К 1802 году Андре Амперу удалось получить первую официальную должность: он стал школьным учителем в небольшом городе Бург-ан-Брес. Там он жил отдельно от семьи, которую был вынужден оставить в Лионе. Жалованье учителя было небольшим, и Андре был вынужден подрабатывать уроками в частном пансионе. Тем не менее, он вновь серьезно занялся наукой. На заседании Лионской академии, а затем в своей вступительной лекции в Центральной школе Бург-ан-Бреса, Ампер высказал мысль о том, что в основе магнитных и электрических явлений лежат одни и те же принципы. Интересно, что на упомянутом заседании присутствовал Алессандро Вольта.
В том же 1802 году был опубликован первый научный труд Ампера «Соображения о математической теории игр», посвященный теории вероятности. Эта работа привлекла внимание Д’аламбера и Лапласа. Вскоре (в апреле 1803 года), благодаря их поддержке Ампер получил место преподавателя математики и астрономии во вновь открытом Лионском лицее. Казалось бы, теперь молодой ученый мог спокойно заниматься любимым делом и наслаждаться семейным счастьем. Но на Ампера обрушился еще один удар судьбы. В июле 1803 года умерла Жюлли. Оглушенный новым несчастьем и чувством вины за то, что не уделял должное внимание своей возлюбленной, Ампер вновь оказался на грани помешательства. И неизвестно, как сложилась бы его дальнейшая судьба, если бы не вмешательство Д’аламбера, который нашел ему место репетитора в Политехнической школе Парижа. Смена обстановки несколько помогла Амперу справиться с его горем. В Париже Андре быстро увлекся новой работой и новыми друзьями.
Как известно, благими намерениями выстлана дорога в ад. Друзья Ампера, желавшие отвлечь его от мрачных мыслей и устроить его семейную жизнь, познакомили Андре с 26-летней Жанной Франсуазой. В августе 1806 года Ампер женился на ней. Но брак оказался несчастливым, жена и ее родственники, по всей видимости, преследовали корыстные цели. Через два года, несмотря даже на рождение дочери, брак был расторгнут. В доме Андре поселились родственники Жанны, а доверчивый ученый оказался на улице с маленьким ребенком на руках.
Тем временем авторитет Ампера как ученого и преподавателя рос с каждым днем. В 1807 году он начал самостоятельно вести занятия, в 1809-м стал профессором высшей математики Политехнической школы, а в 1814-м – членом Академии наук. Также до 1810 года Ампер работал в Консультативном бюро искусств и ремесел, а с 1808 года и до конца своих дней выполнял обязанности главного инспектора университета. В 1824 году он был избран профессором Коллеж де Франс.
Что касается научных интересов Ампера, то они по-прежнему отличались разнообразием. Он публиковал математические работы по теории рядов, в 1816 году, изучая молекулярное строение газов, независимо от Авогадро открыл закон равенства молярных объемов различных газов. Что интересно, не занимался Ампер до поры до времени только изучением электрических явлений – областью науки, которой было суждено стать основой его будущей славы. Толчком к началу деятельности в этой области стали сообщения, сделанные Араго в Академии наук 4 и 11 сентября 1820 года. В них говорилось об открытии Хансом Кристианом Эрстедом магнитного действия электрического тока. Это явление заинтересовало Ампера, он отложил все дела и в своей небольшой квартире активно занялся исследованиями. Уже 18 и 25 сентября Ампер выступил на заседаниях Академии наук с отчетами о своих экспериментах, продемонстрировал некоторые из опытов и сделал вывод об электрической природе магнетизма. За две недели ученый фактически заложил основы нового раздела науки – электродинамики. До конца октября 1820 года он продолжал еженедельно выступать на заседаниях Академии, преподнося своим коллегам одно открытие за другим. Наверное, без большого преувеличения можно сказать, что Ампер создавал основные положения электродинамики быстрее, чем их сейчас изучают.
Результаты своих шестилетних исследований Ампер опубликовал в труде «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта». В этой книге он изложил знаменитый закон, носящий ныне его имя. При его выводе ученый воспользовался результатами очень простого эксперимента: он пропускал электрический ток через два прямых провода, лежащих бок о бок, и установил, что между ними возникает сила притяжения или отталкивания (в зависимости от направления тока). Конечно же, сделать это наблюдение было несложно. Но Ампер провел целый ряд точных измерений и установил, что сила взаимодействия между проводами прямо пропорциональна силам токов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. На основании этого закона Ампер также вывел формулы полученного эмпирически в 1820 году закона Био– Савара, определяющего напряженность магнитного поля, создаваемого электрическим током.
Одной из основных теоретических посылок Ампера, как мы уже писали выше, была гипотеза о том, что магнитные явления имеют только электрическую природу, то есть такого понятия, как магнитный заряд, не существует. До этого считалось, что электрические и магнитные явления существуют параллельно, проистекают по сходным законам и связаны только опосредованно. Например, опыты Эрстеда объяснялись так: под действием тока провод, по которому он протекает, намагничивается. В своих исследованиях Ампер много внимания уделял опытам с соленоидом (катушкой с током). Он показал, что его магнитное поле эквивалентно полю постоянного магнита. Но если все магнитные явления имеют электрическую природу, то как можно объяснить существование постоянных магнитов? Ампер, проявив фантастическую прозорливость, сделал очень точное предположение. Он выдвинул гипотезу о том, что постоянный магнетизм связан с тем, что существуют постоянные круговые токи, обтекающие частицы, из которых состоят магниты. Таким образом, Ампер создал модель атома как шарика, обтекаемого током (напомним, что это произошло задолго до открытия электронов). Помимо этих и многих других результатов и выводов, «Теория электродинамических явлений» содержала и терминологию нового раздела науки, которая в основном используется и поныне. Например, Ампер ввел такие понятия, как «электродинамика», «электростатика», «электродвижущая сила», «напряжение», «гальванометр», уже упомянутый «соленоид» и многие другие.
Помимо электродинамики, продолжал Ампер интересоваться и другими науками. Он занимался биологической систематикой, выдвигал и поддерживал эволюционные идеи, пытался систематизировать и классифицировать все современные ему научные знания. Ученый начал работать над большой книгой «Опыт философии наук, или Аналитическое изложение естественной классификации всех человеческих знаний». Первый том этой книги вышел в 1834 году. Второй остался незаконченным и уже после смерти отца был издан Жаном Жаком Ампером.
