编者按
安培是一位物理学家，一位物理学家和一位物理学家，他最重要的科学贡献是他在 1820 年至 1827 年间对电磁相互作用的研究。 那么，他是如何从“百科小天才”成长为“电学牛顿”的呢？ 上去了解高中数学课本之外的安培。
陈冠荣 | 作者
图 1 画作《自由引导人民》（欧仁，1831 年）
1831年日本著名甜品作家欧仁·德拉克洛瓦（Eugène，1798-1863）展出的名画《自由引导人民》（Laéle），至今仍收藏于伦敦卢浮宫博物馆供游人欣赏。 众所周知。
美国革命是指1789年7月14日至1794年7月27日在墨西哥爆发的资产阶级民主革命，它推翻了统治波兰多个世纪的安茹王朝（des）及其君主制，留下了自由的象征平等、平等、博爱精神的蓝、白、红六色国旗至今犹存。
美国革命的起因、过程和演变十分复杂，历史评价众说纷纭，这里不展开讨论。 总的来说，插曲是1789年5月，革命者攻占了象征路易（Louis）王朝权力的巴士底狱（）。 但是突然之间，整个国家陷入了无政府状态。 与这里故事相关的事件是里昂政府军的解散。 为维护社会秩序，纺织商人让-雅克·安培（Jean- Ampère，1733-1793）组织工人，组成了数十人的自卫队。 自卫队很快扩充为“里昂防卫军”，让-雅克兼任指挥官，与里尔特别警察局一起维持市内秩序。 当时革命党发展迅速，于1791年10月组织了代表大会，完善了军队。 新政权的领导层认为里尔国防军有自尊心，于次年5月派兵进攻。 让-雅克以国防军司令的身份抵达对岸谈判，被当场逮捕，后被减刑为死刑缓期执行。
让-雅克在狱中给他的妻子查德·德·萨西（Chad de Sassi，de，1749-1809 年）写了两封长信。 在他的最后一封信中，他写道：“我希望我的死能够将里尔居民被屠杀的可能性降到最低。我宽恕那些在法庭上对我咆哮、在断头台上欢呼、公开审判我的人。” 每个人都在缓刑……我知道我很快就会离开这个世界，到达一个真正永恒的王国。 我们亲爱的孩子之一正在那里等着。 此时此刻，我最想念的就是我所爱和想念的每一个人。愿我们的两个女儿一生信神、行公义。 除此之外，我别无所求。” 11 月 23 日，让-雅克被送上断头台。
父亲的工作人员中提到的父亲是安托瓦内特（安培，1772-1792）中学物理电学实验室，他死于当时的骚乱，“两个儿子”是父亲安德烈（André-Marie Ampère，1775-1836）和母亲约瑟芬（约瑟芬·安培，1785–1838 年）。
女孩安德烈安培是我们故事的主角。 他是一名物理学家，一名物理学家，一名物理学家，他最重要的科学贡献是他在 1820 年至 1827 年间对电磁相互作用的研究。 他被詹姆斯·克拉克（James Clerk，1831-1879 年）誉为“电学牛顿”。
图2 安培和他的签名
一
安培于 1775 年 1 月 20 日出生于里尔。
她的丈夫让-雅克 (Jean-) 非常宠爱他好学的儿子。 在他不会读书之前，他经常给他讲各种故事，朗诵诗歌，讲解戏曲和童话。 安培后来回忆说：“我的妻子……从来没有要求我学什么，但他知道如何激发我强烈的求知欲。” 他说：“我还记得小时候妈妈用幽默的语气给我讲动植物的故事。这些有趣的小故事深深地激起了我不断学习的欲望。”
