Ампер. Классическая электродинамика

ГЛАВА 3 Вопрос пропорций

Интерес Ампера к химии возник во время его пребывания в Бурк-ан-Брессе и в первые парижские годы. Он сосредоточился на классификации известных элементов и изучении новых веществ. Хотя проведенные Ампером исследования заслуживают интереса, современники не приняли их, и Ампер оставил химию.

В «химический» период своей жизни ученый женился во второй раз.

В начале XIX века химия вызывала особый интерес научного сообщества. Это была совсем новая дисциплина, появившаяся благодаря научной революции. В XVIII веке алхимия утратила свои позиции и уступила место современной химии, не принимавшей такие странные понятия, как дух, эссенция и флогистон. А в конце столетия началась так называемая химическая революция: усилия ученых были направлены на максимально точное определение химических элементов, на открытие этих элементов и их классификацию.

В 1789 году химик Антуан Лоран де Лавуазье опубликовал свой «Элементарный курс химии» — исключительный труд в истории науки. Он сформулировал закон сохранения массы, необыкновенно ценный для изучения химических реакций. Ампер узнал об этом законе еще в детские годы в Лионе. Молодые ученые того времени начали развивать новую науку, но в химии царила путаница и настоящий хаос. Прежде всего необходимо было разработать систему химических обозначений. Ампер воспользовался плодами работы Лавуазье и его современников в области систематизации химической номенклатуры, которая не имела ничего общего с традициями алхимии. В 1787 году Лавуазье вместе с Луи Бернаром Гитон де Морво (1737-1816), Антуаном Франсуа де Фуркруа (1755— 1809) и Клодом Луи Бертолле (1748-1822) уже опубликовал

«Методы химической номенклатуры». Лавуазье оказал такое влияние на Ампера, что последний цитировал его так же часто, как и Коперника с Ньютоном. «Элементарный курс химии» поразил Ампера и своим содержанием, и структурой. Еще раз напомним, что Амперу с детства была свойственна страсть к классификации. Любая наука для него начиналась с классификации понятий.

Фундамент современной химии был заложен в начале XIX века. Теперь оставалось выстроить само здание. В то время химики, особенно французские и английские, записывая реакции, разработали систему обозначений соединений и веществ, которая становилась все популярнее. Прорыв в химии состоялся благодаря закону сохранения массы, открытому Лавуазье, а также благодаря трем другим стехиометрическим законам: закону эквивалентов (1792) немецкого ученого Иеремии Вениамина Рихтера (1762-1807), закону постоянства состава (1797) французского ученого, жившего в Испании, Жозефа Луи Пруста (1754-1826) и закону кратных отношений (1803) Джона Дальтона (1766-1844).

Антуан Лоран де Лавуазье (1743-1794) — вдохновитель революции в химии. Его жена, Мари Анн Пьеретта Польз (1758-1836), в свою очередь, считается матерью современной химии. Она сыграла первостепенную роль в работе супруга — именно она нарисовала эскизы приборов для опытов и дала объяснения этих экспериментов, необходимые для того, чтобы работа Лавуазье могла быть воспроизведена другими учеными. Кроме того, Лавуазье смог детально изучить теорию флогистона благодаря переводам с английского языка, которые выполнила Мари Анн. Самым важным вкладом Антуана де Лавуазье в науку является его закон сохранения массы:

Масса веществ, вступивших в химическую реакцию, равна массе веществ, образовавшихся во время реакции.

Ученый открыл, что вода состоит из кислорода, что кислород необходим для поддержания горения и что животные и растения потребляют кислород во время дыхания. Его самый известный труд —«Элементарный курс химии»(1789). Лавуазье определил элементы как простейшие вещества, которые не могут быть разложены никаким известным способом химического анализа. Он также написал доклад «О горении вообще»(1777) и «Общие размышления на тему природы кислоты»(1778). Несмотря на свои заслуги ученый закончил жизнь на гильотине 8 мая 1794 года. Приговор революционного трибунала опирался на деятельность ученого на посту откупщика, и произошло это спустя всего шесть месяцев после казни отца Ампера. Лагранж сказал о смерти Лавуазье:

«Палачу достаточно было мгновения, чтобы отрубить эту голову, но столетия будет мало, чтобы появилась вторая такая же».

Гравюра XVIII века, изображающая Мари Анн Пьеретту Польз (справа), помогающую своему мужу Лавуазье (перед ней) во время научного опыта, посвященного человеческому дыханию.

