НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ – 1970 ГОДИНА – ФИЗИКА – ХАНЕС АЛВЕН

Ханес Алвен (Hannes Alfvén)

30 май 1908 г. – 2 април 1995 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Луи Неел)

(За фундаменталните му работи и открития в магнитнатохидродинамика и за плодотворните техни приложения в различни области на физиката на плазмата.)

Ханес Улоф Йоста Алвен е роден в Норшапинг в семейството на Йоханес и Анна-Клара (Романус) Алвен. Двамата му родители са практикуващи лекари. Като завършва училище в Норшапинг, Алвен постъпва през 1926 г. в Упсалския университет, през 1934 г. получава докторска степен и остава в университета, където чете лекции по физика до 1937 г., когато започва да се занимава с изследователска работа в областта на физиката в Нобеловия институт в Стокхолм. Алвен заема поста на професор по теория на електричеството в Кралския технологичен институт в Стокхолм през 1940 г., на професор по електроника - през 1945 г. и на професор по физика на плазмата – през 1963 г. След четири години напуска Швеция отчасти заради разногласия с правителството по различни въпроси – от политиката в областта на образованието до разработването на ядрен реактор – и заема поста на професор в Калифорнийския университет, град Сан Диего.

Ранните изследвания на Алвен засягат природата на слънчевите петна и на полярните сияния. Тъй като температурата на Слънцето е много висока, то се състои от особена форма на материята, наречена плазма, която представлява газообразна смес от електрони, откъснали се от атомите и молекулите при високоенергетичните им сблъсъци, и заредени йони, също появили се в резултат от подобни сблъсъци. Звездите и по-голямата част от материята във Вселената се състоят от плазма; от плазма се състои и слънчевият вятър – поток от частици, които Слънцето излъчва. Когато тези частици попадат в магнитното поле на Земята, те се отблъскват към полюсите и при сблъсъка им с йоносферата се образуват полярните сияния. Алвен прави много пророчески открития в областта на физиката на плазмата, които изглеждат неочаквано и даже биват отхвърляни по онова време. Така например той посочва, че в плазмата съществува магнитно поле, свързано с потоците заредени частици в нея (електрическите токове) и че при определени условия това магнитно поле може да се окаже „замразено“ в плазмата (ако подобна плазма се движи, полето също се движи заедно с нея). За да се създадат такива условия, електропроводимостта в съчетание с други характеристики трябва да бъде достатъчно висока, а частиците трябва да са разположени близо една до друга, за да може сходството на сблъскване със съседните да предотвратява загубата на електрони.

Изследвайки сложното движение на заредените частици в магнитно поле, Алвен въвежда опростена апроксимация, в която движението се разглежда като бързо въртене на частиците около „водещ център“, който от своя страна се движи по магнитните линии (магнитните силови линии показват направлението на полето във всяка точка; близостта на линиите една до друга отразява величината на полето).

Алвен прилага този принцип при изследването на магнитните бури и полярните сияния, откривайки, че частиците в магнитното поле на Земята се движат по протежение на магнитните силови линии, отразявайки се от областите с повишено напрежение на магнитното поле. Понятието за подобно магнитно огледало се оказва доста полезно в работите върху контролирания термоядрен синтез, където се появява необходимостта да се изолира нажежената плазма, контактът с която би разрушил стените на всеки съд. Идеите на Алвен, макар и не винаги споделяни от другите учени, се оказват плодотворни при обяснението на такива явления като например радиационния пояс на Ван Алън (потоци от електрони, циркулиращи в магнитното поле на Земята) или намаляването на магнитното поле на Земята по време на магнитни бури. Още едно от ранните предположения на Алвен, потвърдило се по-късно, е съществуването на големи по мащаб слаби магнитни полета в Галактиката заради присъствието на даже малко количество плазмени полета, които влияят на движението на космическите лъчи.

