Л.М. Топтунова

Почти все предсказания  Альфвена уже подтвердились

 

В Википедии Ханнес Альфвен охарактеризован так: «Творческий и интуитивный интеллектуал XX-го века». С этим нельзя не согласиться. Но характер исследователя Альфвена точнее характеризует вот это высказывание: «Без лабораторного эксперимента сегодня не могло бы быть физической науки». Тем более что это высказывание принадлежит не самому Альфвену, а его современнику английскому физику Мэсси, специалисту в области атомной и ядерной физики и физики космоса. Альфвен счёл нужным процитировать это чужое высказывание в своей нобелевской лекции по физике в 1970 г. во время вручения ему Нобелевской премии за работы в области теории магнитогидродинамики. Значит, именно это высказывание Мэсси он счёл особо важным и достойным упоминания в такой момент.

Ничего неожиданного в этом нет. Вся научная деятельность Альфвена свидетельствует о понимании им ведущей роли эксперимента в физике. Его базовое образование – инженер в области электрической энергии. Но, без сомнения, он хорошо был знаком и с физикой плазмы. Физика плазмы развивалась по двум направлениям – экспериментальному и теоретическому. К началу профессиональной и научной деятельности Альфвена экспериментальному направлению физики плазмы насчитывалось уже более полувека: ещё в 1879 г. английский физик Крукс писал, что изучение электрического разряда в газах открывает для физической науки четвертое состояние материи (плазму). Альфвену было известно, насколько сложна для изучения эта область. В плазме появляются области неравномерного свечения, двухслойности, все мыслимые виды осцилляций и нестабильностей, распределения электронов по энергиям несимметричны и т.д.  Поэтому физика плазмы может развиваться только при тесном сотрудничестве между теорией и экспериментом. Причём, эта область совершенно не приспособлена к построению математически элегантных теорий. Теории плазмы неизбежно будут, по крайней мере, частично, феноменологическими.

Соображения по поводу теоретического подхода к физике плазмы изложены Альфвеном  в его нобелевской лекции:

« (Теоретический) подход возник на базе хорошо разработанной теории обычных газов.  Предполагалось, что ценой небольшой дополнительной работы эту область удастся расширить, включив в неё также и ионизированные газы.  Теории здесь были математически элегантны, и рассмотрение их следствий показало, что можно получить очень горячую плазму и удержать её  магнитным полем.  Эти теории имели очень мало точек соприкосновения с экспериментальной физикой плазмы, а все сложные и неясные явления, с которыми сталкивались при изучении газового разряда, ими просто игнорировались. В результате около 10 лет тому назад и произошёл так называемый термоядерный кризис».

Чтобы понять, о каком термоядерном кризисе говорит Альфвен, нужно учесть, что процитированный выше текст был написан в 1970 г.  Следовательно, слова «10 лет тому назад» означают 1960-е годы. Идея использования управляемого термоядерного синтеза для промышленных целей была сформулирована в середине 1950-х годов. Первый токамак для этой цели был построен в 1954 году.  В 1968 г. была достигнута температура плазмы 10 млн градусов. Тогда в прессе была поднята шумиха о грядущем энергетическом изобилии. Шумиха, впрочем, очень скоро затихла. Термоядерные реакторы работали только тысячные доли секунды, после чего плазма ускользала и всё останавливалось. К моменту написания Нобелевской лекции (1970 г.) термоядерный синтез стоял на всё той же мёртвой точке.

С тех пор прошло почти полвека, сейчас уже конец 2015 года. Далеко ли продвинулся термоядерный синтез?  Ответ на это вопрос даёт сообщение, опубликованное 2 сентября 2015 года:

 «Разработка новосибирских ученых была успешно использована в экспериментах на плазменной установке С2-У американской компании Tri Alphа Energy (TAE), в ходе которых были получены впечатляющие результаты по удержанию плазмы с температурой в 10 миллионов градусов, — говорится в сообщении.
Ранее Tri Alpha Energy сообщила, что в этом реакторе удалось удержать раскаленную плазму в течение 5 миллисекунд — для таких экспериментов это считается большим сроком
» (https://www.youtube.com/watch?v=nLrAH6NkOcY).