Научная атмосфера благоприятствовала возврату старых споров об атомизме. Именно в это время Дальтон сформулировал закон парциальных давлений, согласно которому давление смеси инертных газов равно сумме парциальных давлений ее компонентов. В то время исследования газов вели к утверждению мнения о существовании основных составляющих, присутствующих в любом веществе, — атомов. Между 1808 и 1810 годами Дальтон опубликовал «Новую систему химической философии». В 1827 году он дополнил этот труд второй частью. В своей работе британский ученый представил первую таблицу атомных масс известных элементов, рассчитанных через атомную массу водорода. К сожалению, в труде Дальтона был существенный недостаток: он полагал, что в соединениях содержится по одному атому каждого вещества.

Французский ученый Луи Жозеф Гей-Люссак (1778— 1850) в 1808 году сформулировал закон объемных отношений. Хотя нас всегда учили, что закон Гей-Люссака подтвердил закон Дальтона, ученые относились друг к другу критически. Дело было не только в британском происхождении Дальтона, но и в неприятии Гей-Люссаком атомизма, представленного в работах Бертолле. Совершенно неудивительно, что химическая гипотеза итальянского ученого Амедео Авогадро (1776— 1856) осталась незамеченной.

Авогадро ввел в химию понятие молекулы и, таким образом, исправил недостатки модели Дальтона и смог согласовать частицы и объемы Гей-Люссака. Вопреки важности этого открытия, его гипотеза получила признание спустя почти полвека: Авогадро выдвинул ее в 1811 году, а развитие она получила лишь в 1858 году в трудах итальянского химика Станислао Канниццаро (1826-1910). В 1814 году Ампер в своих собственных химических исследованиях пришел к тем же заключениям, что и Авогадро, однако они не были приняты учеными. Какой же была жизнь Ампера в те годы, когда он участвовал в захватывающей химической революции?

В 1804 году Ампер получил пост в Политехнической школе, а совсем скоро в результате реформы для такой должности стал необходим университетский диплом. Талант ученого был замечен только благодаря впечатлению, которое произвела на Академию наук его работа по теории игр. В предыдущей главе мы упоминали, что Ампер получил сначала должность репетитора в Политехнической школе, которая в чем-то схожа с должностью ассистента кафедры в современном вузе. У учеников Политехнической школы был профессор, который преподавал свою специальность (Ампер, например, позднее будет преподавать анализ), и репетитор. Репетитор не имел полномочий профессора, но был его ассистентом и наставником учеников.

Он должен был отвечать на их вопросы в процессе обучения.

Эту должность занимали самые молодые и наименее опытные члены университета, а должность профессора предлагалась ученым более почтенного возраста. Чтобы занимать в будущем более почетные должности, преподаватель должен был пройти через пост репетитора. Ампер стал профессором только в 1815 году и занимал эту должность до 1828 года.

Во времена Ампера Париж отчасти оставался средневековым городом. Значительная часть парижан жила в страшной нищете, в городе существовала примитивная канализационная система, а жестокая преступность была обычным делом.

По сравнению со средними доходами того времени можно предположить, что Ампер жил достаточно комфортно. Его первая зарплата составляла 1500 франков в месяц и в последующие годы выросла до пяти-шести тысяч франков. Холостяк мог безбедно прожить на 15 тысяч в год, а целая семья — примерно на 40 тысяч франков. Если бы Ампер не помогал материально другим членам своей семьи, он мог бы жить даже богато. Как видите, университетская должность означала не только признание, но и экономическую стабильность, в которой нуждается любой исследователь.

Моя жизнь — это череда одних и тех же событий.

Письмо Ампера Элизе Каррой, написано в конце июля 1805 года, вскоре после его переезда в Париж

На протяжении всей своей жизни Ампер стремился занимать различные административные посты и прикладывал все силы для сохранения или даже улучшения своего профессионального положения. Ученый выполнял множество обязанностей. В 1806 году Дежерандо собственноручно назначил его членом Консультационного бюро искусств и ремесел. В 1808 году Ампер стал инспектором императорского университета и быстро был повышен до генерального инспектора. В связи с этим ученый должен был много ездить летом по провинциям, инспектируя школы. Эти профессиональные обязанности не позволили ему заниматься образованием сына, а частые поездки подорвали его здоровье. Ампер провел серию лекций и занятий в Атенее искусств и Нормальной школе. В 1814 году он стал членом Академии наук, а через 10 лет — профессором физики в Коллеж де Франс.

Ампер быстро затосковал в Париже. Он почувствовал некоторое охлаждение к математике и впал в меланхолию, которая не оставляла его в течение первых 10 лет парижской жизни. Ученого преследовали воспоминания о родном городе, о революционных беспорядках, гибели отца и последовавшей за ней смерти жены, и все это сказалось на психологическом состоянии этого человека, и без того склонного к депрессиям.

