André-Marie Ampère

André-Marie Ampère (22. tammikuuta 1775 Lyon – 10. kesäkuuta 1836 Marseille) oli ranskalainen fyysikko ja matemaatikko, jota pidetään yleisesti yhtenä klassisen sähkömagnetismin alan perustajista ja joka tunnetaan Ampèren lain löytäjänä. SI-järjestelmän mukainen sähkövirran yksikkö ampeeri on nimetty hänen mukaansa.
Nuoruus.
André-Marie Ampère syntyi Lyonissa 22. tammikuuta 1775. Hänen isänsä Jean-Jacques Ampère oli menestynyt ja koulutettu kauppias. Hänen äitinsä oli Jeanne-Antoinette Desutieres-Sarcey. Lapsuutensa hän vietti Poleymieux-au-Mont-d’Orin kylässä lähellä Lyonia. Hän ei käynyt koulua, vaan hänen isänsä antoi hänen kehittyä oman tahtonsa mukaan. Isän mukaan hänellä ei ollut koskaan muita opettajia itsensä lisäksi. Ampère osoittautui varsin varhaiskypsäksi. Hänen isänsä alkoi opettaa hänelle latinaa, mutta huomattuaan pojan kiinnostuksen matematiikkaan, hankki hänelle alan kirjoja. Niiden tarjoaman tiedon opettelu ei vienyt kauan, joten isä vei hänet Lyonin kirjastoon etsimään Daniel Bernoullin ja Leonhard Eulerin kirjoja. Nämä olivat kuitenkin latinankielisiä, joten Ampèren oli palattava latinanopintoihin ja hankittava esitietoja differentiaali- ja integraalilaskennasta. Muutaman viikon kuluttua hän pystyi aloittamaan kirjojen tutkimisen. Hän opiskeli monipuolisesti mm. Comte de Buffonin luonnonhistoriaa, Racinea ja Voltairea, Clairaut’n algebraa, markiisi de l’Hospitalin oppikirjaa infinitesimaalikalkyylista. 13-vuotiaana hän kirjoitti Lyonin akatemialle julkaisematta jääneen tutkielman kartioleikkauksista ja vuotta myöhemmin opiskeli Jean le Rond d’Alembertin ja Denis Diderot’n Encyclopédien, 28-osaisen aikansa kattavimman tietosanakirjasarjan.
Vallankumouksen aikaan 1793 hänen isänsä muutti Lyoniin, koska arveli olevansa kaupungissa paremmassa turvassa. Valtion vastaisen Lyonin kapinan jälkeen hän kuitenkin päätyi epäsuosioon, ja hänet mestattiin. Herkälle 18-vuotiaalle Ampèrelle tämä oli järkytys, ja hän taantui ja hänen kiinnostuksensa tieteisiin laantui puoleksitoista vuodeksi. Rousseaun kasviopilliset kirjeet ja Horatiuksen runoteos herättivät hänet kuitenkin tutkimaan kasveja ja klassisia runoilijoita. Ampère meni 1799 naimisiin Julie Carronin kanssa. Liitosta syntyi poika, Jean-Jacques, josta kasvoi kuulu kielitieteilijä. Julie sairastui ja kuoli 1803 neljä vuotta häiden jälkeen. Ampèren toinen avioliitto vuonna 1806 osoittautui pettymykseksi ja päättyi jo seuraavana vuonna.
Opetusura.
Elättääkseen perheensä Ampère aloitti opetustyön. Aluksi hän antoi yksityisopetusta Lyonissa. Hän jätti 1801 perheensä ottaakseen vastaan fysiikan ja kemian oppituolin École Centralessa Bourg-en-Pressessa. Siellä hän kirjoitti 1802 artikkelin "Considérations sur la théorie mathématique du jeu”, joka herätti Jérôme Lalanden ja Jean-Baptiste Delambren huomion. Artikkelissa hän ratkaisee ongelman uhkapelaajan voittotodennäköisyyksistä ja samalla oman uravalintansa päätyen matematiikan pariin. Delambren, Joseph Lagrangen ja muiden avustuksella hän sai töitä Lyonista ja myöhemmin 1805 École Polytechniquesta Pariisista, jossa hän sai paikan analyysin lehtorina. Hän tutki matematiikkaa, fysiikkaa ja metafysiikkaa. Hän julkaisi artikkeleja differentiaalilaskennasta, käyristä ja useista muista matematiikan aiheista, kemiasta, valosta ja eläintieteestä.
Vuonna 1808 Ampère valittiin ylitarkastajaksi Université de Franceen ja seuraavana vuonna matemaattisen analyysin ja mekaniikan professoriksi École Polytechniqueen. Vuonna 1814 hänet valittiin Ranskan tiedeakatemian geometrian osastoon.
Työ sähkömagnetismin parissa.
