Вопрос о взаимном действии проводника с током и магнита еще в начале XIX века интересовал ученых. Многие из них предпринимали различные попытки в этом направлении, но безрезультатно. В 1807 году профессор физики в Копенгагене Эрстед объявил о своем намерении исследовать действие электричества на магнитную стрелку. Но ему не скоро удалось разрешить эту проблему. Талантливый человек, но весьма плохой и неудачливый экспериментатор, он не мог хорошо обращаться с инструментами и приборами. Опыты, которые он демонстрировал на своих лекциях, обычно не удавались. Ему приходилось призывать на помощь либо ассистента, либо кого-нибудь из своих слушателей. В 1819–1820 году он читал курс лекций об «электричестве, гальванизме и магнетизме» и в который уж раз пытался найти ускользавшее от него явление взаимодействия, в существование которого он твердо верил, несмотря на все свои неудачи. Только в 1820 году, поместив магнитную стрелку параллельно проволоке, соединявшей два конца Вольтова столба, он заметил, что под влиянием тока, проходящего по проводнику, стрелка отклоняется от своего обычного направления — север — юг. Так было открыто взаимодействие между электричеством и магнетизмом. Эрстед был в восторге. Он опубликовал сообщение о своем открытии на латинском и основных европейских языках. Его сообщение называлось: «Опыты, относящиеся к действию электрического конфликта» (так он называл электрический ток) на магнитную стрелку. Подобно тому, как тоненькая струйка воды, просачиваясь через преграду, открывает путь мощному потоку, так и работа Эрстеда, который не сделал в этой области более ничего существенного и не дал никакой сколько-нибудь серьезной теории, открыла путь для целой лавины исследований, создавших современную электродинамику и электротехнику.
Одиннадцатого сентября 1820 года Араго воспроизвел опыт Эрстеда перед всеми членами физико-математического отделения Французского института. «Господа, — обратился Араго к своим коллегам, — профессору в Копенгагене Эрстеду удалось сделать прекрасное открытие. Казалось, что нет ничего общего между флюидом электрическим и магнитным. Никакие соприкосновения заряженных и намагниченных тел, никакие попытки зарядить магнит или намагнитить заряженный шар не давали результата. Только благодаря замечательному открытию гениального Вольта, которого мы имеем честь считать в числе восьми иностранных членов нашей Академии, стало возможным установление взаимного действия электрического и магнитного флюидов. Гальванизм Вольтова столба заставил магнитную стрелку, которая с непреклонностью обращает одно свое острие на север, а другое на юг, отклониться от этого положения. И без всякого касания! Так же как сила притяжения солнца неизменно влечет к себе планеты через бездны мирового пространства, так и Вольтов столб, концы которого соединены металлической проволокой, отклоняет магнитную стрелку без всякого посредства каких-либо агентов, без всякой промежуточной среды. Ибо и в воздухе, и под колоколом воздушного насоса действие это остается неизменным. Это замечательное открытие чревато такими последствиями, которые сейчас еще не в состоянии предусмотреть пытливый, но ограниченный человеческий ум».
И перед затихшей аудиторией величайших ученых Франции Араго демонстрирует опыт Эрстеда. Он объясняет схему и устройство частей прибора, расположение их и, наконец, замкнув цепь, показывает как мгновенно отбрасывается магнитная стрелка. Внимательно слушает и острыми старческими глазами наблюдает корифей французской науки великий Лаплас. Сосредоточенно думает, перекатывая желваки щек, Лежандр. Нервно подергивается весь ушедший в наблюдение, забывший обо всем Био. Спокойными глазами много познавшего человека глядит Деламбр. Качает тяжелой, слегка наклоненной вперед головой, Пауссон, мысленно оценивая значение этого открытия. Поправляет очки близорукий Ампер, с напряженным вниманием слушающий Араго и словно ощупывающий глазами приборы. Тихо в зале. И когда Араго кончает демонстрацию и объявляется перерыв, в кулуарах начинается оживленный обмен мнений по поводу этого замечательного события в истории науки. Единодушны в том, что открываются блестящие перспективы, расходятся в оценке конкретных путей дальнейшего исследования. Горячится позабывший о своих вчерашних математических заботах Ампер. Как это близко ему! Как это открытие перекликается с его занятиями в Бурге, с его общим взглядом на физику!
