Безумные дни, или открытие электродинамики

До памятного заседания 4 сентября Ампер пребывал в обычном для него состоянии - он был несчастен. Его семейная жизнь сложилась из рук вон плохо - после казни отца она представляла собой цепь неудач. Первая жена его скоро умерла, оставив трехлетнего Жан-Жака на руках Ампера и его сестры, вынужденной отказаться из-за этого от своей личной жизни; второй брак дал основание глубоко интеллигентному отпрыску королевской семьи, знаменитому физику Луи де Бройлю, обычно крайне сдержанному в выражениях, сказать: "Вторая его жена оказалась мегерой, а ее родители не лучше". К Амперу во время их совместной жизни не допускались ученики, его письма вскрывались, родственники его не признавались, и самому ему не раз предлагали "убраться".

Кончилось тем, что Ампер убрался и некоторое время жил под кровом Министерства внутренних дел. Он жестоко страдал, в конце концов Амперу пришлось купить дом и судом (!) требовать переезда к нему жены. Хотя соответствующее решение судом было вынесено, Ампер не воспользовался своими правами, и все оставалось по-прежнему. В течение нескольких лет лирические треволнения серьезнейшим образом мешали научной работе Ампера. Затем умерла мать, и дом в Палермо, где Ампер жил ребенком, пришел в запустение.

Когда подрос сын, поводов для переживаний прибыло. Как-то Ампер представил своего двадцатилетнего сына знаменитой мадам Рекамье, сорокатрехлетней жене банкира, в салоне которой можно было встретить лучших художников и скульпторов того времени (ее писал Давид, высекал из мрамора Канова), членов семьи Наполеона, министров, ученых, общественных деятелей. Жан-Жак в течение следующих тридцати с лишним лет испытывал к ней страстное и нежное чувство, не ослабевавшее до самой смерти мадам Рекамье, оставившей Жан-Жаку наследство. Жан-Жак Ампер так и не создал своей семьи - он умер через пятнадцать лет старым холостяком.

Старый Ампер не одобрял увлечения сына, считая, что оно мешает его научной и литературной работе, и мечтал женить Жан-Жака на дочери своего приятеля, знаменитого французского биолога Кювье - Клементине. На этой почве у отца с сыном возникло отчуждение, вызвавшее у Ампера новые страдания.

В дополнение ко всему Ампера стала мучить стенокардия. Словом, жизнь его отмечена непрерывным потоком неприятностей. Друг Ампера, Вреден, когда-то писал ему: "Мой бедный друг, не иссякнут ли когда-нибудь силы твоей души для горестей? Восемь лет я имею счастье знать тебя близко. С того времени я всегда был уверен, что ты находишься на вершине страданий. Мне всегда казалось, что несчастья, выпавшие на твою долю, приходят к концу. Но у тебя всегда находятся обстоятельства ухудшать твое состояние. Я тоже несчастен и был несчастен всю жизнь. Но какая, однако, разница! У меня это всегда шло, ослабляясь..."

Единственным, что у Ампера шло относительно хорошо, была наука. Он занимался уравнениями в частных производных, оптикой, химией. Он удостоен за свои научные заслуги ордена Почетного Легиона. Он состоит во множестве комиссий, включая "Комиссию по изданию классиков литературы". Он работает одновременно на нескольких должностях. Единственное, чем, может быть, не занимался Ампер в то время, - это "взаимоотношениями" электричества и магнетизма...

Нетерпеливо ждет Ампер следующего понедельника, 11 сентября, когда Французская академия наук снова соберется на свое очередное заседание. Вот быстрый черноглазый испанец Араго собирает на демонстрационном столе несложную установку - вольтов столб, накоротко замкнутый медным проводником. Рядом - компас и чашка с железными опилками. Вот компас помещается рядом с проводником - стрелка компаса тут же поворачивается так, чтобы стать перпендикулярно к нему. Это - знаменитый опыт Эрстеда. Электричество и магнетизм явно взаимодействуют друг с другом - факт, абсолютно неожиданный для ученых, полагавших, что два явления, как это когда-то показал и доказал Гильберт, ничего общего друг с другом не имеют.

