По словам Ампера, когда ему исполнилось 13 лет, в его жизни произошли три важных события: причастие, прочтение книги о жизни Декарта и взятие Бастилии. В тот год он еще не догадывался о том, какое это проклятие – жить в эпоху грандиозных перемен. Но уже через несколько лет Великая французская революция тяжелой телегой переехала его жизнь. В 1793 году в Лионе вспыхнуло контрреволюционное восстание. Богатый коммерсант Ампер-старший, исполнявший еще обязанности городского мирового судьи, занимал эту должность и при мятежниках. Поэтому после подавления восстания его казнили – как сообщника аристократов. Имущество семьи было конфисковано.
Но отец дал сыну прекрасное образование. После казни отца юный Ампер зарабатывал на жизнь частными уроками. Революция закончилась, словно кошмарный сон. Жизнь постепенно возвращалась в обычную колею. В 1799 году Ампер женился на Катрин Каррон, а через год у него родился сын, которого назвали в честь деда – Жан-Жаком. К слову сказать, на Жан-Жаке природа не отдохнула. Впоследствии он стал известным филологом и литератором, членом Французской академии.
В 27 лет, в 1802 году, Ампер стал преподавателем физики и химии; в 1805 году – преподавателем математики в знаменитой парижской Политехнической школе; с 1814 года он – член Парижской академии наук. Членство в академии было пожизненным и хорошо оплачивалось. Так что Ампер мог всерьез заняться наукой. Специальностью Ампера в академии была математика. Он занимался теорией вероятностей и математической физикой. Впрочем, его интересы распространялись и на естественные науки. Ученый сделал первую попытку классифицировать химические элементы в соответствии с их свойствами.
Но прославили Ампера исследования в области электромагнетизма. На это натолкнули его в 1820 году опыты датского ученого Ханса Кристиана Эрстеда (Hans Christian Ørsted; 1777–1851). Эрстед обнаружил, что проволока, по которой протекает ток, притягивает к себе стрелку компаса. Ампер поставил ряд экспериментов и пришел к выводу, что магнитные явления вызываются движущимися электрическими зарядами, то есть электрическим током. Два провода, по которым протекает ток, притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления движения зарядов. Если провод свернуть в виде катушки, такая катушка будет себя вести, как полосовой магнит. На основе своих экспериментов Ампер выдвинул предположение о том, что любой магнит содержит внутри множество круговых электрических токов. Притяжение или отталкивание магнитов объясняется взаимодействием этих токов.
Классическая работа Ампера «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта», написанная в 1826 году, навела порядок в разнообразном экспериментальном материале, накопленном к тому времени. Ампер выразил закон взаимодействия токов в виде строгой математической формулы и, в конечном счете, создал новую науку о движении электрических зарядов, электродинамику. По праву его считают «Ньютоном электричества».
Заслуги Ампера как основателя электродинамики получили всеобщее признание. Его имя было увековечено на Международном конгрессе электриков в 1881 году в названии единицы измерения силы тока – ампер. А единица сопротивления получила короткое название ом – по фамилии Георга Симона Ома (Georg Simon Ohm; 1787–1854). Сын небогатого баварского слесаря, он в конце жизни стал профессором физики.
Ом открыл закон, который выглядит так просто, что его может выучить даже двоечник. Победить экспериментальные трудности, возникшие при этом, смог бы только потомственный немецкий ремесленник, упрямый, с умной головой и с умными руками. Именно Ом изобрел тот прибор, который мы называем именами других ученых: гальванометр или амперметр. Прибор измеряет силу тока, протекающего по проводу, посредством измерения угла поворота магнитной стрелки; угол, как обнаружил Ом, оказался пропорционален току, по проводнику протекающему. Благодаря гальванометру была решена одна из экспериментальных трудностей: как определять силу тока?
Другая экспериментальная трудность заключалась в том, что имевшиеся в распоряжении Ома источники электричества – вольтовы батареи – были очень нестабильными. Напряжение, даваемое такой батареей, быстро падало. Поддержать стабильное напряжение в ходе эксперимента было невозможно. Из-за «плывущего» напряжения первые работы Ома, посвященные изучению проводимости, оказались неверными, и доверие к его экспериментам в научной среде было подорвано. Это не заставило упрямого Ома отказаться от их продолжения.
