導讀：
安德烈·瑪麗·安培（André-Marie Ampère）是第一個研究電動力學並發現電磁學的人。他將高等數學應用於電和磁現象，為麥克斯韋的電磁理論奠定了基礎。他因發明現代無磁針電流計的重要組成部分——無磁針而受到讚譽。他也是第一個確定兩條平行導線通電時如何產生相互作用的人。麥克斯韋將安培稱為“電學界的牛頓”。
安培從小便是一位貪婪的讀者，主要透過自學成長。他對科學的熱情為他帶來了無與倫比的榮譽和極少數人能達到的成就。他以精確計算電流流量而聞名。後來，為了紀念他的貢獻，安培被用作電流單位的名稱。他無疑是一位才華橫溢的知識分子，研究了多個學科。他在化學領域表現出色，併成功提出了元素的分類方法。他還在光折射理論方面做出了卓越的工作。總的來說，他的一生都致力於實驗、研究以及學習數學、物理、化學和這些科學的哲學。
2025年1月20日，是安培誕辰250週年紀念日。讓我們回到起點，回到他出生的那一天，追溯他的一生成就、經歷的磨難以及那個時代。
黃鑫 | 撰文
清華大學科學博物館 | 來源
在法國美麗的里昂市，一對年輕夫婦讓娜·安託瓦內特·薩爾西·德·蘇捷爾（Jeanne Antoinette Sarcey de Sutieres）和讓·雅克·安培（Jean-Jacques Ampère）於1775年1月20日欣喜地迎來了他們的男嬰安德烈·瑪麗·安培（André-Marie Ampère）的出生。讓·雅克·安培是一位成功的絲綢商人，在距離里昂10公里的波萊米厄（Poleymieux）擁有一座鄉間別墅，作為他們位於里昂的主要住所之外的家園。除了經營絲綢生意外，他還學習過法律，並擁有一座藏書豐富的圖書館，其中包括盧梭、狄德羅、讓·勒朗·達朗貝爾等人的著作。關於安培的母親知之甚少，只知道她是一位虔誠的基督徒，因此安培也在天主教信仰中成長。這一家人一年中的大部分時間都居住在里昂，只有在夏天時會遷往波萊米厄的鄉間別墅生活。
在年幼時，安培就展現出了數學方面的神童天賦。他用鵝卵石和麵包屑發明了獨特的方法來學習數字，令人歎為觀止。
他的父親讓·雅克·安培是一位盧梭思想的熱烈崇拜者。盧梭在其著作《愛彌兒》（Émile）中闡述了關於教育的理念，這些理念也成為讓·雅克·安培教育孩子的基礎。盧梭主張孩子應避免正式的學校教育，而應該追求“直接來源於自然的教育”。讓·雅克·安培將這些理念付諸實踐，他讓兒子在家中藏書豐富的圖書館中自學。那些啟迪人心的經典著作，如布封伯爵喬治-路易·勒克萊爾（Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon）的《自然史》（Histoire naturelle, générale et particulière，始於1749年），以及狄德羅和讓·勒朗·達朗貝爾編纂的《百科全書》（Encyclopédie，1751年至1772年間分卷出版），成為了安培的啟蒙老師。
隨著安培逐漸長大，他的父親決定長期居住在波萊米厄，以便安培能夠從大自然的美景中汲取所需的知識。
安培從未上過中學，但波萊米厄鄉間住宅鬱鬱蔥蔥的自然環境激發了他對知識的渴望。這裡是他進行智力追求的理想之地，他常常在樹林中漫步，沉醉於綠意盎然的自然風光，同時背誦詩歌。他對自然的美深深著迷，以至於他將自己視為浪漫主義形象的化身，認為大自然是人類情感的鏡子。多年後，安培將青春期在大自然懷抱中度過的歲月描述為他一生中最美好的時光。
除了大自然，他對父親藏書豐富的圖書館的便利使用也在他獲取科學、數學、哲學和文學知識的過程中起到了重要作用。安培廣泛閱讀了當時一些著名作家的著作，如讓·拉辛（Jean Racine）、弗朗索瓦·瑪麗·阿魯埃（Francois Marie Arouet，即著名的伏爾泰），以及古羅馬詩人維吉爾（Virgil）的經典詩作。他還對歷史和政治表現出濃厚的興趣，尤其是當時正在進行的美國獨立戰爭。在這場戰爭中，法國政府為美國士兵提供了軍事支援。這一政治衝突對安培的生活產生了巨大的影響，也解釋了他後來對法國大革命所持的複雜和爭議性態度。
