Неопределенный электрический объект. Ампер. Классическая электродинамика. - Эугенио Мануэль Фернандес Агиляр Страница 3

Между одноименными зарядами действует сила отталкивания, между разноименными — сила притяжения.

СРАВНЕНИЕ СИЛ

Сегодня взаимодействия в природе обычно делят на четыре вида: гравитационное, электромагнитное, слабое ядерное и сильное ядерное. Во времена Ампера было известно гравитационное взаимодействие, а также считалось, что существует электрическое взаимодействие и магнитное взаимодействие. Ученые искали соответствия между гравитационными, электрическими и магнитными силами. Интересно сравнить силу притяжения двух протонов, а потом — силу их отталкивания. Несмотря на очевидное сходство используемых законов, опыты показывают, что различия значительны. Два протона находятся на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме. Масса протона равна 1, 67∙10^-27 кг, его заряд равен 1, 6∙10^-19 К, гравитационная постоянная G равна 6, 67∙10^-11 Н∙м²/кг² и электрическая постоянная в вакууме k равна 9∙10⁹ Н∙м²/K². Благодаря этим данным получаем

Fg = G (m^p+∙m^p+)/d² = 6, 67∙10^-11 Н∙м²/кг²∙(1, 67∙10^-27 кг∙1, 67∙10^-27 кг)/1м² = 1.9∙10^-64 H

Fe = k(q^p+∙q^p+)/d² = 9∙10⁹ Н∙м²/кг²∙(1, 6∙10^{-19 кг}∙1, 6∙10^{-19 кг})/1м = 2.3∙10^-28 H

Если разделить электрическую силу на гравитационную, получим

Fe/Fg = 2.3∙10^-28 H/1.9∙10^-64 H = 1.2∙10³⁶.

Электрическая сила отталкивания между двумя протонами на расстоянии 1 м больше в 1, 2∙10³⁶ раз гравитационной силы между ними. Другими словами, электростатическое взаимодействие удивительным образом больше взаимодействия гравитационного.

ОДАРЕННЫЙ САМОУЧКА

Однако вернемся к генеалогии Андре-Мари Ампера. Каменщик по имени Клод Ампер обосновался в Лионе в середине XVII века. Его сын Жан Жозеф Ампер некоторое время следовал по пути отца, а затем решил стать торговцем.

В 1693 году Жан Жозеф женился на Симоне Рапийон, дочери торговца. В этом браке родился Франсуа Ампер, который посвятил жизнь производству шелка и торговле им. Только через три поколения семья Амперов сумела стать частью торговой буржуазии Лиона, что позволило ей войти в самые влиятельные круги города. Франсуа женился на дочери парламентского адвоката Анн Бертей. У них родилось четверо детей, последний из которых, Жан-Жак Ампер, продолжил дело отца. В июле 1771 года Жан-Жак женился на Жанне Антуанетте де Сютьер-Сарсей, также происходившей из семьи производителей шелка. Семьи Амперов и Сарсей процветали в царствование Людовика XV, однако революция лишила их потомков этого благополучия. У Жан-Жака и Жанны Антуанетты родилось трое детей.

С одной стороны, это была самая обыкновенная семья, каждое поколение которой поднималось все выше по социальной лестнице. Однако Андре-Мари Ампер стал не обычным ее представителем, а одним из самых исключительных ученых в истории Франции. Итак, в отличие от многих других гениев, Ампер вышел из семьи торговцев.

Жан-Жак Ампер и Жанна Антуанетта купили небольшой домик в деревне Полемье-о-Мон-д'Ор. В детские годы Андре- Мари Ампера по соседству с ними жили еще пять семей буржуа из Лиона, а всего деревушка едва насчитывала 400 жителей. Дом был куплен за 20 тысяч ливров. Кроме того, дядя Жанны Жак де Сютьер-Сарсей подарил супругам 25 тысяч ливров. Добавим сюда и мебель стоимостью около 6 тысяч ливров — часть наследства Жанны. Общее состояние пары составляло около 100 тысяч ливров, что было по тем временам немалой суммой.

Сначала супруги жили не в Полемье, а в фамильном доме Жан-Жака, под номером 44 по улице Сен-Антуан города Лиона. Там 20 января 1775 года и родился Андре-Мари. Дом стоял у слияния Роны и Соны. Андре-Мари был вторым ребенком, у него была старшая сестра Антуанетта (родилась в 1772 году) и младшая, Жозефина (родилась в 1785 году). Он был единственным мальчиком в семье.

Сведения о детстве Андре-Мари скудны, хотя мы располагаем двумя их главными источниками. Первый — автобиография Ампера, написанная ученым за 12 лет до смерти, в 1824 году, она представляет собой крайне интересный исторический документ, содержащий ценную информацию о его самообразовании. Стоит заметить, что это выдающееся жизнеописание ученого, в котором Ампер говорит о себе в третьем лице. Второй источник — это биография, написанная французским ученым и политиком Франсуа Араго (1786-1853): она во многом подтверждает написанное в автобиографии, но ей порой не хватает объективности. Араго, который часто встречался с Андре-Мари, очень ценил их научное сотрудничество, как мы увидим позже.

В первые семь лет своей жизни Андре-Мари жил то в городе, то в деревне — прекрасная комбинация для естественного воспитания мальчика. Его отец в то время жил, главным образом, в Лионе, но мать с детьми время от времени уезжала в Полемье для отдыха от неспокойной городской жизни. В 1792 году вся семья решила перебраться в деревенский дом, сведя пребывание в Лионе к коротким зимним периодам и поездкам по торговым делам.

Стоит напомнить, что расстояния в те времена воспринимались иначе. Хотя Полемье и Лион разделяли всего 10 километров, путешествие затрудняли плохие дороги, которые после дождей становились практически непроходимыми. Однако это не мешало Андре-Мари считать домом именно Лион.

Его отец, страстный почитатель Жан-Жака Руссо (1712- 1778), развивал в сыне пытливый ум. Он решил не подвергать мальчика формальному и строгому образованию, практиковавшемуся в школах, и начал обучать его самостоятельно. Отец никогда не заставлял сына учиться, но развивал в нем жажду к знаниям, как вспоминает сам Ампер на страницах автобиографии. Некоторые исследователи полагают, что отец Ампера хотел воплотить на практике идеи романа Руссо «Эмиль, или О воспитании», который считается первым педагогическим трактатом. Однако Джеймс Хофман, выдающийся биограф Ампера, справедливо утверждает, что не существует никаких доказательств того, что отец Андре-Мари пытался воспитать сына строго в соответствии с принципами Руссо. Он подчеркивает преимущества деревенского воспитания, которое и Руссо считал крайне важным. Сельская среда позволяла Андре-Мари наблюдать за природой и развивать способность к анализу, которая потом очень пригодилась ему в научной деятельности. Как бы там ни было, мальчик начал свое образование под руководством отца и продолжал его самостоятельно на протяжении всей жизни. Он наслаждался образованием без принуждения.

МУЗЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА