精心设计巧实验

电流强度是电学中的一个基本概念。很久以前，“韦伯”曾经作为电流强度的实用单位。直到1881年，巴黎第一届国际电气工程师会议才把这个实用单位改名为“安培”，这是与自学成功的伟大的物理学家、电磁学的奠基人之一——安培——在电学上的杰出贡献分不开的。

1775年1月22日，安德烈·安培（Andre Morie Ample，1775—1836年）生于法国里昂的一个富商家庭。安培从小记忆力惊人，尤其是在数学方面有非凡的天赋，在学校里数学成绩最好，13岁时就能理解有关圆锥曲线的原理。安培的父亲专门为他设立了一个家庭图书馆，购来各种各样的书籍供他阅读。安培从小就非常热爱自然科学，布封著的《自然史》和狄德罗主编的大百科全书，是他阅读的第一批书籍。这些书对安培日后走上科学研究道路有着非常深刻的启发和影响。安培又自学了欧几里得早期几何著作和数论的基本读物。22岁时，他在里昂图书管理员达比龙指导下学习了微积分，后来又自学了拉格朗日的《分析力学》。

正当安培如饥似渴孜孜不倦地学习科学知识时，法国资产阶级革命爆发了。安培的父亲被共和军怀疑为雅各宾党人，于1793年11月23日被送上了断头台。这个不幸犹如晴天霹雳，安培无法承受这个巨大打击，他只好退学了。没有了经济来源，安培靠为人补习来维持生计，1802年在布雷恩中央学校担任物理教师。几年当中，安培发表了有关或然率的数学论文，引起了当时法国科学界的注意。1805年，安培定居巴黎，1809年，到巴黎理工学院担任数学教授，以后又到法兰西学院担任教授。

安培通过刻苦自学，在数学上取得了一系列成就。他在1808年被委任为拿破仑时代建立的法国帝国大学总学监。这个重要职位在他之前只有另一位伟大的物理学家库伦曾经担任过。1814年，安培又当选为法国科学院院士。

在1820年以前，电和磁一直被当作互相独立的两个实体，电荷不能作用于磁体已成为一个公理，电和磁的相互作用似乎是不可能的。1820年4月，丹麦物理学家奥斯特做了一个实验，即电流能使附近的磁针旋转到与电流垂直的方向。安培随后也开始电磁方面的实验和研究，做了无数次实验。1820年9月18日，他去法国科学院表演了两根载流导线相互吸引或排斥的实验。实验表明：两根相互平行的导线若通以同向电流，它们就互相吸引；如通以反向电流，它们就互相排斥。这是一种电磁作用，因为一根载流导线周围产生磁场，这个磁场就立即作用于另一根载流导体。安培称这种电磁力为“电动力”，意思是由电流产生的动力。

1820年9月25日，安培又在科学院表演了另一项实验，用两根导线绕制的螺旋管，当它们都通电流时，它们就会产生排斥或互相吸引作用，犹如两根磁棒互相吸引那样。安培据此实验假定：磁棒中具有的螺旋管电流一样的绕磁轴旋转的电流。他由此得出这样一个结论：磁就是电流或运动的电粒子。1820年12月4日，安培建立了电磁学史上的第一条公式。人们为了纪念这位伟大物理学家的功绩，将电流强度的单位命名为“安培”，并一直沿用至今。他的电磁学理论是建立在电流之间的作用力即电动力的基础之上，安培把自己的理论称为“电动力学”，他是电动力学的奠基人。

由于安培在电磁学上的辉煌成就，1824年8月，他被任命为法兰西学院实验物理教授。这是这位在艰苦条件下自学成功的科学家所应得到的崇高荣誉。1827年，安培发表了论文《由实验唯一推导出电动力学现象的理论》，全面系统地总结了他的电磁学理论，标志着安培电动力学的诞生。这是电磁学史上第一部经典著作。从此，电学便在这个伟大的起点上迅速发展。半个世纪以后，英国著名物理学家麦克斯韦高度称赞安培是“电学中的牛顿”。他在《电化学和磁学专论》一书中这样说道：“安培为建立电流间的力学作用定律而进行的实验研究，在科学上是最辉煌的成就。整个理论和实验似乎是从‘电学中的牛顿’的大脑中跳跃出来的，曾在那里得到了全盘考虑和全副武装。它们是完善的，无懈可击的。它们总结在一个公式中（即安培公式），所有这些现象都可以从这个公式推导出来，这个公式将永远是电动力学的基本公式。”

安培因电磁学理论在数学上的完美和哲学思想方面与牛顿力学中的哲学思想的一致性，从而成为电磁学一代宗师。他之所以能够取得这样辉煌的成就，主要有以下3点因素。

1.安培具有顽强的意志。当他在从事电磁学研究时花费了巨大精力和心血，经历了无数次失败之后，他没有灰心，而是以更加严谨的科学态度和顽强的意志继续进行实验研究。为了明确磁针转动方向和电流方向的关系，他不知道熬过了多少个不眠之夜。直到有一次，他拿一根铁针放在一个线圈里，再把电流通到线圈上，这时出现了奇妙的现象：铁针带上了磁性。看似简单，安培却不知道耗费了多少心血。其中还包括安培克服两次婚姻的不幸，但这些都成为安培决心要成就事业的强大动力。即使在晚年，他的生活仍然不得安宁。儿子和女婿给他带来了许多麻烦，他常常为孩子们焦虑不安，身体慢慢垮掉。即使在这样不好的环境下，安培也未放弃自己的事业。对一个不幸的老人来说，没有顽强的意志是不可能的。

2.着迷忘我的精神。安培在学习和研究问题时，思想和精力都非常集中，甚至达到着迷忘我的程度。他怕别人打扰，就在自家门口上贴一张字条：“安培先生不在家。”这样，找他的人就少了。有一次，他正在家里聚精会神地思考一个问题，忽然想起什么就走出家门。一会儿回来看见自己所贴字条，他就说：“哦，安培先生不在家，我回去吧！”说完扭头就走。这就是安培专心致志最后取得成功的真实写照。

3.善于分析归纳。在安培研究电磁学之前，他是一个数学家。但他凭着一个科学家灵活机智的反应、超人的科学嗅觉，迅速而有效地转入物理领域。他从1820年得知奥斯特的实验起，于第二天就重复了奥斯特的实验，第七天就拿出了首篇论文，然后又迅速扩大战果，在短短的4个月时间里取得了多项惊人的成就。为了研究两电流之间互相作用的定量关系，他设计了4个小实验，每个实验确定一个方面的问题。他把实验结果综合起来分析，加上合理的科学的假设和数学归纳，就导出颇为复杂的安培定律公式，并善于从实验研究上升到理论的归纳总结。这些短暂而卓有成效的研究工作，突出地反映了安培敏捷的物理思想、勇敢的探索精神、高超的实验技术和杰出的数学水平。安培一系列重大成就大大推动了电磁学的发展，在从奥斯特发现电流磁效应到法拉第电磁感应定律（1831年）这中间的10年中，除了毕-沙-拉（即毕奥-沙伐尔-拉普拉斯定律）和欧姆定律以外，其他主要电磁学成果都是由安培做出的，这就为法拉第和麦克斯韦研究电磁学的工作打下了坚实的理论和实践基础。