Страница:
Будучи близоруким, он мог на лекции спутать тряпку, чем стирают мел, с носовым платком. Однажды, уходя из гостей, он перепутал шляпы и надел вместо своей круглой треугольную, принадлежавшую какому-то важному духовному лицу. Естественно, на другой день он с извинениями отнес ее владельцу. Но все посчитали это не рассеянностью, а обдуманным поступком, имевшим целью завести полезное знакомство. Вот уж чего нельзя было ему инкриминировать! Он не только не заводил таковых, но часто из-за своего откровенного нрава портил даже существующие знакомства.
Андре был чрезвычайно легковерен, и его часто разыгрывали, рассказывая ему совершенно невероятные истории. Он верил им — но не по глупости, а, как тонко заметил один из его друзей, потому, что легковерие его было плодом воображения и гениальности. В любой несуразности, в кажущейся бессмыслице он машинально находил какой-то смысл, какой-то порядок, какую-то только ему ведомую гармонию. Разумеется, это казалось забавным людям посредственным и завистливым, но именно поэтому не им, а Амперу удалось увидеть новые законы там, где их не видел никто.
Такова судьба почти каждого талантливого человека: над ним смеются, когда он верит умышленным россказням, не имеющим смысла, и в то же время ему не верят, когда он сообщает нечто совершенно новое. Так, например, утверждение Ампера, что человек устроен по закону, общему для всех животных, вызывало в лучшем случае усмешки; его теория происхождения позвоночных животных никем не принималась всерьез, а между тем он в своих предвидениях был недалек от истины.
У Ампера было тяжелое детство, нелегкая юность и одинокое существование даже в период наибольшей славы. Он рано потерял отца, которого казнили во время революции 1793 года. Андре было тогда восемнадцать лет, и эта казнь так потрясла его, что он почти год тяжело психически проболел. Его ничего не интересовало, он равнодушно целыми днями мог смотреть на небо или делать кучки из песка — это он, который еще недавно жадно всем интересовался, который в тринадцать лет прочел все двадцать томов энциклопедии и запомнил их на всю жизнь, потом немало удивляя людей своей поразительной осведомленностью о самых невероятных вещах! Но постепенно болезнь проходила, Ампер медленно возвращался к жизни, и немало способствовала этому его любовь к природе. Он много гулял, изучал растения, и, кстати, его ботанические наклонности сохранились на всю жизнь, и он иногда даже жалел, что не стал ботаником.
Андре с детства был очень близорук, но не знал этого. Он не ведал, что мир выглядит совершенно иначе, чем он его воспринимает. Ему казалось в порядке вещей, что предметы уже в небольшом отдалении теряют четкие очертания, становятся размытыми. Однажды он ехал в карете с человеком, который был тоже близорук, но носил очки. Вероятно, видя, как щурится молодой человек, он предложил ему надеть свои очки. И то, что увидел сквозь них Ампер — новый, прекрасный, четкий, красочный мир, — так потрясло его, что он расплакался. Наверное, такою рода потрясения не могли не оказать влияния на формирование его характера.
Научные склонности Ампера проявились довольно рано. О ботанических я уже говорил, позже к ним прибавились математические. Еще в тринадцать лет он представил в Лионскую академию сочинение о квадратуре круга — ему показалось, что он нашел решение старинной задачи о построении квадрата, равного по площади кругу, над которой безрезультатно бились такие титаны, как Архимед, Гюйгенс, Ньютон. В двадцать семь лет он опубликовал в Лионе сочинение по теории вероятностей. Называлось оно «Соображения о математической теории игры». Любопытно, из каких личных соображений взялся Андре именно за эту тему? Сама по себе она очень интересна и актуальна даже на сегодняшний день. Ею занимались в разное время многие математики из склонностей чисто теоретических, а не математики — из склонностей чисто практических. Дело в том, что она в какой-то мере давала ключ к пониманию карточных и прочих азартных игр, где выигрыш зависит не от умения, а от удачи. В своей работе Ампер математически доказывает, что, если два игрока, одинаково состоятельные, собираются играть или держать пари о чем-то, то размер их ставок должен быть пропорционален вероятности исхода. Ежели какое-то событие, за которое бьют заклад, случается в два раза чаще, чем другое, то и ставки должны быть сделаны 2:1. Собственно, это не было откровением ни для ученых, ни для игроков, потому что положение это было сформулировано еще при Людовике XIV двумя великими французскими математиками — Паскалем и Ферма. Но Ампер, оттолкнувшись от общего положения, идет дальше. Первое правило относилось к двум игрокам с примерно одинаковым состоянием; Андре же доказывает, что его можно отнести к случаю, когда богатства игроков или спорщиков неодинаковы, но количество партий или пари между ними столь ограничено, что не может полностью разорить даже самого бедного партнера. Однако стоит количеству игр возрасти, и правило Паскаля — Ферма теряет свою силу. Таким образом, Ампер математически доказывает, что человек, который в азарте готов играть с каждым подряд или с каждым подряд спорить, непременно и неумолимо разорится. И никакое счастье, везение, удача, счастливая звезда не смогут приостановить действие неотвратимых формул.
Пересказ этой маленькой работы Ампера, не принесшей ему особой славы, а заблудшим азартным душам — особого успокоения, я сделал лишь с одной целью: показать широту научных интересов молодого французского ученого; сам он в азартные игры не играл, вообще не был азартным человеком, поэтому данную работу можно рассматривать только как чисто теоретическое исследование.
Но я был неправ, сказав, что ему она не принесла успеха; косвенную пользу он все же извлек: благодаря хорошему впечатлению, которое она произвела на ученых. Амперу было предложено место в Политехнической школе в Париже. Правда, место довольно скромное — всего лишь репетитора, но все же это уже была столица с ее интенсивной научной жизнью.