В письме от 2 декабря 1804 года, сразу после переезда в Париж, Ампер с некоторым пренебрежением описывает Элизе Каррон одно событие, связанное с коронацией Наполеона:

«Расскажу тебе о событии этого дня. Я видел сегодня утром на углу площади Карусель, где Людовик XIV устраивал празднества, карету с папой, а затем и с Бонапартом, которые ехали в Собор Парижской Богоматери на коронацию. Присутствовало очень мало народу, было спокойно. Через час я видел, как возвращались французские военные, которые выстроились вдоль улицы. У одного из них я разглядел разодранный в клочья во время революционных войн флаг».

Ампер равнодушно отнесся к наполеоновским изменениям в системе образования. Любопытно, что он вообще не высказывал своего личного отношения к модели Наполеона, а просто адаптировался к ней.

У ученого не было близких друзей в Политехнической школе, однако он быстро установил тесные отношения с философами.

Директория была последней формой правительства Французской Революции. Наполеон Бонапарт (1769-1821) совершил 18 брюмера VII года (9 ноября 1799 года) государственный переворот, начав новый период истории Франции — Консульство. После стольких революционных лет и несмотря на все политические и социальные завоевания народ устал от кровопролития — этим и объясняется поддержка, которую оказали Наполеону большинство граждан и армия. 13 декабря 1799 года Наполеон представил Конституцию VII года, «основанную на истинных принципах представительной формы правления, священных правах собственности, на идеях равенства и свободы». Несмотря на то что одной из целей Революции было уничтожение монархии, 2 декабря 1804 года Наполеон был коронован. Церемония состоялась в соборе Парижской Богоматери, на ней присутствовал папа Пий VII (1742-1823). Когда папа собрался возложить золотую корону на голову Наполеона, тот взял ее из рук папы и сам надел себе на голову. Также была коронована императрица Жозефина. Мари Роз Жозефа Таше де ла Пажери (1763-1814) была первой женой Наполеона, с которой его связывал исключительно гражданский брак. Папа вынудил их венчаться во дворце Тюильри. Церемонию провел кардинал Жозеф Феш (1763-1839), дядя Наполеона по материнской линии, который стал архиепископом Лионским. Наполеон Бонапарт правил до 1815 года, а затем был сослан на остров Святой Елены.

Император Наполеон коронует себя. Гравюра. Жак-Луи Давид. Лувр, Париж.

Ампер вошел в группу интеллектуалов, окружавших Антуана Дестют де Траси (1754-1836) — ему мы обязаны изобретением слова «идеология» в 1801 году, которое быстро получило отрицательное значение. Равнодушие, если не отрицание религии создало в жизни Ампера пустоту, которую нужно было заполнить. Ученый искал в абстрактной метафизике и материалистической психологии основу, которая дала бы ему уверенность в жизни. И, похоже, он все же нашел утешение в философии: даже друзья заметили изменения в поведении Ампера. Бредан, встретившись с другом, когда тот приехал в Полемье, заметил, что Ампер изменился гораздо больше, чем можно было ожидать. Он начал серьезно интересоваться структурой научных знаний и даже внес свой вклад в философию науки. Но философскую деятельность Ампера мы рассмотрим в последней главе.

Легко можно представить, что первые месяцы в Париже Ампер провел в глубоком трауре. Повседневная жизнь приносила ему мало радостей, и страдания поглотили его. В первые парижские годы Ампер испытывал разочарование в связи с непривычной городской жизнью, отсутствием знакомств в профессиональной среде и неудачным вторым браком. Ампера с его второй женой познакомил Дежерандо. Он опекал своего друга после его переезда в Париж и ввел его в круги, которые могли быть полезными. Дежерандо был знаком с Жаном Батистом Пото, бывшим членом Лионской академии, который в то время жил в Париже с женой и дочерью 26 лет, Жанной Франсуазой Пото, или Женни. Ампер был представлен семье Пото осенью 1805 года. Ученый страстно увлекся молодой Женни. Его биограф Луи де Лоне сообщает, что это была буржуазная семья в самом плохом смысле слова. Ее члены были полны предрассудков, тщеславны, жаждали богатства и, кроме всего прочего, ничего не знали о науке. Словом, ценности семьи Пото были совершенно противоположны тем, которые Ампер впитал в детстве. К сожалению, ученый увлекся молодой Пото. Возможно, таким образом он утолял жажду привязанности, утраченную со смертью Жюли.

В прошлом году это был христианин; сегодня это только гений, великий человек!

