Ампер. Классическая электродинамика. Неопределенный электрический объект [Эугенио Мануэль Фернандес Агиляр] (fb2) читать постранично, страница - 4

притяжения между двумя точечными зарядами m и M, находящимися на расстоянии d:

F = G∙m∙M/d²,

где G — постоянная всемирного тяготения, которая в данном случае не зависит от среды. Ньютон опубликовал этот результат веком раньше, в 1687 году. Закон Кулона, таким образом, используется для изучения взаимодействия электростатических зарядов, а закон Ньютона — для описания взаимодействия масс, в нем действует только сила притяжения. Есть соблазн подумать, что между этими двумя выражениями существует некоторое сходство, как в случае отталкивания зарядов, так и в случае их притяжения. Важным было наблюдение, что сила взаимодействия уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Это открытие занимало умы ученых более века. XVII век был веком тяготения, XVIII — веком электростатики, XIX — веком электромагнетизма и электродинамики. Когда Кулон придумал свои крутильные весы, Амперу было два года. Он вырос и стал первым ученым, корректно использовавшим закон обратных квадратов в области магнетизма. Также Ампер впервые предположил, что электричество и магнетизм являются двумя сторонами одной медали.

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.