Ампер исполнял свои обязанности очень добросовестно, но, как я уже говорил, общее впечатление о нем было несколько подпорчено его странностями, которыми довольно безжалостно пользовались школьники. Их забавляло, что учитель писал не кистью руки, как все, а двигал всей рукой и смешно изгибался при этом. Видя, что их преподаватель из боязни, свойственной всем близоруким людям, пишет покрупнее, чтоб было видно всем, милые детишки стали тут же прикидываться сплошь близорукими и просить, чтобы он писал еще крупнее. Не подозревавший подвоха Ампер дошел до того, что на большой доске писал всего одно слово.
Одновременно с преподаванием Ампер продолжал заниматься математикой, в частности геометрией. Им было опубликовано несколько работ на хорошем научном уровне, и хотя они не делали революции в геометрии, все же дали повод Французской академии избрать в 1813 году молодого ученого на место, освободившееся после смерти великого математика Лагранжа, Многие посчитали замену неравноценной, но через семь лет переменили свое мнение.
Технология научного творчества всегда была и остается загадкой Почему ученый вдруг избирает одну область деятельности, а не другую? Почему он в какой-то момент видит здесь возможность открытия? И еще десятки аналогичных «почему» приходят в голову, когда знакомишься с жизнью великого ученого, неожиданно свернувшего на новую для него дорогу. Двадцать лет Ампер занимался чем угодно, только не физикой, — ботаникой, психологией, лингвистикой, философией, зоологией, поэтикой, математикой, более всего математикой. А на двадцать первом занялся физикой и за одну неделю сделал в ней больше, чем другие за всю жизнь. Парадокс? На первый взгляд — похоже. Но если проанализировать ситуацию, то окажется, что никаких чудес нет. Если не считать чудом талант Ампера.
Как вы помните, в начале сентября 1820 года академик Ф. Араго вернулся из Женевы, где он наблюдал опыт Эрстеда в исполнении де ля Рива, Вернулся он чрезвычайно возбужденный, ибо только что своими глазами видел рождение новой области физики — электромагнетизма. Он спешил в Париж, думая, вероятно, что и ему удастся внести свой вклад в новую, неизведанную область — и он не ошибся в этом, — и, вероятно, вовсе не думая, что через несколько дней он станет свидетелем рождения еще одного нового раздела физики — электродинамики. Понимая, что новое открытие вызовет оживленные исследования его коллег, он прикидывал, кого же это заинтересует из членов академии более всего; он мог перебрать в уме десятки имен, и в некоторых он не ошибся, но держу пари, что имени Ампера не было в том списке. Да не только Араго, — никому не могло прийти в голову, что именно Ампер прославит академию и Францию.
Приехав в Париж, Араго не мешкая стал готовиться к показу опыта Эрстеда и на ближайшем же недельном заседании математического отделения академии, 11 сентября, продемонстрировал отклонение магнитной стрелки электрическим током. Демонстрация произвела, как и следовало ожидать, огромное впечатление на собравшихся; ученые мужи, убедившись в простоте и доступности опыта, поспешили в свои лаборатории, дабы приобщиться уже личным участием к новому выдающемуся открытию.
Неизвестно, скольким из них удалось воспроизвести опыт, вероятно, большинству — ничего сложного для этого не требовалось, — но зато точно известно, что четыре академика сумели пойти дальше Эрстеда. Три из них прибавили к открытию датского физика новые детали, а четвертый поднялся на новую ступень знания, с высоты которой виделись иные, незнакомые горизонты. А за горизонтом человечество ожидала электрическая машина.
Этим четвертым ученым был Андре Мари Ампер. То, что он сумел сделать, вызывает у нас восхищение. Но то, как он сумел это сделать, — изумление. В истории науки найдется не много примеров, когда открытие новой области, включая постройку прибора, заняло бы всего семь дней. Уже на следующем заседании, состоявшемся 18 сентября, Ампер сообщил собравшимся, что, по его мнению, открытие Эрстеда, безусловно великое, сформулировано автором, как ему, Амперу, кажется, не очень удачно, и он хотел бы надеяться, что правило, которое он сейчас предложит, покажется досточтимым коллегам более приемлемым. Он обозначил это правило как «правило пловца» и сформулировал его следующим образом: «Если мыслить себя плывущим по направлению тока, то есть ток будет идти от ног к голове наблюдателя, и этот последний будет смотреть на стрелку, то всегда отклонится тот конец стрелки, который обращен к северу».
Новое правило сразу же понравилось академикам, как потом и всем другим физикам, — оно действительно было много проще Эрстедовых нагромождений.
Далее, ободренный поддержкой коллег, Ампер высказывается о причинах электромагнетизма. Он приходит к выводу, что Земля потому действует на магнитную стрелку, что в ней самой циркулирует электрический ток, бегущий с востока на запад, а вовсе не потому, что она, как раньше предполагали, — естественный магнит. Это сообщение было встречено заметно прохладнее — оно не вязалось с устоявшимися представлениями, а академики не любят, когда их заставляют менять свои взгляды.
Далее, покончив с рассмотрением опыта Эрстеда, Ампер начинает докладывать о своих собственных опытах. В литературе существует небольшое расхождение по поводу даты, когда это произошло. В одних воспоминаниях говорится, что в тот же день, 18 сентября, другие авторы называют 25-е — дату следующего заседания. Возможно, не так уж важно, сколько дней понадобилось Амперу на открытие электродинамики — семь или четырнадцать, оба срока достаточно малы.
Если принять во внимание, что Ампер не просто провозгласил существование нового явления, но и продемонстрировал его на специально сооруженном приборе, а следовательно, еще какое-то время должно было уйти на изготовление, более вероятным кажется второй срок — двухнедельный. Но это по нашим меркам: мы и не мыслим себе, что какой-нибудь прибор, даже самый простой, можно сделать в несколько дней; в практике современных лабораторий, к сожалению, большая часть времени ученого уходит именно на ожидание, пока мастерские выполнят заказ. Поэтому не исключено, что Амперу повезло, и его прибор, состоящий из двух рамок с током — подвижной и неподвижной, — был сделан сразу же, и тогда он мог уложиться и к 18 сентября.
К открытию взаимодействия двух токов Ампер пришел не сразу. И опять существуют две версии, каким образом это произошло.