Слова Луи Бредана об отходе Ампера от религии после отъезда из Лиона

Чтобы лучше понять этот период жизни Ампера, необходимо внимательно изучить его переписку с близкими людьми, особенно с Бреданом и Балланшем. Впервые о новой влюбленности он упоминает в письме, написанном в марте 1806 года философу Мену де Бирану (1766-1824):

«Мой друг, я много всего пережил после несчастья, постигшего меня три года назад. Я думал, что любовь никогда не возродится в моем сердце и оно никогда не испытает этих чувств. Это чувство заполнило меня с той поры, когда я имел счастье познакомиться с вами. Однако лишь я знал об этом секрете, и предвиденные мною препятствия событию, которое могло бы мне вернуть все, что я потерял, казавшиеся мне непреодолимыми препятствия вынудили меня навсегда похоронить эту тайну и заставляли меня избегать предмета этой страсти и заниматься лишь абстрактными идеями. Я не скажу вам, какие обстоятельства — почти чудесные — изменили этот приговор, как дружба г-на Дежерандо преодолела все препятствия, создала для меня должность в Консультативном бюро искусств и ремесел, в которое уже входили г-н Монгольфье, г-н Молар и г-н Гей-Люссак, но также принесла мне признание той, кого я любил».

Друзья вскоре догадались о чувствах Ампера, но некоторые из них боялись, что он путает истинную любовь и романтическую влюбленность. Свадьба была назначена на март 1806 года, но потом из-за различных обстоятельств была отложена на несколько месяцев, что даже вызывало недоумение друзей. В общем, близкие Ампера, узнав об этом счастливом событии, были несколько озадачены.

Задержка объяснялась неприемлемыми условиями, которые выдвинул зятю Жан-Батист Пото. В числе прочего ученый должен был погасить долг в 7200 франков за покупку мебели. Дежерандо пытался изменить контракт, но тщетно, и тогда Ампер от него отказался. Пото, опасаясь, что он откажется и от свадьбы, вызвал ученого к себе и сообщил ему о страданиях дочери, которая уже неделю отказывается от пищи. Это был самый настоящий шантаж. В результате Ампер согласился со всеми статьями контракта и подписал его 31 июля, несмотря на возражения Дежерандо. Свадьбу сыграли 1 августа, на ней присутствовали министр внутренних дел Шампаньи, начальник Политехнической школы генерал Лакюе, Лагранж и Деламбр. Мать Ампера на свадьбе не присутствовала, но в сентябре она написала сыну о своем желании «поскорее познакомиться с любимой Женни».

По условиям контракта супруги должны были жить с семьей Пото. Там, на улице Пуассоньер, они и поселились. Беды Ампера начались с брачной ночи: Женни сообщила Андре- Мари о своем нежелании иметь детей. Некоторые биографы утверждают, что она не испытывала никакого физического влечения к мужу, и это подтверждает мнение о том, что Пото устроили свадьбу исключительно из материальных соображений. Заявление Женни стало тяжелым ударом для человека, который хотел заново начать свою жизнь. Через два месяца после свадьбы жена Ампера все же забеременела. Узнав об этом, Женни решила ночевать в комнате матери. Ученый остался в одиночестве в маленькой комнатке на третьем этаже и видел жену только во время совместных трапез.

Из-за этой беременности родители Женни старались сделать жизнь зятя невыносимой. Они читали его письма, не пускали к нему гостей, и за семь месяцев его дом превратился в настоящую тюрьму. Ампер искал утешения в письмах к матери: «Разве ты не знаешь, что идеального счастья не существует?» — писал он в начале декабря 1806 года. Но главной проблемой было не презрение тестя и тещи, не душная, затхлая атмосфера их дома. Хуже всего было то, что жена отказывалась говорить с ученым и во время трапез ограничивалась кивками головой. Ампер описал ситуацию в нескольких строчках, адресованных Мену де Бирану в марте 1807 года:

«Еще одно более грустное признание заключается в том, что эта женщина дает мне все новые доказательства сухости ее сердца, ее отвращения по отношению ко мне, и я даже едва могу обвинить ее в той боли, которую она мне доставляет: по ее мнению, я безумец, сумасшедший, увлеченный смешными принципами...»

Между ноябрем 1806 года и июлем 1807 года Ампер жил в настоящем аду, будучи лишенным поддержки друзей и семьи, общения с ними. Мать убеждала его не уезжать из Парижа, чтобы не пожалеть об этом решении в будущем. Это много говорит о женщине, которой удалось обуздать материнский инстинкт ради будущего своего ребенка. Как писал отец Ампера перед казнью, для его сына не было ничего слишком невозможного. Чувство отверженности смешивалось с чувством вины. «У меня больше нет сил страдать», — писал Ампер Бредану. Он был на грани отчаяния и почти потерял надежду.

