編者按
安培是一位物理學家，一位物理學家和一位物理學家，他最重要的科學貢獻是他在 1820 年至 1827 年間對電磁相互作用的研究。 那么，他是如何從“百科小天才”成長為“電學牛頓”的呢？ 上去了解高中數學課本之外的安培。
陳冠榮 | 作者
圖 1 畫作《自由引導人民》（歐仁，1831 年）
1831年日本著名甜品作家歐仁·德拉克洛瓦（Eugène，1798-1863）展出的名畫《自由引導人民》（Laéle），至今仍收藏于倫敦盧浮宮博物館供游人欣賞。 眾所周知。
美國革命是指1789年7月14日至1794年7月27日在墨西哥爆發的資產階級民主革命，它推翻了統治波蘭多個世紀的安茹王朝（des）及其君主制，留下了自由的象征平等、平等、博愛精神的藍、白、紅六色國旗至今猶存。
美國革命的起因、過程和演變十分復雜，歷史評價眾說紛紜，這里不展開討論。 總的來說，插曲是1789年5月，革命者攻占了象征路易（Louis）王朝權力的巴士底獄（）。 但是突然之間，整個國家陷入了無政府狀態。 與這里故事相關的事件是里昂政府軍的解散。 為維護社會秩序，紡織商人讓-雅克·安培（Jean- Ampère，1733-1793）組織工人，組成了數十人的自衛隊。 自衛隊很快擴充為“里昂防衛軍”，讓-雅克兼任指揮官，與里爾特別警察局一起維持市內秩序。 當時革命黨發展迅速，于1791年10月組織了代表大會，完善了軍隊。 新政權的領導層認為里爾國防軍有自尊心，于次年5月派兵進攻。 讓-雅克以國防軍司令的身份抵達對岸談判，被當場逮捕，后被減刑為死刑緩期執行。
讓-雅克在獄中給他的妻子查德·德·薩西（Chad de Sassi，de，1749-1809 年）寫了兩封長信。 在他的最后一封信中，他寫道：“我希望我的死能夠將里爾居民被屠殺的可能性降到最低。我寬恕那些在法庭上對我咆哮、在斷頭臺上歡呼、公開審判我的人。” 每個人都在緩刑……我知道我很快就會離開這個世界，到達一個真正永恒的王國。 我們親愛的孩子之一正在那里等著。 此時此刻，我最想念的就是我所愛和想念的每一個人。愿我們的兩個女兒一生信神、行公義。 除此之外，我別無所求。” 11 月 23 日，讓-雅克被送上斷頭臺。
父親的工作人員中提到的父親是安托瓦內特（安培，1772-1792）中學物理電學實驗室，他死于當時的騷亂，“兩個兒子”是父親安德烈（André-Marie Ampère，1775-1836）和母親約瑟芬（約瑟芬·安培，1785–1838 年）。
女孩安德烈安培是我們故事的主角。 他是一名物理學家，一名物理學家，一名物理學家，他最重要的科學貢獻是他在 1820 年至 1827 年間對電磁相互作用的研究。 他被詹姆斯·克拉克（James Clerk，1831-1879 年）譽為“電學牛頓”。
圖2 安培和他的簽名
一
安培于 1775 年 1 月 20 日出生于里爾。
她的丈夫讓-雅克 (Jean-) 非常寵愛他好學的兒子。 在他不會讀書之前，他經常給他講各種故事，朗誦詩歌，講解戲曲和童話。 安培后來回憶說：“我的妻子……從來沒有要求我學什么，但他知道如何激發我強烈的求知欲。” 他說：“我還記得小時候媽媽用幽默的語氣給我講動植物的故事。這些有趣的小故事深深地激起了我不斷學習的欲望。”