除了古典詩歌和文學之外，安培在13歲時對科學產生了濃厚的興趣。在探索父親那座藏書豐富的圖書館時，安培偶然發現了多米尼克·弗朗索瓦·裡瓦爾（Dominique-Francois Rivard）撰寫的《數學元素概要》（Abrege des elements de mathematiques）以及讓·馬圖林·馬澤亞斯（Jean-Mathurin Mazeas）編寫的《算術、代數和幾何元素》（Elements d’arithmetique, d’algebre et de geometric）。當時年僅12歲的安培，沒有接受過正式教育，但他以非傳統的順序完成了算術、代數和幾何的學術學習。他完全掌握了所有關於數學中圓錐曲線分支的書籍和論文，並對讓·巴蒂斯特·德·拉夏佩爾（Jean-Baptiste de LaChapelle）的《圓錐曲線論》（Traite sur les sections coniques）以及吉約姆·德洛皮塔（Gillaume de L’Hopital）的《圓錐曲線分析論》（Traite analytique des sections coniques）的作品印象深刻。經過深入的研究和學習，他決定在圓錐曲線領域進行新的劃分。數學中的“圓錐曲線”（conic）是一個由圓錐與平面相交而形成的曲線。這位年輕的數學天才隨後在13歲時撰寫了他的第一篇數學論文，題為《小於半圓周的任意圓弧的校正》（Sur la rectification d’un arc quelconque de cercle plus petit que la demi-circonference）。
他的論文主要集中於解決如何構造一條與圓弧長度相等的直線這一複雜問題。他滿懷信心地將論文提交給里昂科學院（Academie de Lyon），但結果卻令他失望，因為論文未被髮表。科學院給出的原因是他在論文中使用了無窮小量（數學中用於求曲線切線的一部分方法），而非微積分，這使得他的論文被視為無價值。然而，儘管如此，科學院依然對年輕的安培在數學領域展現出的非凡才華感到震驚，並鼓勵他繼續深入研究。
安培無法理解微積分，這促使他的父親為他尋找一位合適的導師來教授這門學科。不久，他的父親找到了里昂三一學院（Le Collège de la Trinité）的達布隆教授（Professor Daburon），這位教授同時也是里昂的總學監（Inspector General des études）。達布隆教授被安培的聰明才智所震撼，並對這個年輕人憑藉自學就能深入鑽研數學和科學的熱情感到驚訝。他欣然接受了私下在波萊米厄安培家中指導他的邀請。同時，安培的父親每月陪同他前往裡昂，讓他參加三一學院科學教授約瑟夫·莫萊（Joseph Mollet）舉辦的講座。莫萊教授鼓勵安培閱讀科學著作，特別是盧梭的《植物學通訊》（Sur la Botanique）。兩位教授在培養和發展安培對科學和數學的熱情方面發揮了關鍵作用。
當安培16歲時，他已經深深沉浸於約瑟夫·拉格朗日（Joseph Lagrange）的著作《分析力學》（La Mécanique Analytique）的研究之中。然而，法國大革命徹底打破了他的生活。起初，波萊米厄所在的地區並未受到這場危機的直接影響，但到1791年7月底，這座小鎮被捲入了革命的漩渦之中。安培的父親被選為里昂的治安法官，但他拒絕服從位於巴黎的國民公會制定的法律法規。無辜的里昂市民對當局進行了反抗，而整個城市隨後被圍困。
安培對里昂遭受的非人道政治圍攻深感痛苦。經過數月的內戰，造成了大量生命和財產的破壞後，里昂最終被國民公會攻陷。災難降臨到安培的家庭，他的父親被指控犯有陰謀罪，並被判處死刑。這一事件讓安培無法言語，整個世界彷彿在他眼前崩塌。父親的死亡對安培的精神造成了毀滅性的打擊。
法國大革命給安培帶來了極大的創傷，以至於他遭受了精神崩潰。失去父親的深切悲痛和哀傷遠遠壓倒了他對閱讀和學術追求的熱情。在悲痛與憂鬱中，他經常在鄉間家園的樹林和山丘間漫無目的地徘徊。他開始寫詩，批判殘酷的政治現實，並從盧梭的《植物學通訊》中找到了一絲慰藉。
正是愛情在他的困境中拯救了他。是的，當安培遇見朱莉·卡隆（Julie Carron）時，他的生活煥發了新的光彩，他完全被她的美麗所傾倒。儘管朱莉起初覺得他笨拙、害羞且衣著不佳，但兩人最終在1799年結婚。
這對年輕的夫婦在里昂開始了他們的婚姻生活，很快安培意識到需要找到一份合適的工作。他22歲時在里昂開始了他的職業生涯，擔任數學家教。在短短兩年內，他成為了一位驕傲的父親，迎來了兒子小讓·雅克·安培（Jean Jacques Ampère）的出生，生活充滿了喜悅與幸福。他繼續從事教學工作，到25歲時，他被任命為布林格中央學校（Bourg Ecole Centrale）的物理和化學教授。
