированного Максвеллом вывода. В 1821 году Био торжествовал…
В 1821 году, устав от изнурительных опытов, которые он проводил в собственной квартирке на улице Фоссе-де-Сен-Виктор, за столиком, сделанным своими руками, и с неуклюжими приборами, изготовленными сельским слесарем, Ампер заявил, что переходит к составлению теории. В ней он хотел в ясной математической форме описать и привести к единству все многочисленные результаты опытов и электродинамические явления.
Пожалуй, именно с этого момента французы и стали называть этого близорукого и рассеянного чудака Ампера «наш великий Ампер».
К сожалению, период оживления и бурной работоспособности продолжался недолго. Медленно, но верно Ампер впадал в обычную апатию, и прежнее уныние овладевало им еще в большей степени, чем раньше. Все труднее бывало браться по утрам за перо. Все ненавистнее становился ему задуманный капитальный труд «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опытов». Ему не хотелось даже читать. Насколько в детстве и в юности любил он книги, настолько теперь чувствовал к ним отвращение. Ничто не могло пробудить его интереса, ничто не способно было увлечь. Ко всему прочему добавились еще и страдания от сильной стенокардии.
Еле-еле закончив книгу свою, он оказался неспособен даже разбить текст на главы и параграфы и дать оглавление. Последние годы своей жизни Ампер провел в ужасном состоянии.
Трудная жизнь гения
Он родился 22 января 1775 года в городе Лионе, в семье Жан-Жака Ампера и Жанны-Антуанетты Сарсей-де-Сютьер. Отец его был торговцем. Но вскоре после рождения сына Жан-Жак оставил свое дело и переселился в небольшое имение близ Лиона. И здесь у его маленького сына стали одна за другой раскрываться способности. Например, он считал, не зная цифр и не умея писать. При этом он пользовался камешками, бобами. А когда у него их отнимали — сухариками…
Многим может показаться удивительной игра ребенка в арифметические вычисления. Но Араго в биографии Ампера пишет: «Я знаю, правда, не школьника, но отличного ученого, который в наших академических заседаниях часто перемножает большие числа; однажды я удивился его занятиям, и мой товарищ сказал: „Вы забываете удовольствие, которое я испытываю, когда деление не открывает ошибки в моем умножении“».
В конце концов такое занятие ничем не отличается от разгадывания кроссвордов, пасьянса или рисования квадратиков на листе бумаги. Разве что требует чуть большего воображения.
Научившись читать, Ампер обнаружил в отцовской библиотеке двадцатитомную «Энциклопедию» и прочел ее всю от корки до корки, все статьи в алфавитном порядке. Детская память крепка, и много лет спустя, уже в зрелом возрасте, Ампер часто поражал друзей своей эрудицией и осведомленностью в самых разных областях знаний.
Прочитав в «Энциклопедии» легенду о Вавилонской башне, о том, как бог смешал языки, чтобы люди перестали понимать друг друга и никогда бы не достроили башню до неба, Ампер решил, по примеру Лейбница и Декарта, восстановить древний единый язык человечества. Это была нелегкая задача, но юноша отлично справился с ней. Он «изобрел» всеобщий язык, написал его грамматику и словарь и даже сочинил поэму на этом языке. Причем многие, слышавшие ее, утверждали, что новый язык Ампера отличался благозвучием и красотой.
В 1793 году Амперов постигло страшное несчастье. Глава семейства, занимавший должность мирового судьи в Лионе, был в ходе революционных событий казнен как аристократ и враг народа. Восемнадцатилетний сын его тяжко переживал смерть отца. Казалось, он потерял рассудок. Более года он был абсолютно безучастным ко всему происходящему вокруг него, оставаясь немым, «смотрел на окружающее без глаз и без мысли».
Но однажды в руки Ампера попалась книга Жан-Жака Руссо «Письма о ботанике» и несколько стихов Горация, он вдруг ожил. В юноше пробудилась задремавшая было любознательность.
Он с прежней страстью принялся за изучение латинского языка, античных поэтов и… ботаники.
Ампер был чрезвычайно близорук. Даже близкие предметы казались ему размытыми тенями без определенных очертаний. Он представления не имел о красоте окружающей природы. И вот как-то во время поездки в почтовой карете он взял в руки очки случайного попутчика и водрузил их на нос. Случайно они оказались ему впору. И перед молодым человеком раскрылся мир во всей своей величественной прелести. Трудно описать восторг, который охватил его…
Ампер снова вернулся к математике. В Лионе образовался дружеский кружок из любознательных молодых людей, собиравшихся для того, чтобы обсудить волновавшие умы научные проблемы.