По одной версии, он додумался до этого чисто умозрительно: вспомнив, что электричество трения, то есть статическое электричество, действует отталкивающе или притягивающе на другой наэлектризованный предмет. И он тогда подумал: а не происходит ли такое же явление при взаимодействии движущихся токов, бегущих по проводникам? И, произведя несложный опыт, убедился, что его догадка справедлива.
Мне эта версия представляется и неубедительной и крайне поверхностной. Чтобы прийти к такому выводу, нет никакой нужды в открытии Эрстеда. Идея здесь должна была зародиться в голове Ампера чисто ассоциативно. И возникнуть могла бы много раньше — взаимодействие наэлектризованных предметов Ампер преподавал в школе своим ученикам, это азы электричества.
Более вероятной кажется другая интерпретация. Выдвинув гипотезу о происхождении земного магнетизма, Ампер решил доказать ее экспериментально — получить искусственный магнит. Он взял медную проволоку и сделал из нее спираль, так он представлял себе движение тока вокруг Земли. Позже он назвал ее соленоидом. Спираль эту подвесил за концы к батарее и стал смотреть, что произойдет, когда к торцу спирали подносил магнитную стрелку. Происходило то, что и должно было происходить согласно его теории: та сторона спирали, где ток шел по движению часовой стрелки — циферблату, если смотреть на нее прямо в лоб, притягивалась северным полюсом магнита и отталкивалась южным.
Доказав таким образом справедливость своих представлений о земном магнетизме, Ампер делает следующий шаг к открытию. Он подносит друг к другу две спирали и видит, как они тоже начинают взаимодействовать — отталкиваться или притягиваться. По существу, в этот момент Ампер уже открыл взаимодействие двух токов, только круговых, но ему показалось это неубедительным. Вероятно, он находился в плену опыта Эрстеда — тот ведь открыл магнитное действие тока на прямом проводе. И поэтому Ампер сооружает прибор, где могут взаимодействовать в пространстве два прямолинейных проводника — подвижный и неподвижный. Присоединив к ним вольтовы столбы, он увидел то, что до него не видел еще никто: подвижный проводник стал двигаться.
И вот перед членами Французской академии стоит 45-летний Ампер, к которому привыкли относиться чуть снисходительно из-за его странностей, и, привычно щурясь, формулирует новый закон, которому отныне и навеки суждено носить его имя: «Два электрических тока притягиваются, когда они идут параллельно в одном направлении; они отталкиваются, когда идут в противоположных направлениях».
Академики еще не успевают прийти в себя от изумления, а Ампер добавляет: «Все явления, которые представляют взаимодействие тока и магнита, открытые Эрстедом, входят как частный случай в законы притяжения электрических токов». Это означает, что открытке Ампера значительнее, шире, чем открытие ученого датчанина, как называли Эрстеда в то время. Это означает, что их товарищ по академии, который не в состоянии даже усидеть полчаса за работой, который сам признавался им, что для него «величайшее несчастье сидеть за столом с пером в руке», что этот самоучка, не кончивший даже школы, — гениальный ученый, самый великий из всех сидящих сейчас в зале. А это надо было пережить. И далеко не все смогли подавить свое уязвленное самолюбие, смирить свою ложную гордыню, уничтожить появившиеся ростки зависти и протянуть руку товарищу — поздравляю, прими и тому подобное.
Вместо этого Ампера стали попрекать: мол, его притяжение просто разновидность притяжения двух наэлектризованных тел, известного даже детям. Пришлось Амперу терпеливо объяснять людям, имеющим академическое звание и вроде бы обязанных хоть немного разбираться в физике, что в первом случае тела, одинаково заряженные, отталкиваются, а здесь одинаковые токи притягиваются — неужели не ясно?
Чтобы больше не было путаницы в этом вопросе. Ампер предлагает четко разделить эти два электрических явления: в первом случае, считает он, мы имеем дело с электростатикой, во втором — с электродинамикой.
Кстати, вот исток ошибочной версии, о которой я говорил раньше. Ампер действительно размышлял об электростатическом притяжении, но не до открытия, а после, и не по собственной инициативе, а вынужденный защищаться от дурацких нападок.
К сожалению, они на этом не кончились. Они только изменились по тональности. Первые были просто невежественными и не очень учтивыми. Дальше же все шло на улыбках, на расшаркиваниях, на уверениях в совершеннейшем почтении, на крайнем сожалении, что новому открытию суждено, вероятно, исчезнуть, как дым. Но как быть, если у месье Ампера не сходятся концы с концами? Согласно логике, два тела, действующие на третье, должны взаимодействовать и между собой. Так? Так, отвечает Ампер, еще не подозревая подвоха. Ну, а раз так, то что же удивительного в том, что проволоки, действующие порознь на магнитную стрелку — а это есть опыт Эрстеда, — действуют и друг на друга в опыте Ампера? И тогда выходит, что не открытие Эрстеда — следствие закона самоуверенного Ампера, а, напротив, его закон логически вытекает из опыта датчанина и ничего гениального здесь нет.
Ампер обозлился: если вы полагаете, что мой закон можно вывести из опыта Эрстеда, то попробуйте выведите из него направление взаимодействия токов. Ну? Ну кто может?
Не смог никто. Это ничего не значит, продолжали бубнить наиболее упрямые и злонамеренные, это не доказательство.
Ампер, расстроенный таким враждебным приемом, не стал более ничего говорить по этому поводу; он знал, что прав, и знал, что рано или поздно это признают и его враги, а когда это произойдет — сейчас или через год, — значения для него не имеет.
Но, к счастью, в академии были и друзья Ампера, знавшие цену его способностям и его нелюбовь вести публичные споры. И один из них, человек весьма остроумный, сказал спорщикам следующее: «Я сейчас легко докажу вам, что вы заблуждаетесь в самой посылке. Вот вам два ключа, которые я при вас вынимаю из кармана, два обычных железных ключа. Действуют они порознь на магнитную стрелку? — Он поднес их по очереди к компасу. — Действуют. Теперь я складываю эти ключи вместе. Что они, отталкиваются или притягиваются? Что же вы молчите? Докажите, что они взаимодействуют друг с другом, раз оба действуют на стрелку, — и победа за вами, моему другу придется признать, что он неправ. Не можете? Ну, тогда признайте, что неправы вы».