然而，就在此時，朱莉的健康狀況開始惡化，安培不得不將她和兒子留在波萊米厄，從而獨自前往布林格中央學校履職。
在布林格，安培大部分時間教授物理和化學，但他的真正興趣在於數學。經過深入的研究和學習，他撰寫了一篇關於機率論的論文，題為《數學博弈論》(Théorie Mathématique Des Jeux），並提交給了巴黎科學院（Paris Academie）。經過幾次修改和校正，這篇論文最終得以出版。到他28歲時，他開始研究“變分法”（Calculus of Variation）。在此期間，他結識了比他年長26歲的約瑟夫·德朗布林（Joseph Delambre），這位傑出的天文學家和數學家在拿破崙·波拿巴帝國中具有重要影響力。
隨著安培透過發表另一篇題為《數學博弈理論的思考》（Considerations Sur La Théorie Mathématique Du Jeu）的論文不斷推進他的研究工作，朱莉的健康狀況卻迅速惡化。這迫使年輕的安培不得不搬回里昂，而這得益於約瑟夫·德朗布林的幫助，他透過影響力使安培被任命為里昂中學（Lycee in Lyon）的一名數學家。然而，一切已經為時過晚，朱莉因病去世（具體原因不詳），留下了安培獨自撫養兒子小讓·雅克·安培的責任。妻子的去世讓安培感到深深的內疚，他後悔沒有與她共度更多的時光。為了擺脫這段痛苦的回憶，他決定離開里昂，搬到巴黎重新開始生活。
《數學博弈理論的思考》（Considerations Sur La Théorie Mathématique Du Jeu），1902
開始在巴黎重新生活的念頭為安培單調的生活帶來了一些慰藉。德朗布林再次發揮了關鍵作用，幫助安培獲得了巴黎綜合理工學院（École Polytechnique）分析學導師的職位。安培逐漸將德朗布林視為一位父親般的導師，因為德朗布林幫助他適應了巴黎的學術生活。隨著時間的推移，安培被晉升為諮詢局（Bureau Consultative des Arts et Manufacturers）的成員，隨後成為秘書，並最終擔任總學監（General Inspector of Studies），以及綜合理工學院的教師。
安培大部分時間都用來準備物理和化學課程的講義，同時作為學監，他還巡遊法國各地視察學術工作。他還在變分法領域進行研究，並向法國科學院（L’Académie des Sciences）的數學部門提交了一篇關於偏微分方程的論文。32歲時，他已獲得了一位數學教學專家和傑出研究數學家的聲譽。
大約在同一時間，他的個人生活發生了重大變化。1806年8月1日，安培與讓娜-弗朗索瓦絲·波託（Jeanne-Françoise Potot）結婚，這是他的第二段婚姻，但不幸的是，這段婚姻最終以失敗告終。婚後兩年內，二人的關係開始破裂，即使女兒阿爾賓（Albine）的出生也未能挽救這段婚姻。最終，這對夫婦尋求了法律分居，阿爾賓的監護權歸安培所有，此時他年僅34歲。
儘管如此，安培繼續前行。在數學領域展現出卓越才華之後，他決定將注意力轉向化學，尤其是元素分類的研究，並取得了成功。41歲時，他開始研究光的理論，並發表了一篇關於“光的折射”（Refraction of Light）的論文，進一步展示了他在多個領域的非凡能力。
隨著安培對光和電的興趣日益濃厚，他聽說了漢斯·克里斯蒂安·奧斯特（Hans Christian Oersted）關於電磁學的實驗，這極大地激發了他的靈感。他開始對電學進行深入研究，並取得了一項重要發現。他設計了一種獨特的儀器——電流計（galvanometer），用以精確測量電流的流量。這種儀器類似於指南針，在針周圍纏繞一根電線，並與電源（例如電池）相連。如果針發生偏轉，就表示有電流產生。電流越強，針的偏轉角度就越大。
在接下來的幾年裡，他繼續研究形而上學和電動力學，並在巴黎綜合理工學院得到了學生菲利克斯·薩瓦里（Felix Savary）的協助，將他的實驗結果整理成文件。安培的研究成果啟發了其他科學家，包括邁克爾·法拉第（Michael Faraday）、威廉·韋伯（Wilhelm Weber）和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋（James Clerk Maxwell），這些科學家隨後在電與磁的關係方面進行了許多實驗。
