阿爾文文科物理

1、1970年諾貝爾物理學獎獲獎者傳略和主要科學工作H.O.G.阿爾文(Hannes Olof Gosta Alfven)(1908 1995 )獲獎原因由于磁流體動力學方面的基礎研究工作和發(fā)現(xiàn)，及其在等離子體物理中卓有成效的應用。獲獎者傳略H.O.G.阿爾文1908年出生在瑞典的諾爾切平，父母都是開業(yè)醫(yī)生。1826年進入烏普薩 拉大學，對物理學和電子學設備有著濃厚的興趣，1934年獲得哲學博士學位，并留校任講 師。1937年他在諾貝爾物理研究所任研究員，對電流和磁場的相互作用產(chǎn)生了極大的興趣。 1940年到斯德哥爾摩的皇家工程學院，在隨后的工作中成績斐然，1945年成為電子學教授， 1963年成

2、為為他設立的等離子體物理學教授。阿爾文在等離子體物理學、空間物理學和天體物理學領域都取得了研究成果。阿爾文 早期從事電學儀器的理論和實驗研究工作，從20世紀30年代后期，開始研究宇宙尺度上的 磁場和電流系統(tǒng)，同時在實驗室做小規(guī)模的模擬實驗。20世紀60年代磁流體力學和等離子 體力學的快速發(fā)展，以及他關于星際等離子體理論的證實，為他贏得了極大的榮譽。1970 年，因在磁流體力學方面的基礎研究工作和發(fā)現(xiàn)及其在等離子體物理中卓有成效的應用，阿 爾文與法國物理學家L.奈爾分享了當年的諾貝爾物理學獎。阿爾文在太陽系形成和宇宙學 研究領域也取得了重要成果。阿爾文還是英國皇家天文學會的金質(zhì)獎章（1967）、

3、美國富蘭 克林研究所富蘭克林獎章（1971）等的獲得者。阿爾文是一位十分熱愛和平的學者。最初，他極力支持開發(fā)原子能，為人類造福，但是 到了 1970年前后，他逐漸認為，不僅是核武器，就是“和平”利用原子能都是不可接受的， 此后，他一直參加反核武器運動。他曾經(jīng)建議瑞典政府永遠不要使用當時正在建造的核反應 堆，而用傳統(tǒng)燃料驅(qū)動那座核反應堆的渦輪機。在于瑞典政府發(fā)生多次意見分歧后，1967 年，阿爾文到美國加利福尼亞大學任職，此后他分別在奧斯陸的皇家學院和加利福尼亞大學 任教。主要工作等離子體又稱物質(zhì)第四態(tài)，是一種高度導電的氣體，大部分為電離氣體，宇宙大約99.9% 的物質(zhì)都以這種狀態(tài)存在著。地球及

4、其附近大氣的低溫度和高密度阻礙了地球上天然等離子 體的存在，因此，人類對等離子體理論以及地球以外等離子體的效應（一般為磁等離子體） 和天體磁場的研究直到20世紀初才開始。1918年，G.E.海耳（Hale）首次測得黑子磁場后， 先后出現(xiàn)了各種經(jīng)典理論。19401950年，通過阿爾文的一系列獨立工作，才使磁流體力 學成為一門獨立的學科，對解釋天體物理中各種尺度的輻射和爆發(fā)現(xiàn)象起著基礎性的作用。20世紀30年代，為解釋宇宙射線，阿爾文提出，銀河系可能存在一大尺度的磁場， 磁場俘獲帶電的宇宙射線粒子，使得它們在近似圓軌道上運動。即使只有一小部分的電離氣 體存在，它在磁場中產(chǎn)生的電流足以產(chǎn)生星際磁場。

5、因此，弱磁場必定充滿整個銀河系。正 是星際的電磁場支配著地球附近發(fā)生的現(xiàn)象，引起極光和磁暴。后來，空間探測器測量到星 際磁場，證實了阿爾文的思想。阿爾文的磁暴和極光理論中的一些思想十分有用，尤其是他 關于進入地磁場中的帶電粒子在兩極之間來回反射，如同光在兩面鏡子之間來回反射一樣的 思想。磁鏡的思想已成為地球上實現(xiàn)受控核聚變的基礎。阿爾文最重要的貢獻是在磁流體力學的基礎研究方面，阿爾文首先注意到，當導電液體 或氣體在磁場中運動時，將要在其中產(chǎn)生感應電流，而感應電流又與磁場反作用于流體。這 就是磁流體力學的基本思想。1942年，在關于太陽黑子的研究中，他首次提出了凍結(jié)效應 并預言了磁力線與導電流體

6、的耦合將產(chǎn)生一種新的波一一阿爾文波。阿爾文波是存在磁場時 導電流體中所特有的一種波動。根據(jù)麥克斯韋電磁理論，電磁波幾乎不能穿入導體，因而， 阿爾文的工作最初被人們忽視。1949年，阿爾文波才首次在液態(tài)水銀中被觀察到，1959年 又在等離子體中得到證實。在此基礎上，1942年，阿爾文提出太陽內(nèi)部的磁流體波傳播到太陽表面產(chǎn)生太陽黑子 磁場的理論。這個理論成功地解釋了太陽黑子的許多性質(zhì)，但也存在著理論假設太多等弱點， 觀察結(jié)果也給理論帶來困難。磁流體力學研究對等離子體物理、受控核反應的發(fā)展起著非常重要的作用。阿爾文1950 年出版的宇宙電動力學：基本原理匯集了他在磁流體力學方面的研究成果，該書是等離 子體物理學的一部經(jīng)典著作，它的出版標志著宇宙電動力學成為一門獨立的學科。獲獎演說簡述阿爾文的諾貝爾演講題目為等粒子體物理、空間研究和太陽系的起源。阿爾文的 演講分為：一、科學和裝備；二、空間研究的科學目標；三、等離子體物理及其應用；四、 通向宇宙等離子體物理的第一條途徑和第二條途徑；五、太陽系的起源；六、重建伴星起源 過程所需的基本知識；七、與伴星起源問題有關的空間觀測；八、大天體和小天體的比較； 九、老的和新的科學領域。在演講的最后，阿爾文說：“新的時代也可能意味著向更易于理解物理學的部分復歸。 對于非專業(yè)人員說來，四維時空的相對論，非決定論的原子結(jié)構(gòu)總是神秘的和難以理