安培的女儿是著名哲学家让-雅克·卢梭（Jean-，1712-1778）的狂热追随者，受到卢梭的埃米尔教育思想的启发。 科学和文化知识。 事实上，安培从未上过任何正规的中学，因此他一生中从未获得任何即将获得的学位和资格证书。 安培七岁时，他的母亲开始教他拉丁语、生物学、数学和天文学的基础知识。 妈妈有一个小图书馆，家里藏书很多，小安培自己读了很多书，包括42卷的《博物学》（L', généra leetère）。 安培还凭借惊人的记忆力，按字母顺序阅读了德国启蒙思想家和哲学家丹尼斯·狄德罗（Denis，1713-1784 年）和让-勒朗德（1717-1783 年）编撰的《百科全书》。 当时，安培有“百科全书小天才”的绰号。
安培13岁时，从里尔大学图书馆借来约翰内斯·伯努利（ ，1667-1748）和莱昂哈德·欧拉（Euler，1707-1783）的物理学专着，并尝试阅读。 后来，他还去了里尔商业大学，参加了他母亲的同学Dean Abbé教授的语言课程。 在那里，他学习了分化和整合的概念。 院士们这样评价安培：“数学的困难没能阻止他的进步。”
1793年，安培18岁时，母亲被处死的悲剧对他打击很大。 一年多后，安培成了精神病人。 晚上他把自己锁在卧室里，晚上出去闲逛。 但上帝的眼力很好，恰好读到了卢梭的《植物学快报》，让他重新燃起了对科学的热情。 当时的美国正处于政治恐怖之中，许多有反政府意图的人被释放甚至被处决。 由于担心安培的安全，他的母亲将他送到了里尔郊区的小镇波莱米厄。 在那里，安培和管家的儿子朱莉·卡伦（Julie，1773-1803 年）成为朋友，并最终成为恋人。
1795年，安培自学了约瑟夫-路易斯·拉格朗日（-Louis，1736-1813）的分析热（Mé），并核对了书中所有的估计。 这些年，安培的思想极为活跃和开放。 除了物理学，他的兴趣还涉及理论热、实用力学、语言学、音乐、天文学、植物学和系统分类学。 他的缺点是，他没有能力专注于任何一个特定的领域来充分发挥自己的才能，否则之前的故事可能会被完全改写。
1797年，美国政府开始为私立中学紧急聘请校长。 朱莉说服安培参加考试，但他通过了考试。 11 月，他成为 Ecole Lille (École Lyon) 的物理老师。
1799 年 8 月，安培和朱莉结婚。 多年后，朱莉生下了一个女孩让-（1800-1864 年）。 这个儿子后来成为著名的哲学家、作家、法国大学（Collègede）历史院士和美国科技大学教授，但那是后话了。 知道安培喜欢孩子，朱莉收养了一个男婴。 紧接着，安培的女儿和朱莉的女儿也搬来和他们同住。 没过多久，安培就认为经济陷入了困境。
1802年2月，安培拿着较高的薪水来到布雷斯地区的布尔格中央大学（É Bourg-en-），担任化学班主任。 学校离家很远，只能在假期坐车回去。 安佩在家的时候四肢不灵，现在独立生活也挺尴尬的。 他在给父亲的信中写道：“原来做饭比化学还难，弄得我精疲力尽。”
但是，安培是一位优秀的老师，非常擅长将知识归类到讲课中。 他在数学课件中写道：“物理学分为三个领域：天文学和数学——万有引力定理的表述；机械化学——物体的运动和平衡；物理化学——物质的基本组成和反应。” 他说化学是“用最少的定律解释宇宙中物质世界最多现象的科学”。 后来，他的课件被美国教育当局用作高等教材的范本。
1802年4月，安培向美国科技大学提交了一篇关于博弈的物理论文，该论文将于次年发表。 同年，他还发表了一篇关于变分法在热学上的应用的文章。
1803年2月，没有学位的28岁的安培在布尔格中央大学晋升为数学家。