Пришлось признать.
Я рассказал лишь о некоторых треволнениях Ампера в связи с его открытием. Они, конечно, не удивят никого: новое часто встречает поначалу противодействие. Но у Ампера были заботы и поважнее. Он задумал подвести под свои эксперименты математическую базу.
Меж тем и другие ученые занялись разработкой открытия Эрстеда, и 25 сентября, после выступления Ампера, слово взял Франсуа Араго и рассказал, что ему, так же как и его ученому товарищу, удалось обнаружить нечто новое. «Когда я соединил длинной медной проволокой два полюса вольтова столба, — сказал Араго, — и опустил потом ее в железные опилки, то она притянула их, как если бы была настоящим магнитом. Когда ток размыкался, опилки опадали. Таким образом, — с гордостью закончил Араго, — мне удалось даже намагнитить швейную иглу».
Присутствовавший тут же Ампер заметил, что намагничивание металлических предметов можно усилить еще более, если взять провод в виде спирали, как это делал он, и вставить иглу внутрь.
Вы понимаете, что предложил сделать ничего не подозревавший Ампер? Электромагнит! Но, поглощенный спорами из-за своего открытия, расстроенный ими, он даже не оценил того, что сказал. И, к сожалению, никто из присутствующих также не понял его замечания, даже Араго, которому уж, как говорится, и карты в руки. Причем Ампер и Араго даже поговорили о том, что, чем больше колец в спирали, тем сильнее должно быть намагничивание; оба согласились с этим и… преспокойно прошли мимо изобретения электромагнита. А эта честь досталась английскому преподавателю физики Вильяму Стерджону, который в 1825 году наконец-то догадался сделать то, что уже давно было сделано и только ждало человека, который сумел бы найти этому невезучему изобретению практическое применение. Зато когда в Лондоне был продемонстрирован первый электромагнит, поднимавший груз весом более трех килограммов и отпускавший его, как только электрическая цепь размыкалась, все ученые — даже великие — изумлялись, как дети, новому чуду. Им бы в пору изумиться, как это они почти пять лет спокойно работали с соленоидом Ампера, не понимая, что держат в руках.
Доклад Араго о намагничивании, доклады Ампера, продолжавшиеся еще несколько недель, работы других ученых, пока молчавших или говоривших туманными намеками, держали академию в состоянии постоянного напряжения — что еще будет? Кто еще из ученых мужей, сейчас вроде бы спокойно слушающих докладчика, ошарашит на следующем заседании каким-нибудь новым открытием?
Эти ожидания не были напрасными. 30 октября член академии Жан Био, тот самый, что председательствовал в комиссии, проверявшей открытие Вольты, и профессор физики Феликс Савар доложили о том, что им удалось вывести математический закон, описывающий опыт Эрстеда. Изящным экспериментом, в котором исключалось действие на стрелку магнитного поля Земли, они доказали, что ток действует на магнит перпендикулярно кратчайшему расстоянию между проволокой и стрелкой, а сила взаимодействия обратно пропорциональна этому расстоянию.
Первая формула, появившаяся наконец среди общих слов, подводившая под качественные наблюдения количественную основу, подстегнула Ампера. В конце концов, он математик более, чем физик, и кому, как не ему, попытаться вывести формулу к собственному закону.
Математическая разработка теории электродинамики заняла немало времени. Формулу в самом общем виде, по существу эскиз к своей конечной знаменитой формуле, Ампер сообщил на заседании академии 10 июня 1822 года. А в полном виде, в том, в котором мы пользуемся ею и сейчас, формула была опубликована в 1823 году в специальном сочинении. С тех пор, вот уже сто пятьдесят лет, она служит основой всех электротехнических расчетов. Каждый из нас, еще в школе, или в институте на экзаменах, или потом в научной или инженерной деятельности, вычислял силу взаимодействия токов по формуле Ампера. Многие физики отмечали ее огромное значение для науки, ее универсальность, проницательность ее автора, но, пожалуй, лучше других сказал знаменитый английский физик Максвелл: «Исследования Ампера, в которых он установил законы механического взаимодействия электрических токов, принадлежат к числу самых блестящих работ, которые были проведены когда-либо в науке. Теория и опыт как будто в полной силе и законченности вылились сразу из головы „Ньютона электричества“. Его сочинение совершенно по форме, недосягаемо по точности выражений и в конечном счете приводит к одной формуле, из которой можно вывести все явления, представленные электричеством, и которая навсегда останется основной формулой электродинамики». Много хороших слов сказано в этом отрывке открывателем электромагнитного излучения о своем французском коллеге, но самый большой комплимент, какой мог позволить себе английский физик, — назвать Ампера «Ньютоном электричества».
А великий французский ученый, прославивший свою страну больше, чем иные политические деятели, вынужден был тратить свои последние деньги на покупку необходимого оборудования; вынужден был, забросив работы по электродинамике и сжав зубы, идти униженно просить начальство Парижского университета, чтобы ему дали какую-нибудь добавочную нагрузку, чтобы подзаработать хоть несколько сотен франков. Иногда ему давали ее, но ту, которую он ненавидел больше всего в жизни и которую хуже других мог исполнить: его отправляли инспектором в какой-нибудь далекий департамент на три-четыре месяца, чтобы он, объезжая город за городом, проверял расходы училищ — на мел, чернила, мебель, чтобы он контролировал знания учеников, устраивал им экзамены, проверял склонения, спряжения, переводы с латыни. Он мучился от своего бессилия, от необходимости тратить драгоценное время на совершенно идиотские занятия, которые по плечу любому инспектору, но что он мог сделать! Не ехать? Но его излишняя щедрость, необходимость самому оплачивать печатание своих трудов, поскольку писал он их великое множество по разным областям знаний, все это не позволяло ему отказываться от скромного побочного дохода. Но мало того, что он переносил страдания во время поездок: когда он возвращался в Париж, они не кончались, с него требовали отчеты, бумажки, циркуляры, — с него, который даже свои великие законы писал стоя, наспех, настолько он не мог творить, привязанный к одному месту. Об этой его слабости знали все — и университетское руководство, даже министр, но они умышленно заставляли его выполнять все бюрократические формальности.
