Hannes Alfvén

Hannes Alfvén
Hannes Alfvén (1908-1995)

Hannes Olof Gösta Alfvén (1908. május 30. Norrköping, Svédország – 1995. április 2. Djursholm, Svédország) svéd tudós, akit a plazmafizika atyjaként tartanak számon.  Számos földfelszíni és kozmikus plazmával kapcsolatos kutatást folytatott és felfedezést tett, melynek nem minden részét ismerik el szélesebb körben. 1970-ben elnyerte a Nobel-díjat a fizikában a magnetohidrodinamika nevű plazma elméletének kidolgozásában.

Eredetileg erősáramú villamosmérnök, majd a plazmafizika területén kutatott és oktatott. Alfvén hozzájárulása a plazmafizikához magában foglalja az Aurora Borealis kutatását, a Van Allen sugárzási öveket, a mágneses viharok hatását a Föld mágneses mezejére, a mágneses és elektromos mezők hatásait a kozmikus plazmákban, a Földi magnetoszférájának vizsgálatát és a plazmák dinamikáját a galaxisunkban.

Bevezetés

1937-ben Alfvén azzal érvelt, hogy ha a plazma áthatja az Univerzumot, akkor képes lenne azokat az elektromos áramokat vezetni, amelyek a galaktikus mágneses mezőket létrehozzák. Nobel-díjjal jutalmazták a magnetohidrodinamikai munkájáért. A díjátadón a következőket hangsúlyozta:

  • "Ahhoz, hogy megértsünk bizonyos jelenségeket a plazma régiókban, nem csak a mágneses, hanem az elektromos mezőket és áramokat is fel kell térképezni. Az űr olyan áramok hálózatával van feltöltve, amely energiát és lendületet ad át nagy vagy nagyon nagy távolságokban. Az áramok gyakran összenyomódnak a szálas vagy felületi áramokká, amelyek valószínűleg megadják az űr, valamint csillagközi és intergalaktikus tér sejtes felépítését."

1974-ben a sarki fény elektromos eredetével kapcsolatos elméleti munkáit (Kristian Birkeland korábban végzett kísérletei alapján) műholdas megfigyelésekkel igazolták és tiszteletképpen a pionírról nevezték el Birkeland áramoknak.

Iskolái

Alfvén 1934-ben doktorált (PhD) az Uppsalai Egyetemen az "Ultra-rövid elektromágneses hullámok vizsgálata" témából.

Korai évek

1934-ben Alfvén fizikát tanított mind az Uppsalai Egyetemen, mind a Stockholmi Nobel Fizikai Intézetben. 1940-ben az elektromágneses elméletek és az elektromos mérések professzora lett a stockholmi Királyi Technológiai Intézetben (Royal Institute of Technology). 1945-ben kapta meg az elektromosságtan tanszékvezetői székét, majd 1963-ban a plazma fizikai tanszékét. 1967-ben elhagyta Svédországot és a Szovjetunióba költözött, majd az Egyesült Államokba. Alfvén a Kaliforniai Egyetemen, San Diego-ban és a Dél-Kaliforniai Egyetemen dolgozott a villamosmérnöki tanszéken.

Alfvén elsősorban villamosmérnöknek tartotta magát. Tudományos pályafutása során a Nobel-díj megnyerése előtt Alfvént nem ismerte el a tudományos közösség vezető felfedezőjének (bár munkát felhasználták). Élvezte azt a kijelentést, hogy vétkes abban a hibában vagy bűnben azáltal, hogy olyan területekre lépett, amelyeket korábban nem tártak fel az asztrofizikában más kozmológusok és teoretikusok.

Munkássága

Hannes Alfvén
Hannes Alfvén a Nobel díj átadáson, 1970.

Alfvén munkáját évekig vitatta az űrfizika vezető kutatója, a brit-amerikai geofizikus Sydney Chapman. Alfvén Chapmanel való egyet nem értései nagyrészt a kollegiális lektorálási rendszer problémájából eredtek (peer review). Alfvén ritkán részesült a tudományos folyóiratokban általánosan elfogadott tudományos szakemberek támogatásából. Egyszer beküldött egy cikket a mágneses viharokról és aurorákról az amerikai Terrestrial Magnetism and Atmospheric Electricity (Földi mágnesesség és légköri elektromosság) folyóirathoz, amelyet elutasítottak azzal az indokkal, hogy nem egyeztethető össze az akkoriban elterjedt fizikai elméletek számításaival.

Számos fizikus unortodox véleményű személynek tartotta, Stephen G. Brush megjegyzi, hogy "... továbbra is elkeseredett kívülálló maradt, még a Nobel-díj megszerzése után sem tanúsított egy kis tiszteletet sem tudóstársai iránt.", és gyakran kénytelen volt közzétenni cikkeit jelentéktelen folyóiratokban; Alfvén emlékeztetett:

  • "Amikor ismertettem a plazma jelenség leírását ezen a rendszeren keresztül (peer review - a ford.), a legtöbb referens nem értette amit írok és visszautasította a cikkeimet. Emiatt az elbíráló rendszer miatt, amely az USA tudományát jellemzi manapság, csak ritkán közölték le az írásaimat a vezető tudományos lapok."