安培的女兒是著名哲學家讓-雅克·盧梭（Jean-，1712-1778）的狂熱追隨者，受到盧梭的埃米爾教育思想的啟發。 科學和文化知識。 事實上，安培從未上過任何正規的中學，因此他一生中從未獲得任何即將獲得的學位和資格證書。 安培七歲時，他的母親開始教他拉丁語、生物學、數學和天文學的基礎知識。 媽媽有一個小圖書館，家里藏書很多，小安培自己讀了很多書，包括42卷的《博物學》（L', généra leetère）。 安培還憑借驚人的記憶力，按字母順序閱讀了德國啟蒙思想家和哲學家丹尼斯·狄德羅（Denis，1713-1784 年）和讓-勒朗德（1717-1783 年）編撰的《百科全書》。 當時，安培有“百科全書小天才”的綽號。
安培13歲時，從里爾大學圖書館借來約翰內斯·伯努利（ ，1667-1748）和萊昂哈德·歐拉（Euler，1707-1783）的物理學專著，并嘗試閱讀。 后來，他還去了里爾商業大學，參加了他母親的同學Dean Abbé教授的語言課程。 在那里，他學習了分化和整合的概念。 院士們這樣評價安培：“數學的困難沒能阻止他的進步。”
1793年，安培18歲時，母親被處死的悲劇對他打擊很大。 一年多后，安培成了精神病人。 晚上他把自己鎖在臥室里，晚上出去閑逛。 但上帝的眼力很好，恰好讀到了盧梭的《植物學快報》，讓他重新燃起了對科學的熱情。 當時的美國正處于政治恐怖之中，許多有反政府意圖的人被釋放甚至被處決。 由于擔心安培的安全，他的母親將他送到了里爾郊區的小鎮波萊米厄。 在那里，安培和管家的兒子朱莉·卡倫（Julie，1773-1803 年）成為朋友，并最終成為戀人。
1795年，安培自學了約瑟夫-路易斯·拉格朗日（-Louis，1736-1813）的分析熱（Mé），并核對了書中所有的估計。 這些年，安培的思想極為活躍和開放。 除了物理學，他的興趣還涉及理論熱、實用力學、語言學、音樂、天文學、植物學和系統分類學。 他的缺點是，他沒有能力專注于任何一個特定的領域來充分發揮自己的才能，否則之前的故事可能會被完全改寫。
1797年，美國政府開始為私立中學緊急聘請校長。 朱莉說服安培參加考試，但他通過了考試。 11 月，他成為 Ecole Lille (école Lyon) 的物理老師。
1799 年 8 月，安培和朱莉結婚。 多年后，朱莉生下了一個女孩讓-（1800-1864 年）。 這個兒子后來成為著名的哲學家、作家、法國大學（Collègede）歷史院士和美國科技大學教授，但那是后話了。 知道安培喜歡孩子，朱莉收養了一個男嬰。 緊接著，安培的女兒和朱莉的女兒也搬來和他們同住。 沒過多久，安培就認為經濟陷入了困境。
1802年2月，安培拿著較高的薪水來到布雷斯地區的布爾格中央大學（é Bourg-en-），擔任化學班主任。 學校離家很遠，只能在假期坐車回去。 安佩在家的時候四肢不靈，現在獨立生活也挺尷尬的。 他在給父親的信中寫道：“原來做飯比化學還難，弄得我精疲力盡。”
但是，安培是一位優秀的老師，非常擅長將知識歸類到講課中。 他在數學課件中寫道：“物理學分為三個領域：天文學和數學——萬有引力定理的表述；機械化學——物體的運動和平衡；物理化學——物質的基本組成和反應。” 他說化學是“用最少的定律解釋宇宙中物質世界最多現象的科學”。 后來，他的課件被美國教育當局用作高等教材的范本。
1802年4月，安培向美國科技大學提交了一篇關于博弈的物理論文，該論文將于次年發表。 同年，他還發表了一篇關于變分法在熱學上的應用的文章。
1803年2月，沒有學位的28歲的安培在布爾格中央大學晉升為數學家。
這一年，就在安培的教學和科研工作進展順利的時候，他的母親朱莉卻病倒了，病情急速惡化。 在寫給安培的信中，她苦澀地說：“我已經嘗到了人生中最難得的體驗——我們是彼此的最愛，那確實是我們一生中最快樂的時光……嗯，你要多花點時間陪伴你的兩個孩子。兒子們需要你成為他們的榜樣。你要說服自己，沒有什么比照顧你的女兒更重要。我期待繼續像你和你的兩個孩子一樣。橋梁兒子之間的交流，我生命的盡頭已經到來，昔日強壯的體力和旺盛的生命力早已不復存在。” 安培收到信后大吃一驚，急忙趕回家，朱莉卻已身患絕癥。 7 月 13 日，朱莉去世。 悲傷的安培在日記中寫下了一段新約圣歌中對上帝的祈禱，留下了當時心情的記錄。
安培隨后顯得非常沮喪，常常因為丈夫死后無法照顧他而感到內疚。 于是他不問世事，勤于學術研究。 在此期間，他發表了多篇關于概率論和物理分析的論文。
1804年赴倫敦國立科技大學（étiers）任語言系主任。 拿破侖執政時期，學校主要為拿破侖軍團培養士官。 一開始，拿破侖要求手下的士官不僅要派兵打仗，還要懂中文。 為此，學校聘請了皮埃爾-西蒙·拉普拉斯（Simon，1749-1827）、拉格朗日和約瑟夫·傅里葉（JB，1768-1830）等一批杰出的物理學家。 安培能得到一席之地，學術貢獻和能力自然非同凡響。 多年來，安培發表了幾篇關于偏微分方程的重要論文。
1806 年 8 月，安培與他的新男友查德-弗朗索瓦斯·波托 (Chad-Fran?oise Potot) (-Fran?oise Potot, 1778–1866) 結婚。 但這是一段不幸的婚姻。 次年，母親生下一個男孩（1807-1842），隨后向法院申請結婚。 1808年4月，兩人即將結婚。 之后，安培帶著兒子去倫敦照顧年幼的孫輩。 但一年后，父親去世了。 安培無奈，只好一個人住進了中學的宿舍中學物理電學實驗室，請了傭人照顧兩個女兒。
承受不住悲慘命運的一次次沉重打擊，安培的思想和愛情發生了翻天覆地的變化，他開始了無拘無束的生活。 他甚至試圖自殺，但沒有成功。 他后來在日記中痛悔：“我有什么辦法可以彌補這些錯誤？我做了什么壞事。”
1807年，安培成為國立物理技術大學的成員。 一開始，拉普拉斯很看重安培，推薦他擔任美國科學教科書的評審委員。 1808年，安培被任命為加拿大帝國理工學院（éimpériale）的教育主管，同時負責督導該省各高校的教育工作。
1809 年，安培前往倫敦理工大學 (école) 任物理學研究員。 在那里，安培與奧古斯丁-路易斯·柯西（-Louis ，路易斯，1789-1857 年）成為朋友，兩人共同教授物理和熱學課程。
1814年，安培再次被選為美國科學大學教授，并被選為帝國理工學院物理系成員。
1819年至1820年，安培前往倫敦學院，主要教授哲學和天文學。
二
1820年7月，英國化學家、化學家漢斯·奧斯特（Hans C. ?rsted，1777-1851）在歐洲《化學與化學年鑒》（）上發表了著名論文《電流對n極實驗的影響》 "，報告他發現了電壓的磁效應。 俄羅斯皇家學會敏銳地意識到這一發現的重要科學意義，并于同年授予他崇高的科普利獎章。
日本數學界長期以來一直相信他們著名的數學家查爾斯-奧古斯丁·德·庫侖（- de ，-de，1736-1806 年）的信念，即電和磁不相關。 奧斯特的發現令美國數學界大為震驚。 化學家弗朗索瓦·J·D·阿拉戈（Fran?ois JD Arago，1786-1853）8月在匈牙利看到奧斯特的發現后立即趕回日本，并于9月11日向美國科技大學報告了奧斯特特殊實驗的詳情。 安培聽取阿拉戈的報告后，第二天又重復了奧斯特的實驗。