В июне Ампер покинул дом Пото и переехал в квартиру министерства внутренних дел, которую ему предоставил Шампаньи, где и жил в течение многих месяцев. Однако он сделал все, чтобы жена разделила с ним кров. Через два дня после переезда он написал отцу Женни, умоляя тестя позволить дочери жить с ним до рождения ребенка. Ампер послал лаконичное письмо и Женни, в котором нежно призывал ее к примирению:

«Будьте уверены, мадам, что во мне вы всегда найдете самые преданные супружеские чувства. Вы знаете: ничто не может помешать тому, что вы всегда будете предметом моей нежной привязанности».

Скорее всего, ответа он так и не получил. Похоже, что в июле 1807 году Ампер окончательно потерял надежду. Он писал Балланшу: «Очарованию конец». Шестого июля от консьержа в своей одинокой квартире на улице Гренелль-Сен- Жермен Ампер узнал о рождении дочери, Анн Жозефин Альбин. Не прошло и года со дня его женитьбы. В конце августа ученый ненадолго приехал в Лион, и родные места, казалось, дали ему новые силы для дальнейшей борьбы за свою семью. В ноябре он снова написал Женни, настаивая на совместной жизни. Он напоминал ей о предыдущем письме, которое осталось без ответа. В марте 1808 года Ампер предпринял еще одну попытку воссоединения, но на этот раз в письме были и легкие угрозы: ученый стремился сохранить брак хотя бы ради общего ребенка.

Из этих писем непонятно, насколько истинными были чувства Ампера к Женни. Его настойчивость могла быть связана с религиозной моралью. Суд был на стороне ученого, и в мае 1808 года вынес вердикт: жена и дочь должны жить с ним под одной крышей. Но этого Амперу было недостаточно — он искал ответных чувств, хотя и понимал, что надежды на это нет.

Пото подал апелляцию. В этот раз суд решил, что Женни не обязана жить вместе с мужем, но маленькая Альбин должна была остаться с отцом. Семья Пото лишилась права на опеку и должна была выплачивать 300 франков в год до достижения ребенком семи лет. Из-за религиозных убеждений супруги не стремились к разводу, но 11 июля 1808 года подписали полюбовный разъезд. Ампер убедил мать вместе с сестрой Жозефиной и его сыном Жан-Жаком переехать в Париж, в дом, который он купил в ноябре 1807 года. Этот дом располагался на улице Кассетт, под номером 22. Мать помогала ученому с двумя детьми, хотя ей самой к тому времени было больше 60 лет. Она умерла 4 мая 1809 года, и домашние хлопоты взяла на себя сестра Ампера. Этот период был наиболее плодотворным для исследователя в научном плане, хотя он не переставал сетовать на свою печальную судьбу.

...Мне остается лишь дружба. Пиши мне так часто, как сможешь, это мое единственное утешение...

Из письма Ампера Бредану, в котором он выражает грусть, вызванную смертью матери и безразличием друзей

Ампер не смог найти любовь, но попытался все же построить отношения еще с одной женщиной, о чем рассказывал Бредану. Мы не знаем имени той, «которая имела для него значение», известно лишь, что она была моложе Ампера. Он говорил о ее «верной дружбе», похоже, она поддерживала его с 1809 года, хотя в 1811 году вышла замуж за «ужасного лицемера». Ампер в то время погрузился в депрессию и писал лишь своим друзьям. Бредан в итоге признал: «Увы, он самый несчастный человек из всех, кого мне доводилось встречать».

Казалось, история с Женни ушла в прошлое, но спустя годы разлуки ученый вновь попытался воссоединиться с семьей. Впрочем, эта надежда быстро была разбита: Пото написал ему в марте 1813 года, что Женни забыла его. Женни Пото пыталась общаться с мужем, но встречала сопротивление сестры Ампера, которая оберегала брата,— об этом сам ученый писал своему другу Бредану. Мы мало знаем о том, как менялись отношения Женни и Ампера. Пото умер в октябре 1820 года, оставив дочери большое состояние. В это время Ампер занимался изучением электродинамики, которая изменит жизнь человечества.

Как мы видели, первые 10 лет жизни Ампера в Париже были полны страданий, главным образом связанных с чувствами. И неудачи в области химии лишь подпитывали уныние, которым полны его письма. Ампер был уже известен в Париже как математик, поэтому химики плохо отнеслись к его вторжению в их область, несправедливо считая ученого самозванцем.