Андре был чрезвычайно легковерен, и его часто разыгрывали, рассказывая ему совершенно невероятные истории. Он верил им — но не по глупости, а, как тонко заметил один из его друзей, потому, что легковерие его было плодом воображения и гениальности. В любой несуразности, в кажущейся бессмыслице он машинально находил какой-то смысл, какой-то порядок, какую-то только ему ведомую гармонию. Разумеется, это казалось забавным людям посредственным и завистливым, но именно поэтому не им, а Амперу удалось увидеть новые законы там, где их не видел никто.
Такова судьба почти каждого талантливого человека: над ним смеются, когда он верит умышленным россказням, не имеющим смысла, и в то же время ему не верят, когда он сообщает нечто совершенно новое. Так, например, утверждение Ампера, что человек устроен по закону, общему для всех животных, вызывало в лучшем случае усмешки; его теория происхождения позвоночных животных никем не принималась всерьез, а между тем он в своих предвидениях был недалек от истины.
У Ампера было тяжелое детство, нелегкая юность и одинокое существование даже в период наибольшей славы. Он рано потерял отца, которого казнили во время революции 1793 года. Андре было тогда восемнадцать лет, и эта казнь так потрясла его, что он почти год тяжело психически проболел. Его ничего не интересовало, он равнодушно целыми днями мог смотреть на небо или делать кучки из песка — это он, который еще недавно жадно всем интересовался, который в тринадцать лет прочел все двадцать томов энциклопедии и запомнил их на всю жизнь, потом немало удивляя людей своей поразительной осведомленностью о самых невероятных вещах! Но постепенно болезнь проходила, Ампер медленно возвращался к жизни, и немало способствовала этому его любовь к природе. Он много гулял, изучал растения, и, кстати, его ботанические наклонности сохранились на всю жизнь, и он иногда даже жалел, что не стал ботаником.
Андре с детства был очень близорук, но не знал этого. Он не ведал, что мир выглядит совершенно иначе, чем он его воспринимает. Ему казалось в порядке вещей, что предметы уже в небольшом отдалении теряют четкие очертания, становятся размытыми. Однажды он ехал в карете с человеком, который был тоже близорук, но носил очки. Вероятно, видя, как щурится молодой человек, он предложил ему надеть свои очки. И то, что увидел сквозь них Ампер — новый, прекрасный, четкий, красочный мир, — так потрясло его, что он расплакался. Наверное, такою рода потрясения не могли не оказать влияния на формирование его характера.
Научные склонности Ампера проявились довольно рано. О ботанических я уже говорил, позже к ним прибавились математические. Еще в тринадцать лет он представил в Лионскую академию сочинение о квадратуре круга — ему показалось, что он нашел решение старинной задачи о построении квадрата, равного по площади кругу, над которой безрезультатно бились такие титаны, как Архимед, Гюйгенс, Ньютон. В двадцать семь лет он опубликовал в Лионе сочинение по теории вероятностей. Называлось оно «Соображения о математической теории игры». Любопытно, из каких личных соображений взялся Андре именно за эту тему? Сама по себе она очень интересна и актуальна даже на сегодняшний день. Ею занимались в разное время многие математики из склонностей чисто теоретических, а не математики — из склонностей чисто практических. Дело в том, что она в какой-то мере давала ключ к пониманию карточных и прочих азартных игр, где выигрыш зависит не от умения, а от удачи. В своей работе Ампер математически доказывает, что, если два игрока, одинаково состоятельные, собираются играть или держать пари о чем-то, то размер их ставок должен быть пропорционален вероятности исхода. Ежели какое-то событие, за которое бьют заклад, случается в два раза чаще, чем другое, то и ставки должны быть сделаны 2:1. Собственно, это не было откровением ни для ученых, ни для игроков, потому что положение это было сформулировано еще при Людовике XIV двумя великими французскими математиками — Паскалем и Ферма. Но Ампер, оттолкнувшись от общего положения, идет дальше. Первое правило относилось к двум игрокам с примерно одинаковым состоянием; Андре же доказывает, что его можно отнести к случаю, когда богатства игроков или спорщиков неодинаковы, но количество партий или пари между ними столь ограничено, что не может полностью разорить даже самого бедного партнера. Однако стоит количеству игр возрасти, и правило Паскаля — Ферма теряет свою силу. Таким образом, Ампер математически доказывает, что человек, который в азарте готов играть с каждым подряд или с каждым подряд спорить, непременно и неумолимо разорится. И никакое счастье, везение, удача, счастливая звезда не смогут приостановить действие неотвратимых формул.
Пересказ этой маленькой работы Ампера, не принесшей ему особой славы, а заблудшим азартным душам — особого успокоения, я сделал лишь с одной целью: показать широту научных интересов молодого французского ученого; сам он в азартные игры не играл, вообще не был азартным человеком, поэтому данную работу можно рассматривать только как чисто теоретическое исследование.
Но я был неправ, сказав, что ему она не принесла успеха; косвенную пользу он все же извлек: благодаря хорошему впечатлению, которое она произвела на ученых. Амперу было предложено место в Политехнической школе в Париже. Правда, место довольно скромное — всего лишь репетитора, но все же это уже была столица с ее интенсивной научной жизнью.
Ампер исполнял свои обязанности очень добросовестно, но, как я уже говорил, общее впечатление о нем было несколько подпорчено его странностями, которыми довольно безжалостно пользовались школьники. Их забавляло, что учитель писал не кистью руки, как все, а двигал всей рукой и смешно изгибался при этом. Видя, что их преподаватель из боязни, свойственной всем близоруким людям, пишет покрупнее, чтоб было видно всем, милые детишки стали тут же прикидываться сплошь близорукими и просить, чтобы он писал еще крупнее. Не подозревавший подвоха Ампер дошел до того, что на большой доске писал всего одно слово.