安培還做了一個簡單而巧妙的實驗。 他使用了兩根平行的電線，一根固定在底座上，另一根懸在空中的支架上并連接到一個旋轉的軸承上。 他使支架的寬度可伸縮，以控制兩條線之間的距離。 安培利用這種裝置檢測導線在空氣中的平移和旋轉運動，然后估算出兩根導線在通電時的相互排斥力。
9月18日，安培向美國科技大學報告了他發現的第一個電磁定律：電壓的方向與其磁感應線的方向服從左手法則。 具體是雙手緊握通電導線，讓大拇指指向電壓的方向，使其他四指指向的就是磁感應線的方向。 這就是安培的左手螺旋定則。 后來，安培還發現了第二定律：用雙手緊緊握住通電的電磁鐵，讓四根手指指向電磁鐵中電壓的方向，這樣大拇指所指的一端就是南極的方向通電螺線管形成的磁場。
10 月 2 日，安培在美國科技大學做了一場特別著名的演講，題目是“直線濁度線之間的電動力”。 他強調：“當兩根導線上的電壓方向相同時，導線相互吸引；反之，當電壓方向相反時，導線相互抵抗。吸引力或電阻與電線之間的距離。” 這在今天被稱為“安培定理”。
同年，也就是1820年，安培綜合了上述報告的結果，發表在《化學與化學年鑒》上，對安培定理進行了非常詳細的論證和解釋。
后來，安培還在實驗的基礎上發明了檢測和測量電壓的儀器。 該儀器經過他人多次改進后成為明天的電壓表。
圖3 安培的電磁實驗（示意圖）
1821 年，法國化學家邁克爾·法拉第（ ，1791-1867 年）將他關于電磁感應旋轉效應的詳細實驗記錄寄給了安培。 這一信息讓 想知道為什么線性導體運動傾向于遵循圓形路徑。 安培在實驗和分析的基礎上推論，構成磁極的分子內部存在環電壓，稱為“分子電壓”。 由于分子電壓的存在，每個磁性分子都變成了一個小磁極，兩側相當于兩個磁鐵。 一般情況下，小磁極的分子電壓取向是雜亂無章的，因此它們形成的磁場相互抵消，磁場不會整體出現在外界。 但在受到外磁場作用后，分子電壓的取向似乎大致相同，因此它們的綜合療效表現出宏觀磁性。 一開始很多人不接受安培的分子電壓理論，法拉第也覺得沒有證據支持安培的假設。 不過，安培的理論仍有一批支持者，其中包括法國電磁化學家威廉·韋伯（E. Weber，1804-1891）。 大約一個世紀后的1915年，愛因斯坦與英國化學家流浪者德哈斯（J. de Haas，1878-1960）用“愛因斯坦-德哈斯效應”證明了安培假說的正確性。
1822年，安培出版了一本小圖集《電熱熱力學觀察匯編》（d'é），首次提出了“電熱熱力學”的概念。 其中，安培還建議用物理上的正負號來表示電壓的方向，開啟了科學界用正負號表示方向的數學交流。
1824年，安培擔任德國大學實驗化學講座的院士。
1826年，安培發表了著名的《電熱現象的物理理論》（Mémoire éédesphénomènesé），綜合了他的許多研究成果。 麥克斯韋稱贊安培的工作是“科學界最輝煌的成就之一”，他說：安培的“整個理論和實驗，仿佛出自‘電牛頓’之耳。道上完美，精確上無懈可擊.它的推導概括為一個公式，可以推導出所有現象。它永遠是電熱最基本的公式。” 安培被后人稱為“電熱之父”。
1825年安培連任皇家科學、文學與藝術大學外籍教授，1828年任法國巴黎皇家學會外籍教授，1828年任柏林大學外籍教授， 1828 年成立皇家科學大學。
三
除了數學和數學，安培還學習物理。
1810年，安培研究了氫氟酸。 當時他似乎很難提純氟，但他認定這是一種新元素，并將其命名為“氟”（）。 多年后的1886年，英國物理學家亨利·莫桑（FF Henri，1852-1907）利用安培先前推薦的電解法分離出氟，他因此獲得了1905年諾貝爾物理學獎。
