安培的故事
在巴黎的大街上,一個衣冠不整的人低耷著腦袋躑躅著．突然他抬起頭,發(fā)現(xiàn)前面有一塊黑板,不由喜上心頭,馬上從口袋里掏出一支粉筆,把腦中思索的問題寫下,計算起來．這塊黑板向后慢慢退去,這位計算者如此專心,一邊跟著向前,一邊繼續(xù)計算著．漸漸地,這塊黑板退得更快了,這位計算者也跟著跑起來了．馬路上的行人喧鬧起來,有人向他喊叫,有人拍手大笑,而他都沒有覺察到．最后,他實在跑不動了,氣喘吁吁地停了下來,抬眼一看才發(fā)現(xiàn),原來這不是什么黑板,而是一輛兩輪馬車,正揚著灰塵遠(yuǎn)去了．他望著車背上寫滿的數(shù)學(xué)公式漸漸消失,懊喪地嘆了一口氣：“唉!可惜沒有推導(dǎo)完．”這不是一個笑話,這人也不是瘋子,這個追趕馬車跑的故事,是著名數(shù)學(xué)家安培(圖3－12)的著名軼事．科學(xué)家在專心致志進行腦力勞動的時候,是會把整個世界都忘懷的．
安培1775年生于法國里昂．他從小就具有驚人的記憶力,幾乎可以過目不忘,尤其在數(shù)學(xué)方面具有非凡的天賦,13歲就能理解圓錐曲線的原理．可是,在法國大革命時期,他的父親被斬首．這一打擊不僅使年輕的安培精神痛苦,并導(dǎo)致家境貧窮,使他失學(xué)了．在彷徨中,他讀了哲學(xué)家盧梭的一本關(guān)于植物學(xué)的著作,它像火炬一樣重新燃起了他對科學(xué)的熱情．他振奮精神,刻苦自學(xué)．他不僅僅研究數(shù)學(xué)、物理、化學(xué),在心理學(xué)、倫理學(xué)方面也很有興趣．1805年,安培擔(dān)任巴黎法蘭西學(xué)院的物理教授．1814年,被選為法蘭西科學(xué)院院士．有一次拿破侖訪問科學(xué)院,安培正專心于自己的研究工作,只是淡漠地點點頭,原來安培并不認(rèn)識這位當(dāng)時威震全歐的顯赫的法蘭西皇帝．拿破侖發(fā)現(xiàn)后笑道：“哦,先生,一個人不經(jīng)常見到自己的同事多么不好．我也從來沒有在御花園里見到你．不過,我知道如何迫使你來,至少迫使你向我說一聲‘您好’!”于是他盛情邀請安培院士第二天到皇宮赴宴,安培充滿歉意地應(yīng)允了．可是,第二天,拿破侖在宴席上為他安排的座椅一直空著,安培早已把皇帝的邀請忘得一干二凈了．
然而,科學(xué)家對學(xué)術(shù)的感情就完全不同了． 1820年9月,安培參加法蘭西科學(xué)院一次例會．在這個例會上,經(jīng)常傳播科學(xué)成果的最新消息．這次,有位科學(xué)家介紹了丹麥科學(xué)家奧斯特關(guān)于電流周圍存在著磁場的發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場科學(xué)表演一下子把安培吸引住了．啊!奧斯特真像一位能干的馭手,駕馭著科學(xué)的馬車,跑到時代的前沿去了．會后,安培一回到家,就像在街上追趕那輛兩輪馬車一樣,追趕著科學(xué)的這一最新發(fā)現(xiàn),一連幾個星期廢寢忘食地研究著．也就在這幾個星期內(nèi),他取得了一生中最偉大的科學(xué)成就,他發(fā)現(xiàn)了：
①電流是由電荷沿著導(dǎo)線運動而產(chǎn)生的．這在當(dāng)時,當(dāng)然只是一種理論上的設(shè)想,但是為以后的各種實驗所證實了．由于安培第一個明確地提出了這一觀點,1881年國際會議正式?jīng)Q定用他的名字來做電流強度的單位．一安培是指每秒鐘通過導(dǎo)線橫截面的電量為一庫侖的電流．現(xiàn)在我們知道,一個安培的電流等于每秒鐘通過6.29×1018個電子．
②不僅電流對磁針有作用,而且兩個電流之間彼此也有作用．在兩根平行通電的導(dǎo)體中,如果電流方向相同,它們就互相吸引；如果電流方向相反,就互相排斥．進而安培指出了表示電流和電流所引起的磁場之間方向關(guān)系的準(zhǔn)則,這就是著名的后來以安培命名的安培定則——左手定則和右手定則．
③通有電流的圓形線圈具有和磁鐵一樣的性能：如果使它可以繞垂直軸自由旋轉(zhuǎn),它就像磁針一樣指著南北方向；如果兩個這樣的線圈接近,就會像磁棒一樣表現(xiàn)出相吸或相斥的作用來．從這個發(fā)現(xiàn)想下去,安培提出了著名的分子電流假說．
在建立電動力學(xué)的過程中,安培一直堅持把牛頓的全套方法用于電磁學(xué)研究．牛頓把萬物都劃分成一顆顆具有力學(xué)性質(zhì)的質(zhì)點,安培就把所有電流體和磁體都簡化為具有電動力學(xué)特征的電流元的集合；牛頓經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)和大量歸納觀察建立起萬有引力公式,安培也經(jīng)過同樣的步驟發(fā)現(xiàn)了電動力與距離平方成反比的規(guī)律；牛頓認(rèn)為無需考慮形成力的原因,安培的分子電流假說也同樣不涉及分子電流的起源問題．安培在創(chuàng)立電動力學(xué)時所走的每一步,都能反映出牛頓的思想和風(fēng)格,我們甚至可以從安培那里學(xué)到牛頓的思維方式和數(shù)學(xué)方法．
安培經(jīng)歷了由觀察到實驗,由實驗到建立數(shù)學(xué)模型,再到建立電動力學(xué)一般公式的過程,在這一長串過程中,他最強調(diào)的是實驗．他認(rèn)為實驗可以幫助他挑選出現(xiàn)象的基本因素,檢驗數(shù)學(xué)模型和簡化推導(dǎo)步驟并能驗證公式的正確性．他認(rèn)為這一整套方法是屬于牛頓的．因此,麥克斯韋稱安培為“電學(xué)中的牛頓”．
麥克斯韋在他的《論電和磁》中,對安培的工作給予了很高的評價,他寫道：“安培借以建立電流之間機械作用定律的實驗研究,是科學(xué)上最輝煌的成就之一．”“整個理論和實驗研究看來似乎是從這位‘電學(xué)中的牛頓’的頭腦中跳出來的,并且已經(jīng)成熟地完全裝備完了的,它在形式上是完整的,在準(zhǔn)確性方面是無懈可擊的．并且匯總成為一個必將永遠(yuǎn)是電動力學(xué)的基本公式的關(guān)系式,由此可以導(dǎo)出一切現(xiàn)象．安培不愧被稱為電動力學(xué)的創(chuàng)始人和奠基者．”