Характер Ампера был крайне неуравновешенным и столь же широк диапазон интересов. Часто из одной крайности он кидался в другую. Так, уже став профессором математики в Бурге, он написал интересное рассуждение о будущем химии. Однако сложные политические обстоятельства 1801 года испугали его. Смелые предсказания стали казаться ему греховными. Он впал в мистицизм и начал обвинять себя в преждевременном открытии тайн. Счел это внушениями сатаны и бросил свое сочинение в огонь…
В Париже жизнь его текла беспорядочно. Не имея средств, Ампер вынужден был искать работу и получил должность университетского инспектора. Далекий от реальной жизни, он должен был ездить по департаментам, инспектировать и писать длинные отчеты о расходах на мебель, губки, мел и тому подобные мелочи. Ампер не был в состоянии довести даже собственную рукопись до вида, пригодного к набору. А между тем чиновники требовали от него точности и аккуратности в отчетах, в которых он не видел никакого смысла.
И вообще, если не считать занятий наукой, все существование Ампера в Париже было сплошным несчастьем. Умирает его жена, оставив мужу трехлетнего сына Жан-Жака. Чтобы дать сыну мать и освободить сестру от забот о малыше, Ампер женится во второй раз. И тут уж ему действительно не повезло. Знаменитый физик, человек глубоко интеллигентный, Луи де Бройль в 1940 году, несмотря на свою обычную сдержанность, охарактеризовал мадам Ампер так: «Вторая его жена оказалась мегерой, а ее родители не лучше».
Ампера буквально третировали в доме супруги, пока он не покинул ее кров, найдя убежище в здании министерства внутренних дел. Лишь купив дом на Фоссе-де-Сен-Виктор, он почувствовал себя в безопасности.
Не радовал ученого и сын. Ампер ввел двадцатилетнего Жан-Жака в модный салон сорокатрехлетней мадам Рекамье — супруги банкира. И молодой человек влюбился без памяти в стареющую красавицу. До самой смерти своей возлюбленной, в течение тридцати с лишним лет, поэт и лингвист Жан-Жак Ампер питал к ней нежные чувства и хранил верность. А старый Ампер мечтал о том, чтобы сын завел собственную семью и женился на дочери его друга по академии Жоржа Кювье…
В мае 1836 года больной и страдающий Ампер выехал из Парижа на юг, в Марсель, чтобы поправить свое здоровье. Однако надежды были тщетны. И 10 июля, после приступа жестокой лихорадки, Ампер скончался. Весть о его смерти была в тот же день передана по марсельскому телеграфу в Париж…
«Что» или «сколько»?
Нельзя сказать, чтобы теория Ампера, несмотря на ее математическую строгость, вызвала всеобщее воодушевление среди физиков и была сразу и повсеместно принята как руководство к дальнейшим исследованиям. Отнюдь!
Прежде всего путаные описания Ампера сильно уступали в строгости его математическим выводам. Но главной причиной было то, что Ампер отбрасывал такие привычные для всех понятия, как магнитные жидкости, заполняющие тела. Он сводил все явления взаимодействия магнитных тел только к «вольтаическим токам». Эти токи окружали, по его мнению, частицы металла чуть ли не наподобие декартовых вихрей…
В то время многие физики стремились выяснить природу таинственного электромагнетизма. Что является носителем электрических и магнитных сил? В учении о теплоте в архив были сданы взгляды о теплороде — материальной субстанции, переносящей тепло. В оптике исследователи сошлись на признании наитончайшего всепроникающего эфира — светоносного невесомого вещества, не оказывающего никакого сопротивления движениям планет. А в учении об электричестве все еще господствовали таинственные электрические и магнитные жидкости с их неясными свойствами и противоречивыми ролями…
Большинство ученых старались вообще не задумываться о природе наблюдаемых явлений, уверяя, что нужно заниматься вопросами только количественной оценки результатов, как это делал Ньютон, и не «выдумывать» причин.
Характерный пример, иллюстрирующий такой метод работы, — создание теории Вильгельмом Вебером. Он рассматривал лишь видимые проявления электромагнитных взаимодействий, не вдаваясь в природу самого взаимодействия. «Законы зависимости сил от заданных физических условий, — писал Вебер, — называются фундаментальными законами, а последние в соответствии с задачами самой физики предназначены не для того, чтобы дать объяснения силам на основе истинных их причин, а только лишь предложить отчетливо сформулированный и практически пригодный общий метод количественного определения сил в единицах измерения, принятых физиками для пространства и времени».
Однако прежде чем перейти к рассказу об открытии первых количественных законов электричества, позволивших перейти к промышленному применению «куриозных» аппаратов и породивших в будущем такую мощную отрасль производства, как электротехника, следует вспомнить еще о некоторых открытиях, совершенных в это же время.