Заседание кончается, протоколист выводит под датой "11 сентября": "...г. Араго повторил перед академией опыты г. Эрстеда". Спокойные, нимало не взволнованные академики чинно разошлись по домам. Лишь уже немолодой - сорок пять, по тем временам - старик! Ампер бежит сломя голову к слесарю, чтобы заказать копию инструментов, показанных только что Араго. Нужно скорей установить инструменты дома, в маленькой квартирке на улице Фоссе-де-Сен-Виктор и все эксперименты проделать собственными неумелыми руками. Ведь Ампер - теоретик, он никогда не ставил сложных опытов, у него не было лаборатории, он не мог израсходовать ни одного казенного франка на покупку приборов. Пока слесарь делает не слишком-то сложные приборы, Ампер сооружает немудрящий лабораторный стол, Два его друга - добровольные помощники Френель и Депрец участвуют в первых экспериментах. Небольшой столб, замкнутый проводом - основной объект изучения Ампера.

Он подносит компас то к проводу, то к столбу и сразу же убеждается, что стрелка изменяет свое направление и рядом с проводом, и рядом с самим столбом. Стоит цепь разомкнуть - и эффект полностью пропадает. Значит, магнитные явления сопутствуют не всякому электричеству?

Электричеств в то время было два - одно то, которое знал еще Фалес, то, которое получал на громадных шарах из серы бургомистр Отто фон Герике, то, которое знал Франклин, то, которое ответственно за притяжение бумажек и пушинок, статическое электричество. Другое - вольтовское, гальваническое электричество, с помощью которого можно было разлагать воду и кислоты, которое получали с помощью вольтовых столбов.

Магнетизм оказался присущим лишь второму электричеству, он существовал, когда цепь была замкнута, когда по ней от одного полюса вольтова столба к другому шел ток.

Но когда тока в цепи нет, вольтов столб проявляет все свойства "первого" электричества - скопившиеся на его концах заряды могут притягивать пушинки и вообще проявлять действия статического, франклинова электричества. Стоит зарядам прийти в движение, когда цепь замкнута, и электричество номер один превращается в электричество номер два. И только электричество в движении, электричество гальваническое, производит магнитные действия. Сила, зависящая от движения, - такого еще не было!^*

^* (Чтобы не водить читателя по запутанным лабиринтам, в которых потерялись многие видные ученые, автор несколько упрощает состояние науки того времени и роль Ампера. Небольшой опыт психологии программированного обучения, имеющийся у автора, показывает, что запоминаются лучше всего именно ошибочные представления.)

Сразу же возникла идея измерить какой-то мерой интенсивность такого движения. И Ампер первым в мире произнес тогда слова "сила тока". Не удивительно, что через много лет "ампером" была названа единица именно силы тока.

К следующему заседанию академии 18 сентября часть приборов еще не была готова, но Ампер решил выступить и рассказать о том, что стало ему ясным, а также о тех приборах, которые он намеревался построить. В протоколе сохранились слова Ампера: "Я описал Приборы, которые я намереваюсь построить, и среди прочих гальванические (то есть обтекаемые током.- Вл. К.) спирали и завитки. Я высказал, ту мысль, что эти последние должны производить во всех случаях такой же эффект, как магниты... я свел все магнитные явления к чисто электрическим эффектам".

Пророческие слова Ампера, выношенные в течение всего лишь одной недели, стали основой его электродинамики - науки, сводящей все магнитные явления к явлениям электрическим. Поражает уверенный тон Ампера; он высказывает мнение, что спирали и завитки должны вести себя как магниты. Это говорит о твердой уверенности Ампера в ожидаемом им результате, о том, что основные контуры его учения, сводящего магнетизм именно к круговым токам, были ему уже ясны.

На следующий день, 19 сентября, Ампер хотел было написать письмо сыну о всех тех догадках, которые мелькали в его мозгу, но отложил перо - нужно было как можно скорее проверить, будут ли завитки и спирали обнаруживать те же свойства, что и магниты. Однако слабые вольтовы столбы, имевшиеся в распоряжении Ампера, Френеля и Депреца, не давали желаемого эффекта. Заявления, сделанные Ампером, грозили остаться неподтвержденными или даже оказаться неверными. Уже завтра нужно было Амперу выступать с докладом, подтверждающим его теории, а результатов, которые нужны были Амперу, все не было. Окончательный опыт - взаимодействие двух токов как магнитов, убедительно говоривший бы о том, что притяжение и отталкивание объясняются только электрическими токами, а магнитные свойства являются лишь следствием протекающих токов,- не удавался.

