汉尼斯·阿尔文

瑞典等离子体物理学家

汉尼斯·奥洛夫·哥斯达·阿尔文(Hannes Olof Gösta Alfvén,1908年5月30日-1995年4月2日), 瑞典 电气工程师、 等离子体 物理学家,因其在 磁流体力学 (MHD)领域的工作而获得1970年 诺贝尔物理学奖 。他描述了现在被称为 阿尔文波 的MHD波的类别。阿尔文在 等离子体物理学 领域做出了许多贡献,包括描述 极光 行为的理论、 范艾伦辐射带 、磁风暴对 地球 磁场 的影响、地球 磁层 和银河系等等。他的研究在空间科学、 粒子加速器 、受控热 核聚变 、高超声速飞行、火箭推进和空间飞行器 再入 制动等技术领域有着广泛的应用。1995年逝世,终年87岁。

人物经历

阿尔文1908年出生于 瑞典 的北雪平,1926年进入 乌普萨拉大学 就读,1934年获得该校博士学位。他的论文题为“高频 电磁波 的研究”。而后阿尔文在乌普萨拉大学和 斯德哥尔摩 的诺贝尔物理研究所(后来更名为曼·西格巴恩物理研究所)教授物理学。

1940年起担任斯德哥尔摩 皇家理工学院 教授,1945年获得了非任命职位的 电子学 主席,1963年头衔更改为 等离子体物理学 主席。

1967年,阿尔文移居 美国 ,在 加利福尼亚大学 圣地牙哥分校和 南加州大学 执教。

1991年退休,退休时是加利福尼亚大学圣迭哥分校的 电机工程学 教授和皇家工学院的等离子体物理教授。退休后来往于加利福尼亚州和 瑞典 之间。

阿尔文性格幽默,兴趣广泛,参加过包括国际 裁军 运动在内的众多社会活动。他还在科学史、东方哲学、宗教方面有一定研究,并且通晓 瑞典语 、 英语 、 德语 、 法语 、 俄语 ,还会讲一些 西班牙语 和汉语。为纪念他,第1778号 小行星 被命名为“阿尔文”。

主要成就

阿尔文在30~40年代,为建立宇宙物理学的重要领域──电磁 流体力学 作出了贡献。他最主要的贡献是发现磁流体中的 阿尔文波 。

1942年阿尔文在 太阳黑子 的理论研究中发现,处在 磁场 中的导电 流体 ,在一定条件下可以使磁力线像振动的弦那样运动,出现一种磁流体波。这种波后来被称为阿尔文波。但当时人们并不理会他的这个发现,因为按照传统的电磁理论,在导电介质中是不可能存在 电磁波 的。

过了7年,即一直到1949年,阿尔文波才首先在液态金属中被观察到,1959年又在 等离子体 中得到证实,终于受到应有的重视。这一发现在等离子体物理、 天体 物理和受控 热核 反应中都有重要应用。此外,他还提出过处理 带电粒子 在 磁场 中运动的“导向中心”近似法,这方法可较简捷地求得带电粒子在磁场中的运动规律。

从1943年起,阿尔文系统地发表了关于 太阳系 的天体演化方面的论文,对于 宇宙 磁场的起源、太阳系的质量分布与结构、 地球 与月亮系统的起源与演化、 彗星 的性质与起源、 小行星带 的演化等方面,都作出了重要的贡献,提出过与大爆炸起源说不同的宇宙早期演化学说。

他提出了以电流为主要对象的宇宙电动力学研究方法(通常实验室电动力学以场为主要对象),在 等离子体 理论研究中有效地把 天体 现象与实验室测量结果结合起来,取得了卓越的成就。由于他在磁流体 动力学 和 等离子体物理学 方面的重大贡献,获得1970年 诺贝尔物理学奖 。