През 1942 г. Алвен предсказва, че магнитните линии в плазмата имат поведението на обтегнат ластик и могат да предизвикват колебания, подобни много на тези, които възникват при опъването и пускането на струна на цигулка. Той нарича това явление магнитохидродинамични вълни. Тази идея противоречи на господстващата представа, според която електромагнитните вълни не са способни да проникват дълбоко в електрическия проводник. И наистина, използването на метални листи, за да се избегне подобно проникване, е обичайно по това време явление. Макар че теорията на Алвен не намира все още експериментални потвърждения, започва да печели признание и е подкрепена от Енрико Ферми, който слуша лекция на Алвен в Чикагския университет през 1948 г. В противовес на обществените очаквания вълните, които стават известни като вълни на Алвен, са открити в течен метал през 1949 г. и в плазма през 1959 г.

Вълните на Алвен помагат да се обяснят незначителните промени в магнитното поле на Земята и тясната връзка между магнитните смущения, разделени от големи разстояния, но свързани с геомагнитни линии.

През 1942 г. Алвен посочва също така как от гледна точка на еволюцията на Слънчевата система от плазмено състояние може да се обясни фактът, че почти целият ѝ импулс (произведението на масата и скоростта) се дължи на дела на планетите, а не на Слънцето. Много идеи на Алвен се появяват във връзка с изследването на слънчевите петна, за които той стига до извода, че са области на интензивни магнитни полета, втъкани в масата на Слънцето. През 1943 г., разглеждайки връзката между плазмата и нейното магнитно поле, Алвен обяснява защо слънчевите петна, които са по-студени (и следователно - по-плътни) от своето обкръжение, тъй като са по-тъмни от него, не потъват. Причината е в магнитното налягане, което противодейства на гравитационните сили.

Новата област от физиката, получила названието магнитохидродинамика, основите на която полага Алвен, се оказва важна не само за изследванията на термоядрения синтез, но и за разработки по такива теми като свръхзвуковите полети, ракетните двигатели и забавянето на скоростта на падане на кацащите космически апарати, макар че самият Алвен се интересува преди всичко от поведението на плазмата в звездите, а също така от междупланетното и междузвездното пространство. Сборникът му със съчинения „Космическа електродинамика“ („Сosmical Electrodynamics“, 1950 г.) оказва огромно влияние върху специалистите по астрофизика и по физика на плазмата. По-късните важни разработки на Алвен са посветени на образуването на Слънчевата система.

Загрижен теорията му да се основава твърдо на физически наблюдения, Алвен се бори дълго за използване на космически апарати за научни изследвания. По-специално той държи космическите апарати да се изпращат на астероидите и към кометите, а не на естествените спътници, предполагайки, че на големите тела информацията за първоначалните условия се е загубила почти напълно заради вътрешното смесване и повърхностната ерозия.

Привърженик първоначално на развитието на ядрената енергетика, Алвен започва по-късно да предупреждава за опасността, която носят ядрените инсталации. Обезпокоен от надпреварата за ядрено въоръжаване, той започва да участва активно в Пъгуошкото движение на учените.

Алвен се жени за Керстин Мария Ериксон през 1935 г.; семейството има пет деца. Освен научните си произведения Алвен пише научно-популярни книги, някои от които в съавторство със съпругата си. В книгата „Светове – антисветове: антиматерията в космологията“ („Worlds-Antiworlds: Antimatter in Cosmology“, 1965 г.) е изказано предположението, че Вселената вероятно се състои от равни по количество материя и антиматерия, предположение, което противоречи на много тогавашни теории. Под псевдонима Улоф Йохансон Алвен пише научно-фантастичния роман „Великият компютър: предвиждане“ („The Great Computer: A Vision“, 1968 г.), в който се описва как все повече усложняващите се компютри установяват контрол отначало върху правителствата, а след това върху цялото земно кълбо.

Алвен е първият астрофизик, получил Нобелова награда. Той е удостоен също така със златния медал на Кралското астрономично дружество в Лондон (1967 г.) и със златния медал Ломоносов на Академията на науките на СССР (1971 г.). Член е на Шведската кралска академия на науките, на Лондонското кралско дружество и на други академии.

Превод от руски: Павел Б. Николов