Mahdollisuus käyttää jatkuvaa sähkövirtaa Voltan patsaiden avulla oli antanut sähkön ja magnetismin tutkimukselle uutta vauhtia. Syyskuun 11. päivänä 1820 Ampère oli tiedeakatemiassa kuulemassa esitelmää, jossa Genevestä palannut akateemikko kertoi tanskalaisen Hans Christian Ørstedin tuloksista. Sähkövirtaa kuljettavan johtimen oli näytetty kääntävän magneettista neulaa niin, että se asettuu suoraan kulmaan virran suunnan suhteen. Ampère aloitti välittömästi lisätutkimukset ja vain viikkoa myöhemmin, 18. päivänä, hän esitteli akatemialle omia tuloksiaan.
Ampèren tutkimukset osoittivat, että sähkövirta vaikuttaa magneettiseen neulaan ja kaksi sähkövirtaa vaikuttaa toisiinsa. Kaksi samansuuntaista, virtaa kuljettavaa johdinta vetävät toisiaan puoleensa, jos virrat kulkevat samaan suuntaan, ja hylkivät toisiaan, jos virrat kulkevat eri suuntiin. Hän näytti, että vapaasti pystyakselin ympäri kääntyvä kuparikäämi kääntyy pohjois-etelä -suuntaan kompassineulan tapaan virran kulkiessa läpi. Lisäksi kaksi vastaavaa käämiä vaikuttavat toisiinsa kuten kaksi sauvamagneettia. Tämä johti Ampèren ajattelemaan, että luonnollinen magnetismi johtuu kiertävästä sähkövirrasta magneettisissa kappaleissa. Hän kuvitteli, että jokainen molekyyli magneettista materiaalia sisältää itsensä sisällä pyörivän virran, esittäen näin pientä sähkömagneettia. Kun materiaali ei ole magnetisoitu, yksittäiset molekyylisähkömagneetit ovat suuntautuneet satunnaisesti eri suuntiin, ja nettovaikutus on nolla. Magnetisoiduissa kappaleissa molekyylimagneetit ovat ainakin osittain samansuuntaisia, aiheuttaen magneettisen vetovoiman tai hylkimisvoiman. Nämä näkemykset ovat täysin modernin fysiikan vahvistamat ja ne olivat aikaansa edellä. Ampèren aikalaiset suhtautuivat hänen teoriaansa avoimen skeptisesti. Keskeisin tuloksista tunnetaan Ampèren lakina.
Ampère ehdotti ensimmäisenä, että elektronien pyöriminen atomiydinten ympärillä vastaa sähköistä virtaa. Tämä on tärkeässä osassa Faradayn ilmiössä. Ampère rakensi ensimmäisen galvanometrin, joka mittaa sähkövirran suuruutta, perustuen sähkövirran aiheuttamaan magneettisen neulan poikkeumaan.
Ampère jatkoi kokeitaan ja julkaisi tuloksensa 1822. Vuonna 1830 hän muotoili ”matemaattisen teoriansa sähködynamiikan ilmiöistä”. Vuonna 1824 hänestä tuli fysiikan professori Collège de Franceen. Hänen työläs toimensa opettajana ja yliopiston ylitarkastajana veivät paljon aikaa, eikä hän kyennyt keskittymään haluamallaan tavalla tutkimustyöhön.
Muuta.
Koska Ampère oli ensimmäinen, joka muotoili selvästi ajatuksen sähkövirrasta varauksen liikkeenä johdinta pitkin, sähkövirran yksikkö nimettiin 1881 hänen kunniakseen. Yksi ampeeri määritellään virtana, joka kuljettaa 1 coulombin verran varausta sekunnissa johtimen poikkileikkauksen lävitse. James Maxwell kutsui Ampèrea kunnianimellä ”sähkön Newton”.
Ampère oli klassinen esimerkki hajamielisestä professorista. Kerrotaan, että luentojensa aikana hän usein niisti nenänsä liitutaulun pyyhkimiseen käytettävään riepuun ja että kerran kävellessään Pariisin kaduilla hän alkoi kirjoittaa liidulla hevoskärryihin ja kun ajuri lähti kulkemaan, Ampère juoksi perässä saadakseen kaavajohdoksensa valmiiksi. Napoleonin vieraillessa Pariisin akatemiassa Ampère ei tunnistanut häntä, ja saatuaan kutsun päivällisille palatsiin Ampère unohti saapua paikalle.
Koko ikänsä hän oli kiinnostunut uusista ajatuksista ja puuhaili filosofian, kemian (Avogadro-Ampèren laki 1811), matematiikan, fysiikan ja kasvitieteen parissa. Ampère oli vaatimaton, melankolinen, arka, hajamielinen ja rehellinen eikä lainkaan mustasukkainen tai saita. Hän kuoli 61-vuotiaana Marseillessa 10. kesäkuuta 1836 työmatkalla.