阿尔文学说是强调电磁作用的一种 太阳系 起源学说。1942年以来, 瑞典 学者阿尔文发表了一系列有关太阳系起源的论文。1976年,他把主要的研究成果总结在与阿亨尼斯合著的《太阳系的演化》一书中。阿尔文认为,太阳系内的天体都是由一个高度 电离 的 气体云 形成的。 太阳 一形成就有很强的 磁场 ,其周围的高温电离气体云(离太阳0.1光年处)因冷却而还原成中性态,并因太阳的吸引而下落。

当下落的动能超过 电离能 时,由于碰撞而再度电离,并在离太阳一定距离处停止下落。根据各元素的电离 电势 ,阿尔文算出在离太阳不同距离处先后形成大小不等四个物质云。 太阳系 中的 行星 、 卫星 都分别由这四个云中的物质凝聚而成。阿尔文认为,规则卫星的形成过程同行星的相似,即在行星的周围也形成几个云,最后凝聚成规则卫星。

阿尔文于1942年最先提出磁 耦合 机制并用来解释太阳系 角动量 特殊分布问题。他还推出行星自转周期存在等周律。1969年又提出了一个“喷流”的新概念。所谓喷流,是指一群运动轨道几乎相同的 天体 。

他指出:来到中心天体周围的 等离子体 总是先凝聚成尘粒或星子,然后形成喷流,而喷流能俘获与它相遇的所有固体微粒和星子,在喷流中集聚成较大的天体,直至最后形成绕 中心体 转动的天体( 行星 、 卫星 、 彗星 )而离开喷流为止。阿尔文在 小行星 中找到了三个喷流。以后,有些人又发现了更多的喷流。

阿尔文波 ,又称 剪切 阿尔文波,是等离子体中的一种沿 磁场 方向传播的波,这种波的频率远低于等离子体的回旋频率,是一种线偏振的 低频 横波 。处在磁场中的导电 流体 在垂直于磁场的方向上受到局部扰动时,沿着磁感线方向的磁 张力 提供恢复力,就会激发阿尔文波。

阿尔文波是由 瑞典 物理学家汉尼斯·阿尔文首先 预言 的,因此得名。后来隆德奎斯特(Lundquist)使用1 特斯拉 左右的磁场在 汞 中观察到了阿尔文波,列纳尔特(Lehnert)使用液态钠也证实了阿尔文波的存在。

获得荣誉

阿尔文的研究成果不仅为他赢得了1970年的 诺贝尔物理学奖 ,还为他带来了多项荣誉和奖项。他获得了皇家天文学会金质奖章(1967年)、富兰克林研究所 富兰克林奖章 (1971年)、苏联科学院洛蒙诺索夫金质奖章(1971年),并于1980年当选为 伦敦皇家自然知识促进学会 外籍会员。美国地球物理联盟授予他威廉·鲍威奖章(1988年),以表彰他在 彗星 和 太阳系 等离子体 方面的工作。他还是 瑞典皇家科学院 、瑞典皇家工程科学院、 电气和电子工程师协会 、欧洲物理学会的会员,以及 美国艺术与科学院 外籍荣誉会员(1962年)、 南斯拉夫社会主义联邦共和国 科学院、普格沃什科学与世界事务会议贡献者、国际科学院、 印度国家科学院 的会员。阿尔文是少数几位同时成为 美国 和苏联科学院外籍会员的科学家之一。欧洲物理学会每年颁发的汉斯·阿尔文奖以他的名字命名。小行星1778阿尔文也以他的名字命名,以纪念他对科学的贡献。

主要作品

除了发表大量科学论文外,阿尔文还著有:《宇宙电动力学》(Cosmical Electrodynamics ,1950);《论太阳系的起源》(On the Origin of the Solar System,1954);《宇宙电动力学基本原理》(Cosmical Electrodynamics, Fundamental Principles,和C.G.Falfhammer合著,1963,有中译本);《世界-反世界》(Worlds-Antiworlds,1966)等。

个人生活

阿尔文和他的妻子柯尔斯顿(Kirsten)生育了1个儿子4个女儿,儿子成为医生,一个女儿成为作家,一个女儿成为律师。

外部链接