1970-ben kapott Nobel díjat a magnetohidrodinamikai kutatásaiért, amelyek addigra már jelentősen túlhaladottnak számítottak. 1988-ban Alfvén elnyerte az Amerikai Geofizikai Unió Bowie-éremét a naprendszeren lévő üstökösökkel és plazmákkal kapcsolatos kutatásaiért.

Alfvén egyike azon kevés tudósoknak, akik mind az Egyesült Államok, mind a Szovjet Akadémia külföldi tagjai voltak.

Kutatásai

Alfvén a következő tudományos kutatásokban játszott vezető szerepet:

1939-ben Alfvén közzétette elméleteit a mágneses viharokról és a sarki fényről és a Föld magnetoszférájának plazma dinamikájáról.

 

Alfvén kutatásainak alkalmazása az űrkutatásban:

  • Van Allen sugárzási öv elmélete
  • A Föld mágneses mezejének zsugorodása mágneses viharok alatt
  • Magnetoszféra (a Földet védő plazmaburok)
  • Az üstökösök csóvájának kialakulása
  • A Naprendszer kialakulása
  • A plazma dinamikája a galaxisokban
  • Az Univerzum alapvető természete

Alfvén nézetei követték a magnetoszféra fizikájának megalapítója, Kristian Birkeland nézeteit. A tizenkilencedik század végén Birkeland (nagy mennyiségű adattal alátámasztva) azt állította, hogy a Föld mágneses mezején átfolyó elektromos áram okozza az aurorát és a poláris mágneses zavarokat.

 

Alfvén a következő technológiai területek fejlődéséhez járult hozzá:

  • Részecske-gyorsítók
  • Szabályozott termonukleáris fúzió
  • Hiperszonikus repülés
  • Rakéta meghajtás
  • Az űrjárművek fékezése visszatéréskor

 

Hozzájárulás az asztrofizikához:

  • Galaktikus mágneses mezők (1937)
  • Nem termikus szinkrotron sugárzás felfedezése a csillagászati forrásokban(1950)

Az Alfvén hullámokat (alacsony frekvenciájú hidromágneses plazma rezgéseket) a tiszteletére nevezték el. Számos, a Naprendszerről alkotott elméletét az 1980-as évek végén igazolták, amikor megmérték az üstökösök és bolygók magnetoszféráját. De maga Alfvén jegyezte meg, hogy az asztrofizikai tankönyvek rosszul ábrázolják az ismert plazma jelenségeket:

  • "Egy tanulmány arra vonatkozóan, hogy az asztrofizika leggyakrabban használt tankönyvei hogyan foglalkoznak olyan fontos fogalmakkal - mint a kettős rétegek, a kritikus sebesség, a pinch effektus és az áramkörök kialakulása - megállapította, hogy a tankönyveket használó diákok lényegében nem is ismerik ezeket a jelenségeket annak ellenére, hogy már fél évszázada felfedezték (pl. kettős réteg: Langmuir, 1929, pinch effektus: Bennet, 1934)."

Alfvén számolt be arról, hogy a 17 leggyakrabban használt asztrofizikai tankönyvek közül egyik sem említi a pinch effektust, egyik sem említette a kritikus ionizációs sebességet, csak kettő említette meg az áramköröket és három a kettősrétegeket.

 

Alfvén's kozmológiája

Alfvén és munkatársai alternatív kozmológiai elméletet dolgoztak ki, Klein Oscarral, az Alfvén-Klein modellt mind a Steady State, mind a Big Bang-kozmológiák számára. Alfvén úgy vélte, hogy a Big Bang-vel kapcsolatos probléma az volt, hogy az asztrofizikusok próbálták extrapolálni az univerzum eredetét a táblán kifejlesztett matematikai elméletek alapján. A Big Bang egy olyan mítosz volt, amelyet Alfvén szerint megmagyaráztak a teremtés magyarázata. [9]

Alfvén and colleagues proposed an alternative cosmological theory, and with Oscar Klein, the Alfvén-Klein model, to both the Steady State and the Big Bang cosmologies. Alfvén believed the problem with the Big Bang was that astrophysicists tried to extrapolate the origin of the universe from mathematical theories developed on the blackboard. The Big Bang was a myth devised to explain creation, according to Alfvén.[9]

Later years

In 1991, Alfvén retired as professor of electrical engineering at the University of California, San Diego and professor of plasma physics at the Royal Institute of Technology in Stockholm. Alfvén spent his adult life alternating between California and Sweden. He died at the age of 86.

Asteroid 1778 Alfvén is named in his honour, as is the Hannes Alfvén Medal ".. awarded for outstanding scientific contributions towards the understanding of plasma processes in the solar system and other cosmical plasma environments".[10]

Personal life

Alfvén had a good sense of humor and he participated in a variety of social issues and worldwide disarmament movements. He had a long-standing distrust of computers. Alfvén studied the history of science and oriental philosophy and religion. He spoke Swedish, English, German, French, and Russian, and some Spanish and Chinese.

Alfvén was married for 67 years to his wife Kirsten. They raised five children, one boy and four girls. His son became a physician, while one daughter became a writer and another a lawyer in Sweden.