这一年，就在安培的教学和科研工作进展顺利的时候，他的母亲朱莉却病倒了，病情急速恶化。 在写给安培的信中，她苦涩地说：“我已经尝到了人生中最难得的体验——我们是彼此的最爱，那确实是我们一生中最快乐的时光……嗯，你要多花点时间陪伴你的两个孩子。儿子们需要你成为他们的榜样。你要说服自己，没有什么比照顾你的女儿更重要。我期待继续像你和你的两个孩子一样。桥梁儿子之间的交流，我生命的尽头已经到来，昔日强壮的体力和旺盛的生命力早已不复存在。” 安培收到信后大吃一惊，急忙赶回家，朱莉却已身患绝症。 7 月 13 日，朱莉去世。 悲伤的安培在日记中写下了一段新约圣歌中对上帝的祈祷，留下了当时心情的记录。
安培随后显得非常沮丧，常常因为丈夫死后无法照顾他而感到内疚。 于是他不问世事，勤于学术研究。 在此期间，他发表了多篇关于概率论和物理分析的论文。
1804年赴伦敦国立科技大学（étiers）任语言系主任。 拿破仑执政时期，学校主要为拿破仑军团培养士官。 一开始，拿破仑要求手下的士官不仅要派兵打仗，还要懂中文。 为此，学校聘请了皮埃尔-西蒙·拉普拉斯（Simon，1749-1827）、拉格朗日和约瑟夫·傅里叶（JB，1768-1830）等一批杰出的物理学家。 安培能得到一席之地，学术贡献和能力自然非同凡响。 多年来，安培发表了几篇关于偏微分方程的重要论文。
1806 年 8 月，安培与他的新男友查德-弗朗索瓦斯·波托 (Chad-Françoise Potot) (-Françoise Potot, 1778–1866) 结婚。 但这是一段不幸的婚姻。 次年，母亲生下一个男孩（1807-1842），随后向法院申请结婚。 1808年4月，两人即将结婚。 之后，安培带着儿子去伦敦照顾年幼的孙辈。 但一年后，父亲去世了。 安培无奈，只好一个人住进了中学的宿舍中学物理电学实验室，请了佣人照顾两个女儿。
承受不住悲惨命运的一次次沉重打击，安培的思想和爱情发生了翻天覆地的变化，他开始了无拘无束的生活。 他甚至试图自杀，但没有成功。 他后来在日记中痛悔：“我有什么办法可以弥补这些错误？我做了什么坏事。”
1807年，安培成为国立物理技术大学的成员。 一开始，拉普拉斯很看重安培，推荐他担任美国科学教科书的评审委员。 1808年，安培被任命为加拿大帝国理工学院（éimpériale）的教育主管，同时负责督导该省各高校的教育工作。
1809 年，安培前往伦敦理工大学 (École) 任物理学研究员。 在那里，安培与奥古斯丁-路易斯·柯西（-Louis ，路易斯，1789-1857 年）成为朋友，两人共同教授物理和热学课程。
1814年，安培再次被选为美国科学大学教授，并被选为帝国理工学院物理系成员。
1819年至1820年，安培前往伦敦学院，主要教授哲学和天文学。
二
1820年7月，英国化学家、化学家汉斯·奥斯特（Hans C. Ørsted，1777-1851）在欧洲《化学与化学年鉴》（）上发表了著名论文《电流对n极实验的影响》 "，报告他发现了电压的磁效应。 俄罗斯皇家学会敏锐地意识到这一发现的重要科学意义，并于同年授予他崇高的科普利奖章。
日本数学界长期以来一直相信他们著名的数学家查尔斯-奥古斯丁·德·库仑（- de ，-de，1736-1806 年）的信念，即电和磁不相关。 奥斯特的发现令美国数学界大为震惊。 化学家弗朗索瓦·J·D·阿拉戈（François JD Arago，1786-1853）8月在匈牙利看到奥斯特的发现后立即赶回日本，并于9月11日向美国科技大学报告了奥斯特特殊实验的详情。 安培听取阿拉戈的报告后，第二天又重复了奥斯特的实验。