Возбужденный, в приподнятом настроении спешит он домой. Какое замечательное открытие сделал этот датский профессор! Какие перспективы открываются перед учеными: новая область механических действий гальванизма на магниты! Сколь многообразны силы природы и в то же время насколько тесно они связаны между собою простыми и сложными взаимодействиями. Пытливый ум человека постепенно открывает их законы. А каков закон открытого Эрстедом явления? От каких обстоятельств и условий зависит сила действия гальванического электричества на магнит? Как зависит эта сила от расстояния? Ведь гениальнейший Ньютон, выразивший в едином законе бег планет и падение камня, установил, что сила тяготения, которая вызывает все эти явления, обратно пропорциональна квадрату расстояния между тяготеющими телами. А великий Кулон, гордость французской науки, изучивший как законы взаимодействия покоящихся электрических зарядов, так и магнитных тел, — он также нашел, что сила, с которой, например, притягиваются два разноименных электрических заряда, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Но и сила действия магнитов друг на друга подчинена все той же обратной зависимости от квадрата расстояния. Видимо, важнейшие силы природы таковы, что при увеличении расстояния вдвое — сила падает вчетверо. А может быть, и вновь открытая сила взаимодействия, наблюдаемая в опыте Эрстеда, повинуется этому же закону? А может быть, более сложному? Вот новое поле для исследования и размышления.
Но как пуститься в эту неизведанную область? Где найти надежного проводника, который указал бы правильный путь для размышления, предохранил бы от ошибок, наметил бы основные соотношения? Этот проводник, конечно, существует; он вел Ньютона к его замечательным открытиям, при его помощи Кулон установил свои, великолепные по простоте и ясности, законы. Этот проводник— опыт. Только опытное исследование дает твердую базу для построения теории новой части физики. Разве не говорит Ньютон, что «в опытной физике положения, выведенные из совершающихся явлений помощью наведения… должны быть почитаемы за верные или в точности, или приближенно…»
Но пока у нас имеется всего лишь один опыт. Этого слишком мало для каких-либо выводов. Надо умножить число опытных данных, подобрать их так, чтобы они открыли путь к разработке теории. Прежде всего — за эксперименты! Бросить временно свои обычные занятия и попробовать силы в таинственной еще области, завесу над которой лишь приподняло открытие Эрстэда.
Так размышлял Ампер по дороге домой и еще долгие часы в раздумье ходил из угла в угол в своем кабинете. И вот, решение принято. Снова после большого перерыва Ампер возвращается к физике. Ему сорок пять лет, он устал от неудачливой жизни, от постоянных материальных забот, но сколько еще живости, силы и блеска таится в уме этого странного, на взгляд современников, человека! И он еще покажет, что стоит действительно на две головы выше их.
Для Ампера начался тот восьмилетний период, который по праву можно назвать годами электродинамики.
Ближайший день Ампер потратил на то, чтобы обзавестись всем необходимым для задуманных им исследований. Несложно было тогда оборудование электрических и магнитных опытов. Источником тока служил Вольтов столб. Другого не было. Источник этот был слабый; его пытались усилить, увеличивая число металлических пластин. Но он имел еще один крупный недостаток; сила тока все время колебалась, постепенно падая. Приборов же для ее измерения еще не существовало. С этой трудностью Ампер столкнулся сразу. Медные проволоки были лишены той изоляции, в которой мы их привыкли видеть. Схемы включения и выключения отсутствовали. Вместо контактных зажимов употреблялись металлические чашечки с налитой в них ртутью, в которую погружались концы проводников. Но простота оборудования и аппаратуры облегчала постановку эксперимента «на дому».