После назначения на должность профессора в 1802 году в Буркан-Брессе интерес Ампера к «Элементарному курсу химии» Лавуазье не угас. Во вступительной речи он говорил об интересующих его аспектах химии: соединении и разложении веществ, соединении кислорода и горючих веществ, щелочных и кислотных реакциях. Напомним, что в Бурк-ан-Брессе ученый уже оборудовал небольшую лабораторию.

После переезда в Париж в 1804 году Ампер ненадолго прервал свои опыты и представил свои работы лишь в 1808 году. Его вдохновили исследования британского химика Гемфри Дэви (1778-1829), который использовал электролиз для выделения элементов из соединений. В 1807 году с помощью электролиза Дэви выделил калий из углекислого калия и натрий — из соды. Ампер узнал об этом научном открытии, поскольку Дэви сам сообщил о нем, и в ноябре 1810 года Ампер начал переписку с Дэви. Письма молодого и неопытного Ампера полны энтузиазма и изобретательности, тогда как в письмах Дэви на английском языке чувствуется сдержанность и настороженность. В первом письме Ампер любезно поздравляет британского ученого с полученными результатами и просит прощения за то, что позволил себе написать ему, не будучи лично знакомым. Из-за недоверия коллег Ампер был вынужден разделить с Дэви свое недавнее открытие:

«Позвольте мне дать третьему веществу, поддерживающему горение, название оксифторида».

Ампер говорил о возможности открытия нового вещества, фтора. Свойства этого нового элемента были схожи со свойствами хлора, поскольку кислота, образованная из фтора (HF, фтористоводородная кислота), была подобна хлористоводородной, или соляной, кислоте (НС1), которую Дэви разложил на водород и хлор. Если посмотреть на периодическую таблицу элементов, то фтор находится сразу над хлором, в колонке с галогенами, это означает, что их свойства очень схожи, в частности в том, что касается их способности образовывать соединения и вступать в кислотно-щелочные реакции. Дэви ответил Амперу через три месяца и назвал его подход «поучительным». Он проявлял в этом эпистолярном общении осторожность, обычную среди ученых того времени, особенно в тот период, когда открытие новых элементов имело важнейшее значение.

В 1813 году Дэви признал, что интуиция не подвела его французского коллегу. Сделал он это в письме, в котором также рассказал о том, как лишился глаза в результате опыта, подсказанного ему Ампером. В своей опубликованной работе Дэви рассказывал о том, что получил два письма от Ампера и что именно французский коллега предложил название флюорит (хотя на самом деле Ампер предложил ему название «фтор»). На этом дело и закончилось. Однако Дэви в последний триместр 1813 года был приглашен Наполеоном в Париж для получения премии Института — этот факт говорит о том значении, которое имела для Наполеона наука. Премия вручалась за работы последних лет в области электрохимии. Здесь Дэви лично познакомился с Ампером, а его ассистент, молодой Майкл Фарадей (1791-1867), скажет потом, что Дэви считал Ампера самым великим химиком Парижа. Однако члены Аркейльского общества считали Ампера математиком, для которого химия была лишь развлечением. Ампер вручил Дэви образец неизвестного вещества, которое француз Бернар Куртуа (1777-1838) получил из морских водорослей в 1811 году. Благодаря этому подарку Дэви открыл новый элемент, йод. Гей-Люссак сделал такое же открытие, но несколько позже, и ответственность за этот казус лежит на Ампере.

Аркёй находится на юге Парижа, примерно в пяти километрах от центра, в долине реки Марны. Раньше это был отдельный город, но сегодня он превратился в пригород столицы. Здесь жили Клод Луи Бертолле и Пьер Симон де Лаплас. Между 1806 и 1822 годами, обычно в летние выходные, они проводили в своих домах собрания ученых и основали Аркейльское общество, которое пользовалось поддержкой Наполеона Бонапарта (Лаплас, кстати, был экзаменатором будущего императора в военной школе в 1785 году). В 1807, 1809 и 1817 годах были опубликованы «Доклады по физике и химии Аркейльского общества». Список членов общества был коротким: Фридрих Генрих Александр фон Гумбольдт (1769- 1859), Луи Жак Тенар (1777-1857), Жозеф Луи Гей-Люссак (1778-1850), Жан-Батист Био (1774-1862), Огюстен Пирам Декандоль (1778-1841), Ипполит Виктор Колле-Дескотиль (1773-1815), Амеде Бартелеми Бертолле (1780-1810), Этьен Луи Малюс (1775-1812), Франсуа Араго (1786-1853), Жак-Этьен Берар (1779- 1869), Жан Антуан Шапталь (1756-1832), Пьер Луи Дюлонг (1785-1838) и Симеон Дени Пуассон (1781-1840). Ампер в Аркейльское общество никогда не входил.