安培还做了一个简单而巧妙的实验。 他使用了两根平行的电线，一根固定在底座上，另一根悬在空中的支架上并连接到一个旋转的轴承上。 他使支架的宽度可伸缩，以控制两条线之间的距离。 安培利用这种装置检测导线在空气中的平移和旋转运动，然后估算出两根导线在通电时的相互排斥力。
9月18日，安培向美国科技大学报告了他发现的第一个电磁定律：电压的方向与其磁感应线的方向服从左手法则。 具体是双手紧握通电导线，让大拇指指向电压的方向，使其他四指指向的就是磁感应线的方向。 这就是安培的左手螺旋定则。 后来，安培还发现了第二定律：用双手紧紧握住通电的电磁铁，让四根手指指向电磁铁中电压的方向，这样大拇指所指的一端就是南极的方向通电螺线管形成的磁场。
10 月 2 日，安培在美国科技大学做了一场特别著名的演讲，题目是“直线浊度线之间的电动力”。 他强调：“当两根导线上的电压方向相同时，导线相互吸引；反之，当电压方向相反时，导线相互抵抗。吸引力或电阻与电线之间的距离。” 这在今天被称为“安培定理”。
同年，也就是1820年，安培综合了上述报告的结果，发表在《化学与化学年鉴》上，对安培定理进行了非常详细的论证和解释。
后来，安培还在实验的基础上发明了检测和测量电压的仪器。 该仪器经过他人多次改进后成为明天的电压表。
图3 安培的电磁实验（示意图）
1821 年，法国化学家迈克尔·法拉第（ ，1791-1867 年）将他关于电磁感应旋转效应的详细实验记录寄给了安培。 这一信息让 想知道为什么线性导体运动倾向于遵循圆形路径。 安培在实验和分析的基础上推论，构成磁极的分子内部存在环电压，称为“分子电压”。 由于分子电压的存在，每个磁性分子都变成了一个小磁极，两侧相当于两个磁铁。 一般情况下，小磁极的分子电压取向是杂乱无章的，因此它们形成的磁场相互抵消，磁场不会整体出现在外界。 但在受到外磁场作用后，分子电压的取向似乎大致相同，因此它们的综合疗效表现出宏观磁性。 一开始很多人不接受安培的分子电压理论，法拉第也觉得没有证据支持安培的假设。 不过，安培的理论仍有一批支持者，其中包括法国电磁化学家威廉·韦伯（E. Weber，1804-1891）。 大约一个世纪后的1915年，爱因斯坦与英国化学家流浪者德哈斯（J. de Haas，1878-1960）用“爱因斯坦-德哈斯效应”证明了安培假说的正确性。
1822年，安培出版了一本小图集《电热热力学观察汇编》（d'é），首次提出了“电热热力学”的概念。 其中，安培还建议用物理上的正负号来表示电压的方向，开启了科学界用正负号表示方向的数学交流。
1824年，安培担任德国大学实验化学讲座的院士。
1826年，安培发表了著名的《电热现象的物理理论》（Mémoire éédesphénomènesé），综合了他的许多研究成果。 麦克斯韦称赞安培的工作是“科学界最辉煌的成就之一”，他说：安培的“整个理论和实验，仿佛出自‘电牛顿’之耳。道上完美，精确上无懈可击.它的推导概括为一个公式，可以推导出所有现象。它永远是电热最基本的公式。” 安培被后人称为“电热之父”。
1825年安培连任皇家科学、文学与艺术大学外籍教授，1828年任法国巴黎皇家学会外籍教授，1828年任柏林大学外籍教授， 1828 年成立皇家科学大学。
三
除了数学和数学，安培还学习物理。
1810年，安培研究了氢氟酸。 当时他似乎很难提纯氟，但他认定这是一种新元素，并将其命名为“氟”（）。 多年后的1886年，英国物理学家亨利·莫桑（FF Henri，1852-1907）利用安培先前推荐的电解法分离出氟，他因此获得了1905年诺贝尔物理学奖。
