Vývoj názorů na podstatu elektřiny (38)

Vývoj názorů na podstatu elektřiny (38)

Ing. Josef Heřman, CSc.

7.5 Amperova hypotéza elektrické podstaty magnetismu
Základem Amperovy elektrodynamiky jsou dva fundamentální poznatky:

• vzájemné silové působení dvou proudovodičů,
• ekvivalence sil působících na magnetku a na smyčku vytvořenou z proudovodiče.

Solenoid protékaný proudem se chová jako magnet, tedy jeho souhlasné póly se odpuzují a nesouhlasné se přitahují. Je-li solenoid volně zavěšen, stejně jako magnetická střelka kompasu se vlivem zemského magnetismu natočí ve směru geomagnetického poledníku (obr. 1). Zemský magnetismus tedy působí stejně na trvalý magnet i na proudovodič. Z toho vycházela smělá Amperova myšlenka, že Země je gigantický solenoid a geomagnetické jevy jsou vyvolány trvale obíhajícími elektrickými proudy. Jsou-li tedy elektrické proudy příčinou zemského magnetismu, analogicky jsou příčinou magnetismu i u permanentních magnetů. Je tudíž obecně příčinou magnetismu elektřina? Na tuto otázku Ampere prvně odpověděl roku 1821 v dopise holandskému fyzikovi Van Beckovi. Popsal v něm pokus se vzájemným působením dvou proudovodičových smyček. Z jeho výsledků došel ke sdělení: „Na základě tohoto pokusu jsem učinil závěr, že elektrické proudy, jejichž přítomnost kolem každé částice magnetu jsem již dříve předpokládal, existují i kolem těchto částic v železe, niklu i kobaltu ještě před zmagnetováním. Jelikož ale jsou směrovány do různých stran, nemohou vyvolat žádné vnější výsledné působení, poněvadž jedny z nich se snaží přitáhnout to, co druhé odpuzují...“ Takto se ve fyzice objevila hypotéza molekulárních proudů – jedna z překvapujících a tvůrčích vědeckých prognóz.

Zde je však třeba poznamenat, že základní Amperovu hypotézu o elektrickém původu magnetismu opravil jeho přítel, fyzik Agustin Jean Fresnel (obr. 2), právě představou o molekulárních magnetech. Byla založena na předpokladu, že kolem každé molekuly zmíněných kovů trvale obíhá elektrický proud, který indukuje své magnetické pole. V nezmagnetizovaném stavu se účinky těchto neuspořádaných elementárních magnetů navzájem ruší. Po magnetizaci se elementární magnety seřadí svými osami do téhož směru; účinky uvnitř se ruší a zbývají jen proudy na povrchu. To je analogie solenoidu protékaného proudem. Tato hypotéza, kterou Ampere propracoval, vysvětlovala, proč od sebe nelze oddělit severní a jižní pól magnetu. Je tomu tak proto, že jde o účinky jednoho a téhož elementárního proudu. V již citovaném dopise Ampere dále pokračoval: „Je-li tento názor správný, je možné očekávat vyvolání magnetismu do jistého stupně i u těch těles, které do této doby byly považovány za nezmanetizovatelné.“

Výčet jednotlivých položek Amperova přínosu vědě o elektřině a magnetismu však tímto nekončí. Kromě názvů elektrostatika a elektrodynamika, jimiž označil vědecké disciplíny nauky o elektřině, zavedl pojem elektrický proud a navrhl již zmiňovanou konvenci jeho směru. Ampere dále zformuloval pojem elektrického napětí: „Napětí je pozorováno, když se objevuje elektrodynamické působení mezi dvěma tělesy, které jsou po celém svém povrchu navzájem odděleny nevodiči... Proud vzniká tehdy, když je v obvodu vytvořeno vodivé spojení mezi tělesy...“ Zavedl rovněž pojmy severní a jižní pól magnetu, již citovaný název solenoid a pro měřicí přístroj založený na elektromagnetickém principu označení galvanometr.

Ampere se však zabýval i vlastní podstatou elektřiny. Uznával existenci éteru, jako všudypřítomné, dokonale pružné substance, která neklade odpor pohybu hmotných těles. Éter pokládal za kombinaci dvou navzájem nasycených elektrických fluid.

Účinkem galvanického článku se rozkládá na kladnou a zápornou elektřinu. Byl tedy přívržencem dualistické hypotézy. Odpuzování a přitahování proudovodičů Ampere spatřoval v rychlém pohybu elektrických fluid při současném rozkladu a regeneraci éteru. Jak již bylo uvedeno, jeho elektrodynamika je založena na představě okamžitého působení sil na dálku.

Ampere byl atomistou – vědeckým přívržencem atomové teorie hmoty Johna Daltona (obr. 3). Navrhl i svůj příspěvek k atomové teorii. Stejně jako Humphry Davy (1778–1829) a švédský chemik Jons Jacob Berzelius (1779–1848) považoval atom za částici hmoty svázanou s elektrickými náboji a navrhl model atomu v podobě kuličky obtékané elektrickým proudem. Tato dynamická představa se ve fyzice udržovala po dobu celého devatenáctého století a dožila se až modelu atomu Nielse Bohra (1885–1962).