Одновременно с преподаванием Ампер продолжал заниматься математикой, в частности геометрией. Им было опубликовано несколько работ на хорошем научном уровне, и хотя они не делали революции в геометрии, все же дали повод Французской академии избрать в 1813 году молодого ученого на место, освободившееся после смерти великого математика Лагранжа, Многие посчитали замену неравноценной, но через семь лет переменили свое мнение.
Технология научного творчества всегда была и остается загадкой Почему ученый вдруг избирает одну область деятельности, а не другую? Почему он в какой-то момент видит здесь возможность открытия? И еще десятки аналогичных «почему» приходят в голову, когда знакомишься с жизнью великого ученого, неожиданно свернувшего на новую для него дорогу. Двадцать лет Ампер занимался чем угодно, только не физикой, — ботаникой, психологией, лингвистикой, философией, зоологией, поэтикой, математикой, более всего математикой. А на двадцать первом занялся физикой и за одну неделю сделал в ней больше, чем другие за всю жизнь. Парадокс? На первый взгляд — похоже. Но если проанализировать ситуацию, то окажется, что никаких чудес нет. Если не считать чудом талант Ампера.
Как вы помните, в начале сентября 1820 года академик Ф. Араго вернулся из Женевы, где он наблюдал опыт Эрстеда в исполнении де ля Рива, Вернулся он чрезвычайно возбужденный, ибо только что своими глазами видел рождение новой области физики — электромагнетизма. Он спешил в Париж, думая, вероятно, что и ему удастся внести свой вклад в новую, неизведанную область — и он не ошибся в этом, — и, вероятно, вовсе не думая, что через несколько дней он станет свидетелем рождения еще одного нового раздела физики — электродинамики. Понимая, что новое открытие вызовет оживленные исследования его коллег, он прикидывал, кого же это заинтересует из членов академии более всего; он мог перебрать в уме десятки имен, и в некоторых он не ошибся, но держу пари, что имени Ампера не было в том списке. Да не только Араго, — никому не могло прийти в голову, что именно Ампер прославит академию и Францию.
Приехав в Париж, Араго не мешкая стал готовиться к показу опыта Эрстеда и на ближайшем же недельном заседании математического отделения академии, 11 сентября, продемонстрировал отклонение магнитной стрелки электрическим током. Демонстрация произвела, как и следовало ожидать, огромное впечатление на собравшихся; ученые мужи, убедившись в простоте и доступности опыта, поспешили в свои лаборатории, дабы приобщиться уже личным участием к новому выдающемуся открытию.
Неизвестно, скольким из них удалось воспроизвести опыт, вероятно, большинству — ничего сложного для этого не требовалось, — но зато точно известно, что четыре академика сумели пойти дальше Эрстеда. Три из них прибавили к открытию датского физика новые детали, а четвертый поднялся на новую ступень знания, с высоты которой виделись иные, незнакомые горизонты. А за горизонтом человечество ожидала электрическая машина.
Этим четвертым ученым был Андре Мари Ампер. То, что он сумел сделать, вызывает у нас восхищение. Но то, как он сумел это сделать, — изумление. В истории науки найдется не много примеров, когда открытие новой области, включая постройку прибора, заняло бы всего семь дней. Уже на следующем заседании, состоявшемся 18 сентября, Ампер сообщил собравшимся, что, по его мнению, открытие Эрстеда, безусловно великое, сформулировано автором, как ему, Амперу, кажется, не очень удачно, и он хотел бы надеяться, что правило, которое он сейчас предложит, покажется досточтимым коллегам более приемлемым. Он обозначил это правило как «правило пловца» и сформулировал его следующим образом: «Если мыслить себя плывущим по направлению тока, то есть ток будет идти от ног к голове наблюдателя, и этот последний будет смотреть на стрелку, то всегда отклонится тот конец стрелки, который обращен к северу».
Новое правило сразу же понравилось академикам, как потом и всем другим физикам, — оно действительно было много проще Эрстедовых нагромождений.
Далее, ободренный поддержкой коллег, Ампер высказывается о причинах электромагнетизма. Он приходит к выводу, что Земля потому действует на магнитную стрелку, что в ней самой циркулирует электрический ток, бегущий с востока на запад, а вовсе не потому, что она, как раньше предполагали, — естественный магнит. Это сообщение было встречено заметно прохладнее — оно не вязалось с устоявшимися представлениями, а академики не любят, когда их заставляют менять свои взгляды.
Далее, покончив с рассмотрением опыта Эрстеда, Ампер начинает докладывать о своих собственных опытах. В литературе существует небольшое расхождение по поводу даты, когда это произошло. В одних воспоминаниях говорится, что в тот же день, 18 сентября, другие авторы называют 25-е — дату следующего заседания. Возможно, не так уж важно, сколько дней понадобилось Амперу на открытие электродинамики — семь или четырнадцать, оба срока достаточно малы.
Если принять во внимание, что Ампер не просто провозгласил существование нового явления, но и продемонстрировал его на специально сооруженном приборе, а следовательно, еще какое-то время должно было уйти на изготовление, более вероятным кажется второй срок — двухнедельный. Но это по нашим меркам: мы и не мыслим себе, что какой-нибудь прибор, даже самый простой, можно сделать в несколько дней; в практике современных лабораторий, к сожалению, большая часть времени ученого уходит именно на ожидание, пока мастерские выполнят заказ. Поэтому не исключено, что Амперу повезло, и его прибор, состоящий из двух рамок с током — подвижной и неподвижной, — был сделан сразу же, и тогда он мог уложиться и к 18 сентября.
К открытию взаимодействия двух токов Ампер пришел не сразу. И опять существуют две версии, каким образом это произошло.
По одной версии, он додумался до этого чисто умозрительно: вспомнив, что электричество трения, то есть статическое электричество, действует отталкивающе или притягивающе на другой наэлектризованный предмет. И он тогда подумал: а не происходит ли такое же явление при взаимодействии движущихся токов, бегущих по проводникам? И, произведя несложный опыт, убедился, что его догадка справедлива.
