Петр Забаринский - Ампер

Но как пуститься в эту неизведанную область? Где найти надежного проводника, который указал бы правильный путь для размышления, предохранил бы от ошибок, наметил бы основные соотношения? Этот проводник, конечно, существует; он вел Ньютона к его замечательным открытиям, при его помощи Кулон установил свои, великолепные по простоте и ясности, законы. Этот проводник — опыт. Только опытное исследование дает твердую базу для построения теории новой части физики. Разве не говорит Ньютон, что «в опытной физике положения, выведенные из совершающихся явлений помощью наведения… должны быть почитаемы за верные или в точности, или приближенно…»

Но пока у нас имеется всего лишь один опыт. Этого слишком мало для каких-либо выводов. Надо умножить число опытных данных, подобрать их так, чтобы они открыли путь к разработке теории. Прежде всего — за эксперименты! Бросить временно свои обычные занятая и попробовать силы в таинственной еще области, завесу над которой лишь приподняло открытие Эрстэда.

Так размышлял Ампер по дороге домой и еще долгие часы в раздумье ходил из угла в угол в своем кабинете. И вот, решение принято. Снова после большого перерыва Ампер возвращается к физике. Ему сорок пять лет, он устал от неудачливой жизни, от постоянных материальных забот, но сколько еще живости, силы и блеска таится в уме этого странного, на взгляд современников, человека! И он еще покажет, что стоит действительно на две головы выше их.

Для Ампера начался тот восьмилетний период, который по праву можно назвать годами электродинамики.

Ближайший день Ампер потратил на то, чтобы обзавестись всем необходимым для задуманных им исследований. Несложно было тогда оборудование электрических и магнитных опытов. Источником тока служил Вольтов столб. Другого не было. Источник этот был слабый; его пытались усилить, увеличивая число металлических пластин. Но он имел еще один крупный недостаток; сила тока все время колебалась, постепенно падая. Приборов же для ее измерения еще не существовало. С этой трудностью Ампер столкнулся сразу. Медные проволоки были лишены той изоляции, в которой мы их привыкли видеть. Схемы включения и выключения отсутствовали. Вместо контактных зажимов употреблялись металлические чашечки с налитой в них ртутью, в которую погружались концы проводников. Но простота оборудования и аппаратуры облегчала постановку эксперимента «на дому».

Раздобыв все необходимое, Ампер прежде всего воспроизвел самостоятельно опыты Эрстеда. Неустанно наблюдал он отклонение магнитной стрелки, стремился глубже осознать это явление и поставить его в связь с другими. Неделя напряженой работы… и Ампер делает открытие не меньшего, если не большего значения, чем открытие Эрстеда. Он открывает взаимодействие токов. На это замечательное открытие пришло не сразу. Ампер лишь постепенно, в результате упорного труда, приблизился к нему. Изучая явления Эрстеда, он твердо установил, что только электричество в движении влияет на магнитную стрелку; покоящееся же электричество не оказывает не нее никакого действия. Ампер всегда стремился к точной и ясной классификации изучаемых об'ектов. И он с самого начала предлагает различать действия, производимые электрической силой на электрическое напряжение и электрический ток. Самый термин «электрический ток», столь привычный в наше время, принадлежит Амперу. Он мыслил: в заряженном шаре, помещенном на изолирующей подставке, электрическая «жидкость» распределена равномерно и покоится, как вода в графине. В проводнике, соединяющем концы Вольтова столба, электрическая «жидкость» или, точнее говоря, электрические «жидкости» — положительная и отрицательная — перемещаются с неведомой скоростью в противоположных направлениях. И как движение камня порождает новые явления, которых нет, пока он находится в покое, так и электричество в движении производит новые действия, которых оно не имеет, находясь в статическом состоянии. Таково прежде всего явление, открытое Эрстедом.

Но Ампер хочет продвинуться дальше. Он ставит перед собой вопрос: «Ведь два наэлектризованных тела взаимно притягиваются или отталкиваются в зависимости от знака заряда. А не должно ли подобное действие существовать между проводниками, по которым течет ток?» Ближайший опыт подтверждает это: Ампер располагает параллельно прямолинейные участки двух проволок, соединяющих концы двух Вольтовых столбов. Закрепляет одну из проволок. Другую делает подвижной. Для этого он загибает ее конец в виде рыболовного крючка. В дно чашечки с ртутью, поднятой на некоторую высоту, вставляет агат и на него ставит загнутое острие проводника, — этим достигается бóльшая подвижность. Затем он пропускает через эти проволоки ток. И, потрясенный, наблюдает, что «при одновременном пропускании тока через каждую из проволок они притягивались друг к другу, когда оба тока были одинаково направлены, и отталкивались друг от друга, когда направление токов было взаимно противоположным». Великое открытие было сделано.

Со свойственным ему стремлением к классификации Ампер предлагает ввести новые наименования: область действий, производимых электричеством в покое, называть электростатикой, а те явления, которые производятся электричеством в движении, об'единить общим названием — электродинамика. Эти введенные им термины удержались в науке и до сих пор.

Внимательный взор Ампера привлечен и другим вопросом: электричество и в покое и в движении вызывает притяжения и отталкивания. В чем их сходство и в чем различие? Он быстро находит ответ на этот вопрос. Прежде всего разноименные покоящиеся электричества притягиваются, а одноименные отталкиваются. В случае же электрического тока, как раз наоборот — притягиваются токи, имеющие одинаковое, а отталкиваются — имеющие противоположное направление. Тут заключена одна трудность: ведь движется и положительная и отрицательная электрические «жидкости»; движение какой из них принять за направление тока? Поскольку эти «жидкости» считались одинаковыми во всем, за исключением знака, то безразлично, какую из них выбрать. Ампер выбрал за направление тока направление движения положительной электрической «жидкости». С того времени наши представления об электричестве коренным образом изменились, но это условное определение направления тока сохранилось и до сих пор.

Ампер, радостный, спешит к Араго и Лапласу. Он рассказывает последнему о своих опытах, и величайший ученый того времени, гениальный физик и математик ободряет Ампера на дальнейшие изыскания. Он дает Амперу идею еще одного опыта. Лаплас — автор «Небесной механики». Он всю жизнь изучал законы действия сил тяготения тел земных и небесных. Эта сила не знает преград, проявляется всюду и воплощена в законе Ньютона. «Нет ли более близкой аналогии между открытой вами силой действия одного проводника с током на другой и действием одного тяготеющего тела на другое? Прежде всего исследуйте действие одного неподвижного проводника на ряд подвижных проволок с током или рядом магнитов. Ибо солнце невидимыми нитями привязывает к себе планеты с данной силой независимо от их числа!»— восклицает Лаплас. В тот же вечер Ампер устанавливает, что одним неподвижным проводником можно притягивать и отталкивать сколько угодно других проводников и изменять направление любого количества магнитных стрелок.