Как видим, и в 1968 и в 2015 году ситуация одна и та же: 10 млн. градусов и время работы – миллисекунды.

Ещё в 1970 г. Альфвен сказал:
«Теперь уже очевидно, что нужно начинать новый подход с совершенно иных подходных позиций».
Сегодня, в 2015-м году, это тем более очевидно.

Взаимоотношения Альфвена и его оппонентов-теоретиков определялись тем, что он знал, как ведут себя в реальности электричество и плазма, а они не знали. Будучи аутсайдерами, они считали аутсайдером Альфвена. Естественно, что у Альфвена возникали проблемы с публикацией работ, а опубликованные открытия оставались непризнанными. И только через десять, двадцать, а то и тридцать лет под напором неопровержимых экспериментальных фактов открытие признавалось. Приведём два примера.

Пример 1. В 1937 году Альфвен предсказал существование галактических магнитных полей. Об их наличии свидетельствовали магнитоподобные структуры многих галактик, которые нельзя объяснить действием только гравитации (рис.1)

Рис. 1

Альфвен предположил, что космическое пространство заполняет плазма, в плазме возникают токи, которые и порождают магнитные поля. Но тогда, в 1937 году, считалось, что и межгалактическое, и межзвездное, и межпланетное пространства являются абсолютно пустыми, т. е. вакуумом. Предположение Альфвена сочли абсурдом. И только более чем через 20 лет с запуском космических аппаратов правота Альфвена подтвердилась.

Пример 2. В 1939 Альвен предложил теорию магнитных бурь и северного сияния. Исследуя структуру северных сияний, Альфвен обратил внимание на идентичность плазменных структур в плазме северного сияния и в плазме газового разряда в лабораторных условиях. В обоих случаях в плазме рождаются электрические токи в виде парных витых шнуров (токи Биркленда), что придаёт плазме волокнистый вид. То есть в лабораториях и в космосе рождаются схожие плазменные структуры. Из этого следует масштабируемость плазмы на много порядков. Здесь мы сталкиваемся с явлением фрактала, когда структуры на разных масштабах создаются по законам самоподобия.

Кроме того, исследования полярных сияний показали, что в магнитосфере Земли име­ются тонкие электростатические слои разрыва непрерывности, с паде­нием напряжения в несколько сот или даже тысяч вольт. Это свидетельствовало о ячеистости структуры околоземного пространства. С появлением космических аппаратов подтвердилось, что ячеистая структура характерна для всех тех областей пространства, которые достижимы космическими кораблями.

Считая, что нет никаких причин полагать, что существование ячеек и волокнистости ограничено только теми областями пространства, куда сегодня уже про­никли космические корабли, Альфвен в 1963 г. впервые предсказал волокнистую и ячеистую структуру вселенной в больших масштабах. Разумеется, это предсказание было встречено скептически и проигнорировано.  Признание правоты Альфвена пришло почти через тридцать лет, когда в 1991 году телескоп Хаббла  сфотографировал волокнистую структуру далёкого космоса (рис.2)

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/ce/Local_galaxy_filaments_RUS_annotated.gif/300px-Local_galaxy_filaments_RUS_annotated.gif

Рис. 2

На сегодняшний день непризнанным осталось только одно предсказание Альфвена — о всеобщем характере плазменной структуры Вселенной. В период 1980-1990-х гг.  Альфвен с коллегами разработал космологическую теорию «плазменной Вселенной». Эту теорию называют ещё плазменной космологией. Как всегда, научным сообществом она не была признана. Поскольку для Альфвена ситуация непризнания стала привычной, он заявил: «это может занять некоторое время, пока теория будет принята общественным сознанием».

С периода 1980-1990-х годов до наших дней благодаря возросшей технической оснащённости астрономии накопились новые сведения, неизвестные Альфвену.   Сейчас появилась возможность с новых позиций взглянуть на плазменную космологию Альфвена. Этот вопрос станет предметом рассмотрения следующей статьи.

Другие статьи в последнем разделе сайта http://www.red-shift.info/.