Клод Луи Бертолле, основавший вместе с Лапласом Аркейльское общество. Гравюра, А. Руссо (автор эскиза) и Е. Томас (гравировщик).

Во второй половине 1811 года ив 1812 году Ампер переписывался практически только с Бреданом. Друзья обсуждали главным образом личные вопросы и немного — химию. В письмах Ампера слышна скорбь. Казалось, ничто не могло его утешить. Бредан напоминал другу о счастливом детстве, они говорили о книгах, Бредан рассказывал о немецких произведениях, которые собирался перевести.

Переписка Ампера с Ру, Бреданом, Пикте и Дэви свидетельствует о том, что 1813 год был насыщен исследованиями. Ученый часто упоминает работы Дэви, Гей-Люссака, Дальтона и Бертолле. В январе 1814 года Ампер был вынужден прервать свою работу в области химии из-за того, как он сам объяснял в письме к Дэви, что в Академии наук освободилось место после смерти Боссю. Однако в апреле того же года ученый публикует первую работу по химии в «Анналах химии»:

«Определение пропорций, в которых соединяются тела, согласно числу и относительному расположению молекул (действительных атомов), частицы которых (действительные молекулы) входят в состав соединения».

В феврале, после заседания в Институте, он рассказал Бредану о своем беспокойстве из-за того, что Луи Жак Тенар (1777-1857), химик, который работал с Гей-Люссаком и был членом Института, отклонил его работу:

«Я прочел свой доклад, и его заклеймили, даже не изучив. Тот из членов, кто должен был бы высказать мне самую преданную дружбу, поскольку я пожертвовал местом, которое могло бы дать сегодня мне средства к существованию, — ты знаешь, о ком я, — поставил мне в упрек, вплоть до оскорблений, мою переписку с Дэви, которую счел преступлением!»

Амперу была необходима поддержка парижских коллег, поэтому, долго не размышляя, он решил послать свой доклад Бертолле в виде открытого письма. В докладе на 43 страницах он защищал гипотезу, выдвинутую Авогадро в 1811 году: равные объемы разных газов имеют равное число частиц при одинаковых температуре и давлении. В сноске внизу страницы он писал, что узнал о работах Авогадро, когда уже закончил свое исследование. Как уже говорилось, эта гипотеза объединяла частицы Дальтона и объемы Гей-Люссака. На самом деле, согласно закону объемных отношений, при одинаковых температуре и давлении объемы веществ, вступающих в реакцию, и объемы полученных веществ относятся друг к другу как целые простые числа.

Ампер приводил в пример воду: два объема водорода в сочетании с одним объемом кислорода образуют два объема водяного пара, то есть, говоря словами Ампера, в результате соединения одной частицы кислорода с двумя частицами водорода образуется две частицы воды. Из этого ученый сделал вывод, что для получения частицы воды нужна реакция половины частицы кислорода и половины частицы водорода, поскольку кислород обладает двухатомной природой. Иными словами, чтобы не возникло противоречия между законом объемных отношений Гей-Люссака и атомной гипотезой Дальтона, необходимо принять, что некоторые элементы состоят более чем из одного атома.

В своем докладе Ампер использовал таблицу, содержавшую результаты изучения 23 многогранников, и предлагал ученым представить пропорции веществ, составляющих соединения, с помощью его геометрического исследования. В то время проводилось много опытов в области химии, хотя сама наука считалась в высшей степени теоретической: речь шла о поиске связи между теорией и результатами опытов. Добавим, что в тот же год Академия наук отклонила одно из исследований Ампера, в котором еще раз подтверждалась гипотеза Авогадро. Оно все же было опубликовано в «Анналах химии» в апреле 1815 года под названием «Доказательство открытого Мариоттом отношения между объемами газов и давлением, которое они испытывают при одинаковой температуре». И если современники плохо приняли этот труд, то позднее ученые отдали ему должное.

Из-за отсутствия интереса научного сообщества к его работам Ампер на несколько месяцев отошел от химии. Однако новый статус академика заставил его вернуться к этой науке, и в 1815 году он посвятил значительное время исследованию, которое представил в следующем году в «Анналах химии и физики» в нескольких частях под названием «Эссе о естественной классификации простых тел». Так еще раз проявилась его страсть к классификации. Ампер пытался применить критерии ботаники, известные ему с юности, к химии и таким образом выстроить естественную классификацию простых тел, или элементов. Для этого он использовал таблицу из 33 элементов, составленную Лавуазье в 1789 году.