Во второй серии экспериментов ученый воспользовался новым, только что открытым эффектом термоэлектричества. Термопара медь – висмут, один конец которой был опущен в горячую воду, давал напряжение небольшое, зато неизменное – куда более стабильное, чем напряжение, вырабатываемое капризным вольтовым столбом.
Закон Ома не сразу был признан ученым миром. Все помнили о прежней неудаче немецкого профессора и новым данным не поверили, пока не перепроверили. Повторные эксперименты были проведены во Франции в 1831–1837 годах. С тех пор закон Ома стал одним из краеугольных камней электротехники.
Предложенная на Международном конгрессе электриков в 1881 году идея называть единицы измерения именами знаменитых ученых понравилась мировому научному сообществу. И тут же вызвала разногласия. Так, американцы выразили принципиальное несогласие с тем, что единицу измерения проводимости (величина, обратная сопротивлению) назвали сименсом в честь немецкого инженера Вернера фон Сименса (Werner von Siemens; 1816–1892).
– Что это у вас, европейцев, единицы измерения называют только в честь европейских ученых? – возмутились они. – У наших ученых заслуг не меньше!
С ними согласились и ввели в научный обиход генри, теслу и белл.
Генри – это единица индуктивности, позволяющая выразить, насколько чутко электрическая цепь реагирует на изменение тока в ней; названа в честь американского физика Джозефа Генри (Joseph Henry; 1797–1878). Он проводил эксперименты по электромагнитной индукции параллельно с Майклом Фарадеем, но опубликовал свои результаты на полгода позже. Вообще, Дж. Генри не очень везло с приоритетами. На шесть лет раньше С. Морзе он изобрел телеграф, который работал на территории Принстонского колледжа и передавал сигналы на расстояние в одну милю. Явление, на основе которого работают современные трансформаторы, тоже открыл Дж. Генри. А последней своей работой в области электричества Генри опередил Генриха Герца на 40 лет. Еще в 1842 году он обнаружил, что железные стержни, находившиеся в подвале здания, намагничивались от электрической искры, полученной на втором этаже. Да и с названной в его честь единицей измерения ему повезло не очень. В повседневной жизни мы с магнитной индуктивностью встречаемся не слишком часто. Фамилию Генри на электрических приборах не пишут. И обывателю нет повода помянуть американского профессора добрым словом.
Обычному человеку, пожалуй, не очень ясно, чем магнитная индуктивность (которую измеряют в генри) отличается от магнитной индукции, для измерения которой была предложена единица тесла. Но если он не слышал про гениального изобретателя-электротехника Николу Теслу (Nikola Tesla; 1856–1943), остается только грустно развести руками. Ведь без изобретений Теслы наша жизнь была бы сейчас гораздо менее комфортной. Переменный ток доходит до нашей электрической розетки от дальних электростанций. Электромоторы послушно выполняют самые разнообразные работы. Трансформаторы, радиостанции, даже микроволновые печи на кухнях – все они появились благодаря прозорливости и титаническому трудолюбию гениального ученого.
Тесла родился в Хорватии, в городке Смилян. Получил образование он сначала в техническом училище в Граце, а потом в Пражском университете. По окончании учебы Тесла поработал немного инженером общества по телефонизации Будапешта, после чего уехал в Париж, где в 1882–1884 годах работал в европейском отделении компании Эдисона. В 1884 году он с рекомендательным письмом руководителя отделения уехал в США и там начал работать у самого Эдисона.
Однако Тесла рассорился с Эдисоном навсегда из-за того, что тот обманул его, не заплатив обещанные 50 тысяч долларов. Хотя причины разногласий между двумя великими изобретателями были не только личные, но носили и принципиальный технический характер.
У Эдисона была уже вполне процветающая компания, нацеленная на внедрение электрического освещения на основе постоянного тока. Были, конечно, у постоянного тока определенные недостатки. Например, его нельзя было передавать на большие расстояния. Если хозяин хотел осветить свой дом электричеством, к дому не подводили, как сегодня, электрические провода от внешней сети, а устанавливали в подвале генератор, который довольно шумно вырабатывал электричество для всего дома. Это было неплохо для невысокого здания, но о том, чтобы подать электроэнергию, скажем, на 50-й этаж, речи не было. Впрочем, 50-этажных небоскребов в Америке в то время еще не строили. Так что Эдисон не считал недостатки постоянного тока принципиальными и рассчитывал с ними справиться по ходу дела. Авторитет Томаса Эдисона ценился дорого. Его компанию финансировал знаменитый миллионер Дж. П. Морган.