7.6 Jiné Amperovy vědecké aktivity
Do roku 1820, kdy ho zcela ovládla věda o elektřině a magnetismu, se kromě již zmiňované matematiky, zabýval teorií světla a publikoval výsledky svého zkoumání lomu světla. Věnoval se též chemii – mj. vydal poprvé v dějinách vědy klasifikaci chemických prvků. Předmětem jeho vědeckého zájmu byla i biologie – zabýval se evolucí biologických druhů a v botanice vypracoval systematiku druhů rostlin. Amperova vědecká erudice mu umožňovala, více než komukoliv jinému, pronikat do hloubky nových jevů.

Ampere se intenzivně zajímal i o umění a filozofii. Psal básně, zejména v mládí, studoval jazykovědu a historii a po celý život se zabýval filozofií a klasifikací věd. Napsal množství filozofických esejů, v nichž se snažil smířit náboženskou víru s rozumem. Jako humanista a osvícenec hluboce uvažoval o spravedlivém společenském řádu a o postavení člověka v něm. Jeho myšlenky přispívaly k formulací idejí utopického socialismu.

Ke konci života začal pracovat na díle Pokus o filozofii věd, aneb analytický výklad přirozené klasifikace všech lidských poznatků. Dílo však nedokončil.

7.7 Amperův styl vědecké práce
Pro Amperův styl vědecké práce byl příznačný jeho osobní entuziasmus. Ačkoliv mnohdy šlo o brilantní záblesk jasnozřivosti, který horečnatě dovedl k závěru, vždy měl postup svých myšlenek a experimentů uspořádaný.

Ampere měl zvláštní sklon vytvářet hypotézy ad hoc – vůbec se např. nesnažil vysvětlit, proč by se měly molekuly chovat podle jeho hypotézy. Stačilo mu, že jeho elektrodynamický model molekuly vytváří noumenální základ pro elektrodynamické jevy.

Avšak takový postup Amperova vytváření teorií každý neakceptoval. Jeho prvním oponentem byl Michael Faraday (1791–1867). Ten, ač nebyl schopen sledovat matematické postupy, pociťoval, že struktura Amperovy teorie je založena na předpokladech, pro které nebyl jakýkoliv důkaz, i když jevovou stránku akceptoval. Ale i ve Francii bylo na „elektrodynamickou molekulu“ pohlíženo s podezřením – nicméně myšlenka s Amperem nezemřela. O několik let později byla akceptována Wilhelmem Weberem (1804–1890) a stala se základem jeho teorie elektromagnetismu.

Léta 1821 až 1825 byla nejplodnějším obdobím Amperova zkoumání elektrodynamiky. V tomto období vytvořil i svou teorii elektrodynamiky. Dosažené výsledky uveřejnil ve své největší práci v roce 1827: Mémoire sur la théorie mathématique des phénoménes électrodynamique, uniquement déduite de l"expérience (Memoár k teorii elektrodynamických jevů, odvozených výlučně z experimentů). Tato práce je někdy označována za Principia elektrodynamiky. V úvodu o své vědecké metodě sám napsal: „Zkoumat jevy a podle možnosti měnit jejich průvodní podmínky, přičemž je třeba tyto první práce provázet přesným měřením, stanovit obecné zákony založené zcela na pokusech a podle mého názoru bez ohledu na podstatu sil vyvolávající tyto jevy a z těchto zákonů matematicky vyjádřit síly a odvodit reprezentující vztah – to je cesta, po které šel Newton. Touto cestou šli obvykle ve Francii i učenci, kterým je fyzika v poslední době vděčna za své celkové úspěchy. Tímto jsem se řídil i já ve všem svém zkoumání elektrodynamických jevů.“

James Clerk Maxwell hodnotil Amperův vědecký styl takto: „Amperova metoda, třebaže má zdánlivě induktivní formu, nám nedovoluje vystopovat proces vytváření a rozvíjení myšlenek, kterými se řídil. Obtížně můžeme uvěřit, že Ampere skutečně objevil zákon vzájemného působení prostřednictvím jím popisovaných experimentů. Jsme nuceni vyslovit podezření, že – jak ostatně sám uvádí – zákon byl jím objeven pomocí nějakého procesu, který nám nezjevil, a že když byla vytvořena teorie, odstranil všechny stopy po lešení, s jehož pomocí byla budova teorie vybudována.“

Po roce 1827 Amperova vědecká aktivita rychle klesala. Byla to léta úzkosti a strachu o životní osudy jeho dětí, ale také o jeho zhoršující se zdraví. Ačkoliv příležitostně publikoval články, je zřejmé, že svou velkou vědeckou prací Mémoire sur la théorie... Ampere jako tvůrčí vědec skončil.

(pokračování)