Итак, было воскресенье 24 сентября. А в четыре следующего дня Ампер должен был подняться на трибуну. Завтрашний день представлялся совсем не в розовом свете, однако надежда все же оставалась-Ампер вспомнил, что для университета только что был изготовлен новый большой вольтов столб. Столб оказался на месте, но начальство, поднятое на ноги в воскресный день по такому поводу, давать столб не желало, видимо, боясь, что вещь будет испорчена в процессе сомнительных экспериментов. Пришлось идти за мастерами, делавшими столб, и при университетском начальстве заказать еще один такой же, с тем, чтобы он мог быть возвращен университету по изготовлении. Только на таких началах Амперу удалось умыкнуть необходимый столб и доставить его в свою холостяцкую квартиру на Фоссе-де-Сен-Виктор.

Новый столб был превосходен. Ток, струившийся по ожившим спиралькам, завиткам, легко превращал их в магниты, они притягивались одними концами, отталкивались другими - словом, вели себя неотличимо от кусков магнитного железняка или намагниченного железа - единственных магнитов, известных в то время.

Коронный опыт - две спирали, взаимодействующие друг с другом как магниты. В опыте ничто не могло обладать, как тогда называли, "магнитной жидкостью", а магнитное взаимодействие было налицо и объяснялось только протекавшим по спиралькам током.

Больше того - и два проводника, по которым тек электрический ток, притягивались и отталкивались, как магниты.

Когда в четыре часа дня в понедельник Ампер поднимался на кафедру Академии, он уже мог доказать всем, что его взгляды, высказанные неделю назад, были правильны. Протоколист пишет, передавая слова Ампера: "Я ...известил о новом факте притяжения и отталкивания двух электрических токов без участия какого-либо магнита, а также о факте, который я наблюдал со спиралеобразными проводниками. Я повторил опыты во время этого заседания".

(Петербургский академик Франц Ульрих Теодор Эпинус едва не дошел до концепций электромагнетизма Ампера. Так, в своей речи "О сходстве электрической силы с магнитною", произнесенной в академии 7 сентября 1758 года, он прямо указывает, что "основные начала, порождающие магнитные явления, мало чем отличаются от начал, которыми следует объяснить те явления, которые относятся к телам, электрическим по природе". Тут же он указывает, что "электричество по разнообразию своих явлений должно быть гораздо богаче магнетизма" (эту "несимметричность" в уравнениях Максвелла можно легко заметить). Однако Эпинус работал еще до Гальвани, до Вольта, до открытия "гальвани-вольтовского" электричества. Поэтому выводы Эпинуса, естественно, не могли быть столь же глубоки и обоснованны, как выводы Ампера и его последователей, творивших на шестьдесят лет позже.)

Вечером Ампер засел за прерванное письмо к сыну: "Наконец, вчера получил у Дюлона большой столб... Опыты, проведенные мною (после этого) прошли с полным успехом, а сегодня в 4 часа я их повторил на заседании Академии. Не было сделано никаких возражений: вот новая теория магнита, сводящая все явления к явлениям гальванизма. Это совершенно не похоже на то, что я представлял себе до сих пор..."

Работа Ампера над своей теорией на том не окончилась. Он проводил все новые и новые эксперименты, каждую неделю докладывая их результаты Академии. Он выступал и 2, и 9, и 16, и 30 октября, затем несколько раз в ноябре и декабре. Потом он издал множество трудов, посвященных своим работам по электромагнетизму, в которых сформулировал немало ценных мыслей.

Однако оригинальность и смелость его электромагнитных серендипити падала с каждой неделей, с каждой новой статьей. Невозможно отделаться от мысли, да так это было и в действительности, что после двух недель 11-25 сентября в его представлении не было добавлено уже ничего существенного.

Период "реакции" кончился, и мозг Ампера постепенно возвращался к своему извечному состоянию - радостные недели творческого счастья прошли, и Ампер опять опустился в пучину своих телесных и душевных страданий. Уже через четыре года мучимый стенокардией Ампер писал: "Я никогда не был таким несчастливым, как теперь, так удрученным невзгодами и настолько перегруженным и удрученным работой. У меня нет ни в чем утешения, и глядя без удовольствия на мой сад, где я проложил новые тропинки, я не представляю себе, что будет со мной!"

Так все вернулось на круги своя...

Эстафета, принятая Ампером, должна быть передана теперь достойному преемнику.

Он существовал, преемник. В нетерпении ожидая часа своего, он совершал открытия, проводил исследования, но все это было лишь подготовкой к выполнению главной жизненной задачи.

Он ждал сигнала о том, что час его наступил.

Он устал ждать, этот тридцатилетний великий труженик. Он устал ждать, Фарадей.