經過大量的努力和研究，安培提出了一種公式，用來計算電流引起的磁力，這一公式被稱為安培定律（Ampère’s Law）。定律指出，當電流透過兩條平行導線時，它們會在彼此之間產生磁場。如果電流方向相同，導線之間會相互吸引；如果電流方向相反，導線之間會相互排斥。安培迅速將他的研究提交給科學院，併為相關機構展示了多種磁效應和電效應的實驗。1827年，安培出版了他的鉅著《電動力學現象數學理論備忘錄：完全基於實驗推導》（Mémoire sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques uniquement déduite de l'experience）的著作，這本著作多次改名再版，也被翻譯成多種語言。
隨著時間的推移，安培被任命為法蘭西學院（Collège de France）的數學教師。在這裡，他享有自由，可以教授自己的研究成果和著作，而不受巴黎綜合理工學院課程大綱的限制。他的學生之一，來自巴黎綜合理工學院的約瑟夫·劉維爾（Joseph Liouville），在法蘭西學院協助安培整理了他的電動力學筆記。劉維爾後來也成為了一位傑出的數學家，為安培的研究貢獻了極大的支援。
安培的一生從未享受過真正幸福的家庭生活，一連串的悲劇接踵而至，給他的家庭生活蒙上了陰影。他與兒子小讓·雅克·安培的關係複雜，由於性格截然不同，父子間經常發生憤怒的爭執，甚至出現言語上的傷害。然而，他的兒子後來被證明是一位文學天才，並憑藉自己的努力成為一位享譽世界的歷史學家。安培的女兒嫁給了拿破崙軍隊的一名中尉，但這段婚姻卻以悲劇告終，因為她的丈夫是一個頑固不化的酒鬼。她最終離開了丈夫，回到父親身邊生活，而安培在波萊米厄的家再一次失去了平靜。幾年後，她的丈夫也加入了他們的家庭，安培因此不得不面對來自社會的諸多指責和批評，這使得他陷入了嚴重的抑鬱之中。
儘管健康狀況逐漸惡化，安培仍繼續擔任教師和總學監的職務，但頻繁的旅行讓他的身體不堪重負。即使到了61歲的高齡，身體虛弱的他仍被要求履行馬賽皇家學院（Collège Royal in Marseille）學監的職責。在抵達馬賽後，他的健康迅速惡化，經過初步的醫療檢查後，他被診斷出患有嚴重的肺部感染。他被建議臥床休養以度過餘生。在學院校長的公寓裡，他躺在床上，繼續閱讀歷史和哲學方面的論文。
1836年6月10日清晨，安培在孤獨中去世，遠離了他的家人和波萊米厄家的溫暖。只有幾位馬賽學院的教授和教育部的一些官員參加了他的葬禮，而其他的精英和社會名流選擇了無視這位偉大的天才的離世。安培曾提出了電磁學的定律，為他的祖國帶來了無上的榮耀，但卻未能得到應有的尊重。他被安葬在馬賽的聖查爾斯公墓（Saint Charles Cemetery）。30年後，他的遺體被遷往巴黎的蒙馬特公墓（Montmartre Cemetery），與他的兒子一同安葬。
“他熱愛人類；他質樸、善良而偉大。”——這是安培墓碑上的簡單墓誌銘。
安培是一個普通的人，他過著簡樸的生活，從不追求物質享受。科學是他的熱情所在，他的一生都奉獻給了科學的追求。儘管他從未獲得任何教育機構的正式學位，但這並未妨礙他對知識的無限渴求。書籍和自然是他最親密的朋友，他堅信知識是一個國家財富和繁榮的關鍵。不幸的是，在他生前，他的祖國並未充分認識到他在科學領域的無價貢獻。
在他去世近50年後，1889年，古斯塔夫·埃菲爾（Gustave Eiffel）建造了著名的埃菲爾鐵塔，並將安德烈·瑪麗·安培的名字刻在鐵塔基座的銘牌上，與其他71位法國傑出科學家一起銘刻於世。全球科學界都認可了他在電磁學領域的成就，並將“科學界的牛頓”這一榮譽稱號授予他。
參考資料：
https://www.nytimes.com/1986/11/25/science/ampere-letters-show-flowering-of-young-genius.html
本文 2025年01月20日 首發於微信公眾號《清華大學科學博物館》，賽先生獲授權轉載，圖片源於網路。
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