Мне эта версия представляется и неубедительной и крайне поверхностной. Чтобы прийти к такому выводу, нет никакой нужды в открытии Эрстеда. Идея здесь должна была зародиться в голове Ампера чисто ассоциативно. И возникнуть могла бы много раньше — взаимодействие наэлектризованных предметов Ампер преподавал в школе своим ученикам, это азы электричества.
Более вероятной кажется другая интерпретация. Выдвинув гипотезу о происхождении земного магнетизма, Ампер решил доказать ее экспериментально — получить искусственный магнит. Он взял медную проволоку и сделал из нее спираль, так он представлял себе движение тока вокруг Земли. Позже он назвал ее соленоидом. Спираль эту подвесил за концы к батарее и стал смотреть, что произойдет, когда к торцу спирали подносил магнитную стрелку. Происходило то, что и должно было происходить согласно его теории: та сторона спирали, где ток шел по движению часовой стрелки — циферблату, если смотреть на нее прямо в лоб, притягивалась северным полюсом магнита и отталкивалась южным.
Доказав таким образом справедливость своих представлений о земном магнетизме, Ампер делает следующий шаг к открытию. Он подносит друг к другу две спирали и видит, как они тоже начинают взаимодействовать — отталкиваться или притягиваться. По существу, в этот момент Ампер уже открыл взаимодействие двух токов, только круговых, но ему показалось это неубедительным. Вероятно, он находился в плену опыта Эрстеда — тот ведь открыл магнитное действие тока на прямом проводе. И поэтому Ампер сооружает прибор, где могут взаимодействовать в пространстве два прямолинейных проводника — подвижный и неподвижный. Присоединив к ним вольтовы столбы, он увидел то, что до него не видел еще никто: подвижный проводник стал двигаться.
И вот перед членами Французской академии стоит 45-летний Ампер, к которому привыкли относиться чуть снисходительно из-за его странностей, и, привычно щурясь, формулирует новый закон, которому отныне и навеки суждено носить его имя: «Два электрических тока притягиваются, когда они идут параллельно в одном направлении; они отталкиваются, когда идут в противоположных направлениях».
Академики еще не успевают прийти в себя от изумления, а Ампер добавляет: «Все явления, которые представляют взаимодействие тока и магнита, открытые Эрстедом, входят как частный случай в законы притяжения электрических токов». Это означает, что открытке Ампера значительнее, шире, чем открытие ученого датчанина, как называли Эрстеда в то время. Это означает, что их товарищ по академии, который не в состоянии даже усидеть полчаса за работой, который сам признавался им, что для него «величайшее несчастье сидеть за столом с пером в руке», что этот самоучка, не кончивший даже школы, — гениальный ученый, самый великий из всех сидящих сейчас в зале. А это надо было пережить. И далеко не все смогли подавить свое уязвленное самолюбие, смирить свою ложную гордыню, уничтожить появившиеся ростки зависти и протянуть руку товарищу — поздравляю, прими и тому подобное.
Вместо этого Ампера стали попрекать: мол, его притяжение просто разновидность притяжения двух наэлектризованных тел, известного даже детям. Пришлось Амперу терпеливо объяснять людям, имеющим академическое звание и вроде бы обязанных хоть немного разбираться в физике, что в первом случае тела, одинаково заряженные, отталкиваются, а здесь одинаковые токи притягиваются — неужели не ясно?
Чтобы больше не было путаницы в этом вопросе. Ампер предлагает четко разделить эти два электрических явления: в первом случае, считает он, мы имеем дело с электростатикой, во втором — с электродинамикой.
Кстати, вот исток ошибочной версии, о которой я говорил раньше. Ампер действительно размышлял об электростатическом притяжении, но не до открытия, а после, и не по собственной инициативе, а вынужденный защищаться от дурацких нападок.
К сожалению, они на этом не кончились. Они только изменились по тональности. Первые были просто невежественными и не очень учтивыми. Дальше же все шло на улыбках, на расшаркиваниях, на уверениях в совершеннейшем почтении, на крайнем сожалении, что новому открытию суждено, вероятно, исчезнуть, как дым. Но как быть, если у месье Ампера не сходятся концы с концами? Согласно логике, два тела, действующие на третье, должны взаимодействовать и между собой. Так? Так, отвечает Ампер, еще не подозревая подвоха. Ну, а раз так, то что же удивительного в том, что проволоки, действующие порознь на магнитную стрелку — а это есть опыт Эрстеда, — действуют и друг на друга в опыте Ампера? И тогда выходит, что не открытие Эрстеда — следствие закона самоуверенного Ампера, а, напротив, его закон логически вытекает из опыта датчанина и ничего гениального здесь нет.
Ампер обозлился: если вы полагаете, что мой закон можно вывести из опыта Эрстеда, то попробуйте выведите из него направление взаимодействия токов. Ну? Ну кто может?
Не смог никто. Это ничего не значит, продолжали бубнить наиболее упрямые и злонамеренные, это не доказательство.
Ампер, расстроенный таким враждебным приемом, не стал более ничего говорить по этому поводу; он знал, что прав, и знал, что рано или поздно это признают и его враги, а когда это произойдет — сейчас или через год, — значения для него не имеет.
Но, к счастью, в академии были и друзья Ампера, знавшие цену его способностям и его нелюбовь вести публичные споры. И один из них, человек весьма остроумный, сказал спорщикам следующее: «Я сейчас легко докажу вам, что вы заблуждаетесь в самой посылке. Вот вам два ключа, которые я при вас вынимаю из кармана, два обычных железных ключа. Действуют они порознь на магнитную стрелку? — Он поднес их по очереди к компасу. — Действуют. Теперь я складываю эти ключи вместе. Что они, отталкиваются или притягиваются? Что же вы молчите? Докажите, что они взаимодействуют друг с другом, раз оба действуют на стрелку, — и победа за вами, моему другу придется признать, что он неправ. Не можете? Ну, тогда признайте, что неправы вы».
Пришлось признать.