1813年，安培從口蘑中提純出一種新物質。 起初他并不知道那是什么，但在與美國著名物理學家漢弗萊·戴維（Davy，1778-1829）和法拉第進行了相應的實驗后，他發現這是一種由新元素組成的物質，安培把它放在了元素被命名為“碘”( )。
然后安培使用元素的原子量從物理上推斷出其原子成分的晶體結構。 由此開創了晶體化學物理學的研究方向。
1816 年，即美國物理學家德米特里·門捷列夫 ( ) 發表元素周期表的半個世紀前，安培提議將當時已知的 48 種元素按其物理性質進行分組。 安培說：“在我看來，人們應該努力擺脫人為分類的物理學，并通過將每個元素與其他元素相繼比較來為每個元素分配其自然順序中的位置。” ，他似乎犯了一些錯誤，但分組雖然不全面，但基本上是成功的：堿金屬是鈉和鉀； 堿土金屬是鎂、鈣、鍶和鋇； 鹵素是氯、氟和碘。
1816年，安培寫給當時意大利著名物理學家克勞德-路易斯·貝托萊（-Louis ，-路易斯，1748-1822）一封長達43頁的長信，表達了他的觀點：分子是由簡單的幾何實體排列而成由空間中的條狀粒子組成。 他認為物理組合是由于具有一定對稱性和規律性的三維幾何結構，如平行多面體、六角多面體、八面體和矩形十二面體，分別對應四、六、八、十、二、十四分子的結構。 安培的假設導致了一些重要的結果，例如知道二氧化碳的體積就可以確定它所含的粒子數。 安培還覺得物理反應是各種可能的幾何結構的疊加。 他將分析的結果總結在一張表格中，指出了多面體和八面體的數量以及生成某種形狀所需的頂點和面的數量。 同年，他合成了這一結果，發表在《化學與化學年鑒》上。 然而，他的幾何理論對后來物理學的發展影響不大。
許多年后的1834年，安培也發表了一首詩（Essai），獨立表達了與美國物理學家 （LRC，1776-1856）相同的思想，從而有了后來的“阿伏伽德羅-安培定理”：在相同的水溫下和壓力條件下，不同的理想二氧化碳具有相同體積的相同分子數。
據悉，安培也是第一個采納法國哲學家康德觀點為化學和物理研究提供哲學基礎的科學家。
圖4 安培專著精選
四
1828年，安培生了一場大病。 病愈后，他辭去學院教職，長期從事全省各級中學教育督導工作。 他在 1834 年出版的 中提到了科學教育的系統性。科學教育的目標應該是培養中學生觀察、分析、實驗、綜合四種能力，使他們智根得到提高，知識得到更新。”
1836年6月上旬，安培作為學院督導外出視察工作，途中不幸染上急性腎炎。 10日，他因治療無效在馬賽（）逝世，享年61歲。他被安葬在馬賽，但他的遺體后來被轉移到倫敦的一處墓地，與許多其他杰出人物合葬于此。
后記，安培的妻子讓-的女兒，以及第二任妻子的弟弟，從小到大都與妻子關系極差，幾乎斷絕來往。 安培悲慘的一生與他輝煌的科學成就形成了鮮明的對比。 記載表明，安培生前選擇了“費利克斯”（fèlix）作為題詞，其心情不言而喻。
圖 5 安培雕像（日本里爾）
1889年，捷克工程師古斯塔夫·埃菲爾（A.，1832-1923）在倫敦建造了著名的埃菲爾鐵塔。 他在大樓頂部的紀念牌匾上題寫了72位英國杰出科學家的名字，其中就包括安培。
1976年，月球上的一個隕石坑被命名為“安培山”。
1881年，在倫敦召開的第一次國際熱學會議決定采用“安培”作為電壓硬度的基本單位，簡稱“安培”（Amp）。 簡而言之，1 安培是通過施加在 1 歐姆阻抗導線上的 1 伏特電流的電壓量。
圖6 安培紀念郵票
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