В 1815 году Ампер составил список из 48 элементов, которые разделил на 15 видов (сопоставимых с группами современной периодической таблицы) в соответствии с их свойствами. Он разделил вещества по трем родам: газолиты, лейколиты и хроиколиты. Хотя ученый не делил вещества на металлы и неметаллы, он указал, что газолиты являются неметаллами, тогда как лейколиты и хроиколиты — металлы. Газолиты включают в себя пять видов, и их главное свойство заключается в том, что они являются газообразными веществами или веществами, способными образовывать газы. Лейколиты также разделены на пять видов, это элементы с низкой температурой плавления. Наконец, хроиколиты имеют высокую температуру плавления, они тоже разделены на пять видов. Ампер использует суффикс -ид, который в греческом языке означает «схожий с»; так, название «бориды» означает «схожие с бором».

В Париже Ампер продемонстрировал большой интерес к химии, вызванный исследованиями Гемфри Дэви.

В 1824 году Ампер был назначен профессором физики в Коллеж де Франс.

Портрет Авогадро, который в 1811 году предложил понятие молекулы. В 1814 году такую же гипотезу выдвинул Ампер.

В 1789 году Лавуазье опубликовал «Элементарный курс химии», который сыграл важную роль в созданной Ампером классификации 48 элементов, которую он осуществил в 1815 году.

В классификации элементов Ампера (см. таблицу на странице 84) есть много плюсов и минусов. Ему удалось точно классифицировать известные в то время галоидные соли, которые находятся в колонке 17 периодической классификации: фтор (F), хлор (Сl) и йод (I). Он также правильно объединил известные в то время элементы, образующие щелочи, то есть натрий (Na) и калий (F). За исключением бериллия, он правильно объединил щелочноземельные элементы: магний (Mg), кальций (Са), стронций (Sr) и барий (Ва). Многочисленные ошибки Ампера связаны с сегодняшней 11-й группой: медь (Сu), серебро (Ag) и золото (Аu) ученый отнес к трем разным видам и даже разным родам. Ампер также не слишком точен в группе кристаллогенов и пниктогенов, поскольку элементы этих групп отнесены к трем и четырем разным видам.

Но самая большая проблема классификации Ампера заключается не в том, насколько верно он объединил элементы в группы. Гораздо важнее то, что ученый не принимал во внимание атомную массу элементов, поэтому современники скептически относились к его работам. На самом деле в сегодняшней периодической таблице элементы объединены не только по их физико-химическим свойствам, но и на основе атомной массы. Предпосылки этой идеи возникли во времена Ампера. Немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер (1780-1849) сделал первый шаг в этом направлении. В 1816 году он заметил, что элементы можно объединять в тройки: центральный элемент будет обладать промежуточной атомной массой по отношению к двум соседним. Эта форма была названа триадами, и некоторые из этих триад таковы: хлор — бром — йод, кальций — стронций — барий, сера — селен — теллур, литий — натрий — калий. Как видно, в некоторых случаях интуиция не подвела Ампера: триада кальций — стронций — барий соответствует девятому виду классификации Ампера (кальциды), а два элемента (хлор и йод) триады хлор — бром — йод присутствуют в четвертом виде (хлориды), в нем нет брома, поскольку он был открыт лишь в 1826 году. Другие ученые, работавшие над классификацией элементов в XIX веке, последовали по пути, открытому Дёберейнером, и в 1869 году русский химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) опубликовал периодическую таблицу элементов, которая приводится в школьных учебниках.

Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака один объем (1V) кислорода при соединении с двумя объемами (2V) водорода образует два объема (2 V) воды, то есть вещества, вступающие в реакцию, и вещество, образовавшееся в ее результате, относятся друг к другу как простые числа (1:2:2). Версия Ампера была следующей: частица кислорода — двухатомная молекула в современной терминологии — соединяется с двумя частицами водорода — двумя молекулами в современном смысле, — в результате чего образуется две молекулы воды — две молекулы, состоящие из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

Ампер продолжал заниматься химией, хотя так и не заслужил признания современников. Однако в историю науки он вошел не из-за этих исследований. В 1816 году, после отклонения третьего доклада по химии, ученый решил оставить эту область знаний. Неудача, возможно, объясняется событиями, с которыми он столкнулся с 1820 года и которые изменили как исследования Ампера, так и всю его жизнь.

Эта таблица включает 48 элементов, известных во времена Ампера, остальные были вскоре открыты. На рисунке указан номер вида, присвоенный элементу Ампером, чтобы было видно, где он оказался прав и где ошибся.