Я рассказал лишь о некоторых треволнениях Ампера в связи с его открытием. Они, конечно, не удивят никого: новое часто встречает поначалу противодействие. Но у Ампера были заботы и поважнее. Он задумал подвести под свои эксперименты математическую базу.
Меж тем и другие ученые занялись разработкой открытия Эрстеда, и 25 сентября, после выступления Ампера, слово взял Франсуа Араго и рассказал, что ему, так же как и его ученому товарищу, удалось обнаружить нечто новое. «Когда я соединил длинной медной проволокой два полюса вольтова столба, — сказал Араго, — и опустил потом ее в железные опилки, то она притянула их, как если бы была настоящим магнитом. Когда ток размыкался, опилки опадали. Таким образом, — с гордостью закончил Араго, — мне удалось даже намагнитить швейную иглу».
Присутствовавший тут же Ампер заметил, что намагничивание металлических предметов можно усилить еще более, если взять провод в виде спирали, как это делал он, и вставить иглу внутрь.
Вы понимаете, что предложил сделать ничего не подозревавший Ампер? Электромагнит! Но, поглощенный спорами из-за своего открытия, расстроенный ими, он даже не оценил того, что сказал. И, к сожалению, никто из присутствующих также не понял его замечания, даже Араго, которому уж, как говорится, и карты в руки. Причем Ампер и Араго даже поговорили о том, что, чем больше колец в спирали, тем сильнее должно быть намагничивание; оба согласились с этим и… преспокойно прошли мимо изобретения электромагнита. А эта честь досталась английскому преподавателю физики Вильяму Стерджону, который в 1825 году наконец-то догадался сделать то, что уже давно было сделано и только ждало человека, который сумел бы найти этому невезучему изобретению практическое применение. Зато когда в Лондоне был продемонстрирован первый электромагнит, поднимавший груз весом более трех килограммов и отпускавший его, как только электрическая цепь размыкалась, все ученые — даже великие — изумлялись, как дети, новому чуду. Им бы в пору изумиться, как это они почти пять лет спокойно работали с соленоидом Ампера, не понимая, что держат в руках.
Доклад Араго о намагничивании, доклады Ампера, продолжавшиеся еще несколько недель, работы других ученых, пока молчавших или говоривших туманными намеками, держали академию в состоянии постоянного напряжения — что еще будет? Кто еще из ученых мужей, сейчас вроде бы спокойно слушающих докладчика, ошарашит на следующем заседании каким-нибудь новым открытием?
Эти ожидания не были напрасными. 30 октября член академии Жан Био, тот самый, что председательствовал в комиссии, проверявшей открытие Вольты, и профессор физики Феликс Савар доложили о том, что им удалось вывести математический закон, описывающий опыт Эрстеда. Изящным экспериментом, в котором исключалось действие на стрелку магнитного поля Земли, они доказали, что ток действует на магнит перпендикулярно кратчайшему расстоянию между проволокой и стрелкой, а сила взаимодействия обратно пропорциональна этому расстоянию.
Первая формула, появившаяся наконец среди общих слов, подводившая под качественные наблюдения количественную основу, подстегнула Ампера. В конце концов, он математик более, чем физик, и кому, как не ему, попытаться вывести формулу к собственному закону.
Математическая разработка теории электродинамики заняла немало времени. Формулу в самом общем виде, по существу эскиз к своей конечной знаменитой формуле, Ампер сообщил на заседании академии 10 июня 1822 года. А в полном виде, в том, в котором мы пользуемся ею и сейчас, формула была опубликована в 1823 году в специальном сочинении. С тех пор, вот уже сто пятьдесят лет, она служит основой всех электротехнических расчетов. Каждый из нас, еще в школе, или в институте на экзаменах, или потом в научной или инженерной деятельности, вычислял силу взаимодействия токов по формуле Ампера. Многие физики отмечали ее огромное значение для науки, ее универсальность, проницательность ее автора, но, пожалуй, лучше других сказал знаменитый английский физик Максвелл: «Исследования Ампера, в которых он установил законы механического взаимодействия электрических токов, принадлежат к числу самых блестящих работ, которые были проведены когда-либо в науке. Теория и опыт как будто в полной силе и законченности вылились сразу из головы „Ньютона электричества“. Его сочинение совершенно по форме, недосягаемо по точности выражений и в конечном счете приводит к одной формуле, из которой можно вывести все явления, представленные электричеством, и которая навсегда останется основной формулой электродинамики». Много хороших слов сказано в этом отрывке открывателем электромагнитного излучения о своем французском коллеге, но самый большой комплимент, какой мог позволить себе английский физик, — назвать Ампера «Ньютоном электричества».
А великий французский ученый, прославивший свою страну больше, чем иные политические деятели, вынужден был тратить свои последние деньги на покупку необходимого оборудования; вынужден был, забросив работы по электродинамике и сжав зубы, идти униженно просить начальство Парижского университета, чтобы ему дали какую-нибудь добавочную нагрузку, чтобы подзаработать хоть несколько сотен франков. Иногда ему давали ее, но ту, которую он ненавидел больше всего в жизни и которую хуже других мог исполнить: его отправляли инспектором в какой-нибудь далекий департамент на три-четыре месяца, чтобы он, объезжая город за городом, проверял расходы училищ — на мел, чернила, мебель, чтобы он контролировал знания учеников, устраивал им экзамены, проверял склонения, спряжения, переводы с латыни. Он мучился от своего бессилия, от необходимости тратить драгоценное время на совершенно идиотские занятия, которые по плечу любому инспектору, но что он мог сделать! Не ехать? Но его излишняя щедрость, необходимость самому оплачивать печатание своих трудов, поскольку писал он их великое множество по разным областям знаний, все это не позволяло ему отказываться от скромного побочного дохода. Но мало того, что он переносил страдания во время поездок: когда он возвращался в Париж, они не кончались, с него требовали отчеты, бумажки, циркуляры, — с него, который даже свои великие законы писал стоя, наспех, настолько он не мог творить, привязанный к одному месту. Об этой его слабости знали все — и университетское руководство, даже министр, но они умышленно заставляли его выполнять все бюрократические формальности.