В 1821 году жил в Берлине некто Томас Иоганн Зеебек — врач по образованию. Врачебной практикой он не занимался и, имея средства к существованию, довольно давно вел физические исследования. Имя его было настолько известно в научном мире, что в 1814 году Берлинская академия наук приняла его в состав своих членов.
Зеебек пытался обнаружить действие на магнитную стрелку замкнутого контура из разнородных металлов без включения в него вольтова столба. Он замыкал медную катушку гальванометра висмутовым диском, и каждый раз, когда его рука нажимала на один из контактов, магнитная стрелка чуть-чуть отклонялась. Почему?.. Может быть, влажные руки создавали условия для возникновения «вольтаического тока»?.. Он подложил под пальцы стекло и снова надавил на контакт. Стрелка осталась в неподвижности. Прекрасно!.. Но радоваться было рано. Через некоторое время стрелка все-таки отклонилась. Почему же не сразу, а через некоторое время? Что изменилось и что осталось тем же от того, что он положил под пальцы стекло? Устранен непосредственный контакт спая металлов с пальцами, но там же осталось тепло рук, которое теперь нагревает этот спай с некоторым запозданием из-за стеклянной прокладки… Не тепло ли — причина дополнительного магнетизма, вызывающего отклонение магнитной стрелки?
Через некоторое время Зеебек пишет статью, в которой заявляет, что «теплота, которая сильнее передается одному из мест контакта металлов, является причиной магнетизма». А посему он и дает название открытому им новому явлению «термомагнетизм»!
Зеебек всесторонне исследовал новое явление и обнаружил, что эффект, названный им «магнитной поляризацией», усиливается как с увеличением числа «термомагнитных» пар, так и с ростом разности температур. И в заключение сделал вывод, что даже магнетизм Земли имеет ту же природу, является термомагнетизмом, который рождается от нагревания вулканами сплошного пояса руд и металлов, опоясывающего Землю.
Как только физики узнали о новом открытии, сразу же во многих лабораториях опыты Зеебека были повторены. Эрстед и Фурье пришли к выводу, что это вовсе не термомагнетизм, а термоэлектричество и что Зеебек, исходя из ошибочных представлений, ошибся и в сути явления. Они составили батареи из большого числа металлических пар и наблюдали химическое действие электрического тока, получающегося от батареи. А затем вскоре удалось получить от такой батареи и электрическую искру. Теперь уже сомнений не оставалось: тепло, подведенное к спаю (или контакту) разнородных металловi рождало не магнетизм, а электричество. И несмотря на то что первооткрыватель еще долго и упорно сопротивлялся, стараясь доказать свою правоту, явление получило название термоэлектричества.
Через тринадцать лет после открытия Зеебека парижский часовщик, бросивший свое ремесло, Жан Шарль Атаназ Пельтье обнаружил, что в местах спаев двух разнородных металлов, в зависимости от направления тока, тепло либо выделяется, либо поглощается. Явление получило название «эффект Пельтье».
Так новые открытия все ближе и ближе подталкивали ученых к необходимости признания того, что силы природы могут превращаться одни в другие или переходить из одной формы в другую.
С тех пор прошло много лет, но и сегодня пока еще термоэлектрические генераторы используются лишь в качестве маломощных источников электроэнергии. Их устанавливают на навигационных буях, на маяках… Множество полупроводниковых термоэлементов, соединенных между собой, нагреваются солнечным теплом. Тепловая энергия непосредственно переходит в электрическую, но… коэффициент полезного действия таких установок слишком пока мал.
Зато обратный эффект, открытый парижским часовщиком, используется значительно шире. Наверное, наш читатель тоже не раз видел бесшумные холодильники «на полупроводниках». Бесшумные, без движущихся частей и агрегатов, экономичные, но пока… Опять это «пока». Увы, пока еще очень маломощные.
И все-таки у эффекта Зеебека и Пельтье есть будущее. Скорее всего, оно будет сильно отличаться от того, каким оно виделось первооткрывателям новых явлений, может быть, даже от того, каким видим его мы — люди конца восьмидесятых годов двадцатого столетия. Полупроводниковая, криогенная техника в сочетании с термоэлектрическими явлениями еще не сказала свое последнее слово.
Однако давайте не прерывать исторический ход повествования, ведь мы находимся еще только в первой четверти прошлого, девятнадцатого столетия. И новые явления, которые открывают любознательные физики, носят характер «качественного чуда», неожиданности. Люди еще не умеют даже как следует измерять и описывать новые силы. Но чем больше сведений об электричестве и магнетизме накапливалось у исследователей, тем настойчивее требовались для них количественные законы. На повестку дня властно вставал вопрос «СКОЛЬКО?»…