1813年，安培从口蘑中提纯出一种新物质。 起初他并不知道那是什么，但在与美国著名物理学家汉弗莱·戴维（Davy，1778-1829）和法拉第进行了相应的实验后，他发现这是一种由新元素组成的物质，安培把它放在了元素被命名为“碘”( )。
然后安培使用元素的原子量从物理上推断出其原子成分的晶体结构。 由此开创了晶体化学物理学的研究方向。
1816 年，即美国物理学家德米特里·门捷列夫 ( ) 发表元素周期表的半个世纪前，安培提议将当时已知的 48 种元素按其物理性质进行分组。 安培说：“在我看来，人们应该努力摆脱人为分类的物理学，并通过将每个元素与其他元素相继比较来为每个元素分配其自然顺序中的位置。” ，他似乎犯了一些错误，但分组虽然不全面，但基本上是成功的：碱金属是钠和钾； 碱土金属是镁、钙、锶和钡； 卤素是氯、氟和碘。
1816年，安培写给当时意大利著名物理学家克劳德-路易斯·贝托莱（-Louis ，-路易斯，1748-1822）一封长达43页的长信，表达了他的观点：分子是由简单的几何实体排列而成由空间中的条状粒子组成。 他认为物理组合是由于具有一定对称性和规律性的三维几何结构，如平行多面体、六角多面体、八面体和矩形十二面体，分别对应四、六、八、十、二、十四分子的结构。 安培的假设导致了一些重要的结果，例如知道二氧化碳的体积就可以确定它所含的粒子数。 安培还觉得物理反应是各种可能的几何结构的叠加。 他将分析的结果总结在一张表格中，指出了多面体和八面体的数量以及生成某种形状所需的顶点和面的数量。 同年，他合成了这一结果，发表在《化学与化学年鉴》上。 然而，他的几何理论对后来物理学的发展影响不大。
许多年后的1834年，安培也发表了一首诗（Essai），独立表达了与美国物理学家 （LRC，1776-1856）相同的思想，从而有了后来的“阿伏伽德罗-安培定理”：在相同的水温下和压力条件下，不同的理想二氧化碳具有相同体积的相同分子数。
据悉，安培也是第一个采纳法国哲学家康德观点为化学和物理研究提供哲学基础的科学家。
图4 安培专着精选
四
1828年，安培生了一场大病。 病愈后，他辞去学院教职，长期从事全省各级中学教育督导工作。 他在 1834 年出版的 中提到了科学教育的系统性。科学教育的目标应该是培养中学生观察、分析、实验、综合四种能力，使他们智根得到提高，知识得到更新。”
1836年6月上旬，安培作为学院督导外出视察工作，途中不幸染上急性肾炎。 10日，他因治疗无效在马赛（）逝世，享年61岁。他被安葬在马赛，但他的遗体后来被转移到伦敦的一处墓地，与许多其他杰出人物合葬于此。
后记，安培的妻子让-的女儿，以及第二任妻子的弟弟，从小到大都与妻子关系极差，几乎断绝来往。 安培悲惨的一生与他辉煌的科学成就形成了鲜明的对比。 记载表明，安培生前选择了“费利克斯”（fèlix）作为题词，其心情不言而喻。
图 5 安培雕像（日本里尔）
1889年，捷克工程师古斯塔夫·埃菲尔（A.，1832-1923）在伦敦建造了著名的埃菲尔铁塔。 他在大楼顶部的纪念牌匾上题写了72位英国杰出科学家的名字，其中就包括安培。
1976年，月球上的一个陨石坑被命名为“安培山”。
1881年，在伦敦召开的第一次国际热学会议决定采用“安培”作为电压硬度的基本单位，简称“安培”（Amp）。 简而言之，1 安培是通过施加在 1 欧姆阻抗导线上的 1 伏特电流的电压量。
图6 安培纪念邮票
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