Физика

Нобелевские лауреаты: Ханнес Альфвен

Вначале была плазма

Шведский физик Ханнес Альфвен

Stefaan Poedts/Pixabay/Science Source/Getty Images/Indicator.Ru

Как научно-популярная книжка по астрономии может привести к вершинам науки, как в нобелевской лекции поддеть «непонятных физиков» и куда нужно отправлять космические аппараты, рассказывает новый выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Ханнес Улоф Йеста Альфвен

Родился: 30 мая 1908 года, Норрчепинг, Швеция.

Умер: 2 апреля 1995 года, Стокгольм, Швеция.

Нобелевская премия по физике 1970 года (1/2 премии, вторую половину присудили Луи Неелю с отдельной формулировкой). Формулировка Нобелевского комитета: «За фундаментальные работы и открытия в магнитной гидродинамике и плодотворные приложения их в различных областях физики плазмы (for fundamental work and discoveries in magneto-hydrodynamics with fruitful applications in different parts of plasma physics)».

Норрчепинг — крупный промышленный центр примерно в 170 километрах от Стокгольма, город текстильной промышленности и одного из первых в Швеции трамваев. Через четыре года после исторического пуска трамвая в семье Иоханнеса Альфвена и его супруги Анны-Клары, в девичестве Романус, родился мальчик Ханнес. Он был первенцем в семье, через пять лет родилась сестра Анна-Мария, которая впоследствии стала библиотекарем.

Ратуша Норрчепинга

Нужно сказать, что семья у Ханнеса была весьма продвинутая. Помимо самих родителей, которые были врачами (отец очень тяготел к психиатрии), было еще множество дядей по отцовской и по материнской линии, которые проявили себя как минимум на общешведском уровне.

Хуго Альфвен

Наверное, самым знаменитым из них стал Хуго Альфвен, дядя со стороны отца, дирижер, скрипач и композитор, одинаково прославленный во всех этих номинациях. Его профиль красуется на Стокгольмской ратуше, хорошо знакомой всем участникам Нобелевской недели, а его произведение Midsommarvaka, то бишь «Торжество летнего солнцестояния», более известное под названием «Шведская рапсодия № 1», знакомо не только любителям классической музыки. После того как его аранжировал один из самых влиятельных гитаристов XX века, Чет Аткинс, основатель стиля фингерстайл, «Шведская рапсодия» вошла в репертуар многих гитаристов — часто уже под «авторством» Аткинса.

Midsommarvaka в исполнении Чета Аткинса

А ведь кроме этого были еще два брата отца, Эндре Альфвен, который одновременно был врачом и политическим радикалом, читавшим лекции рабочим, Геста Альфвен — агроном и астроном-любитель, годами ведший наблюдения яркости звезд, а также дяди со стороны матери, Карл Романус — адвокат и депутат парламента со стороны социал-демократической партии, и Антон Романус, ботаник.

Среднюю школу Ханнес окончил в родном городе и к тому времени уже четко понимал, что собирается заниматься наукой. По его словам, в науку его подтолкнули две вещи: популярная книга по астрономии легендарного Камиля Фламмариона и радиоприемник, который он собрал собственными руками. Однако поступать он, решивший посвятить свою жизнь физике, отправился не в Стокгольм, а в Уппсалу. Дело в том, что там преподавал и работал нобелевский лауреат по физике Карл Манне Георг Сигбан. И именно в Уппсалу стремились все шведские физики.

Главным достоинством Сигбана было то, что он позволял молодым ученым заниматься чем им хочется. И уже с ранних пор Альфвен занялся природой полярных сияний и солнечных пятен. Весьма быстро он понял, что всегда манивший его космос — это не вакуум, и он заполнен ионизированным газом, а значит, нужно заниматься физикой плазмы. Физикой движущихся заряженных частиц.

Рассматривая сложное движение заряженной частицы в магнитном поле, Альфвен ввел приближение, в котором это движение рассматривается как быстрое вращение частицы вокруг «ведущего центра», а он сам перемещается вдоль магнитных линий (магнитные силовые линии показывают направление поля в каждой точке; близость линий друг к другу отражает величину поля).

Этот принцип Альфвен применил для описания полярных сияний. Его расчеты показали, что частицы в магнитном поле Земли должны двигаться вдоль магнитных силовых линий, отражаясь от областей с повышенной напряженностью магнитного поля. Так появилась концепция магнитного зеркала (которая сейчас используется, кстати, в термоядерных реакторах).

В 1942 году, во время Второй мировой войны, ученый предсказал, что магнитные линии в плазме ведут себя подобно натянутой резине и могут передавать возмущения, во многом подобные волнам, распространяющимся по натянутым струнам. Он назвал этот эффект магнитогидродинамическими волнами.

Коллеги новшество Альфвена не приняли, поскольку оно разрушало современные им представления, согласно которым электромагнитные волны не способны глубоко проникать в электрический проводник (поэтому тогда от них экранировались металлическими листами). Поддержку Альфвену неожиданно оказал Энрико Ферми, а в 1949 году эти волны действительно нашли в жидком металле, а десятилетием позже — и в плазме.

Так постепенно формировалась магнитогидродинамическая теория, которая описывала очень много явлений — и в первую очередь то, что происходило в космосе. Многие предположения нашего героя подтвердились гораздо позже — например, существование слабых, но очень крупномасштабных полей в нашей Галактике.

Он же (и только исходя из физики плазмы!) показал, что пятна на Солнце — области интенсивного магнитного поля, а еще смог объяснить, как во время эволюции Солнечной системы почти весь импульс перешел к планетам.

Постепенно признание пришло к странному ученому, который не доверял компьютерам, но активно советовал отправлять в космос исследовательские станции. В 1970 году он получил Нобелевскую премию. На вручении Торстен Густафссон, член Шведской королевской академии наук, сказал: «Идеи Альфвена нашли широкое применение в астрофизической области, особенно при изучении той фазы развития Солнечной системы, когда образовались планеты и спутники». Так что половину Нобелевки 1970 года можно считать астрофизической.

Свою нобелевскую лекцию Альфвен тоже посвятил космосу, поддев квантовых физиков, когда заявил, что современные исследования космоса снова сделали физику понятной. Даже в лекции он сделал несколько пророческих заявлений: например, что после успеха американцев на Луне нужно особое внимание уделить не Венере с Марсом, а малым телам Солнечной системы, поскольку именно это позволит лучше понять тайну ее возникновения. Современные полеты к астероидам, кометам и телам пояса Койпера, а главное, их результаты как нельзя лучше иллюстрируют правоту Альфвена.

Именно чудесные явления ночного неба, наблюдаемые индийцами, шумерами или египтянами, стояли у истоков науки несколько тысячелетий назад. <…> И если ночное небо, на котором мы наблюдаем эти объекты, находится на северных широтах, над стенами этой аудитории, — возможно, над одним из маленьких островов, на которых расположен Стокгольм, — то, может быть, мы увидим в небе и полярное сияние, которое есть не что иное, как космическая плазма, напоминающая нам о том времени, когда из плазмы родился наш Мир. Ибо вначала была плазма.
Ханнес Альфвен
Нобелевская лекция

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.