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H•阿尔芬:一个持不同意见科学家的回忆

已有 5066 次阅读 2013-6-24 22:17 |个人分类:生活点滴|系统分类:观点评述| 科学家, 阿尔芬

Memoirs of a Dissident Scientist

Author(s): Hannes Alfvén

Source: American Scientist, Vol. 76, No. 3 (May-June 1988), pp. 249-251

Published by: Sigma Xi, The Scientific Research Society

Stable URL: http://www.jstor.org/stable/27855181 .


一个持不同意见科学家的回忆

作者:H•阿尔芬(Hannes Alfven

译者:谢华生


   编辑们搁置了他们通常的犹豫,决定发表下面的往事录,在其中H•阿尔芬辩护一个已经被几乎所有依然工作着的天体物理学家拒绝的理论。他坚持主张宇宙线,在太阳系中,有一个局域的起源,这可能使某些读者想起百多年前E•马赫(Ernst Mach)对相信原子存在的拒绝。对讨论会或讲座中任何谈及原子的人,马赫算得上是一个可怕的存在,经常被要求回答:你曾经见过任何一个原子吗?像马赫一样,阿尔芬也是一个高度受尊重的物理学家。他帮助建立的宇宙线的理论目前已经被广为接受(不过,他自己现在拒绝),同时他因磁流体的基础工作分享了1970年的诺贝尔奖。我们重印这些回忆录,并非偏袒阿尔芬或任何其他人,只是帮助阐明科学思想成型的不固定方式。这个大话题是永恒的。阿尔芬的轶事提醒我们个性如何影响思想,以及他对同行评议不敬的评论在今天依然像以前一样有意义。




   半个世纪前,我开始进入原子物理——像许多其他年轻物理学家一样。由于我对实验比对理论更感兴趣,我在这一领域的第一项工作集中在用电的方法探测原子辐射。这导致我工作于盖革-弥勒管(Gager-Muller tubes),以及我建造了一些巨大的适合于宇宙线测量的管子。我发现这一观测领域是一个迷人的领域,因为宇宙线具有远远超过放射性物质的辐射的能量,实质上可到10的十次方甚至十一次方电子伏特(eV)!我开始推测它们的起源并构建了一个精巧的理论,实际上这个理论非常愚蠢以至于我甚至不想在这里提及。由于未知的原因,Nature杂志同意发表关于它的一份快报(letter)。不过,在它发表后很快我就发现这一想法完全不合理。


   这大概是1933年左右的事,因为我很清楚地记得这是在我1934年第一次参加在伦敦举办的国际会议之前。在那次会议上我遇到了康普顿(A.H.Campton),他立即提及他已经读过我的快讯,并觉得很有意思。我说我非常羞愧发表了一些如此彻底愚蠢的东西。他回答:“不必这么轻易就放弃”。由于他是宇宙辐射的大权威之一,这对我是一个巨大的鼓舞。回想起来,这可能是引导我进入天体物理的触发点。这发生在几乎所有人都走向原子物理的时候。这挽救了我对于关于原子弹和原子能的那种今天每一个原子物理学家内心深处都应该感到的内疚。


   接下来的插曲发生在1948年。在那同时,战争刚结束,原子弹已经爆炸,使得科学已将永远改变了它的属性。我在天体物理上的科学工作依然继续。我已经给出了一个宇宙线通过双星周围电磁场效应加速的理论。作为Swann有名但不实际的“cygnotron”(Vallarta这样称呼它)的一个例外,我认为这是去解释电磁效应导致的高能的第一个尝试。不过,如果宇宙(cosmic)辐射像普遍接受的观点那样充满整个宇宙(universe),这种类型的过程不能提供足够的强度。我随后指出这种困境可以被解决,如果宇宙辐射限制在我们的星系中。这要求有一个强度至少是10的负十次方高斯的星系磁场。(应该记住,那个时候知道的最高的宇宙辐射能量只有10的十一次方电子伏特。)


   我试图发表这篇文章到——我想——Nature或其他被较广阅读的期刊。不过,没有被接受。“那家伙完全疯了吗?难道他不知道空间是空荡荡的,也即意味着没有粒子可以携带电流?同时,我们所有人都知道地球磁场由一个位于其中心的固定磁体驱动。他不懂它随距离衰减多快吗?他相信有一系列磁体悬浮在星系中?”唯一一个接受它的期刊是Arkiv for Fysik,发表到上面是通过我的老师Manne Siegbahn教授的沟通。当然这是一个非常有声誉的期刊,不过读者不多。


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在1966一个无线电天文专题会上,发生了如下的交流评论。


H. 阿尔芬。 [V. L.] 金兹堡曾经说宇宙辐射非常明确地在星系中起到决定性作用。我对此一点都不确定,因为我们所观测到的以及我们从观测中得到的结论是如此不同……非常可能像范阿伦辐射带约束在地球磁场中一样的方式,99%的宇宙辐射是约束在我们的环境中的局域现象。


金兹堡回答:反对太阳或局域宇宙辐射起源的论据很多……无线电天文的论据很强……不过,我同意这些用来驳斥任何东西都非常困难。


阿尔芬:驳斥任何东西很困难,证明也一样。


金兹堡:幸运地是依然可以做些事。我已经在这一领域工作了一些年头,同时我可以说这段时间论据慢慢的改善。所以我希望我的一生中,我能看到这些事的最终胜利。


阿尔芬:我希望你能活非常久。

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   由于这个背景,我有了1948年如下的经历。我开始了我第一次横渡大西洋的旅程,同时在路上我参加了一个伯明翰的会议。我到会晚了点,进入了一个报告厅,其中爱德华特勒(Edward Teller)在讲宇宙线的起源。我已经证明——我认为经得起所有置疑——宇宙辐射是一种星系现象,由一些电磁效应产生,同时限制在星系内部,其中的强度当然是均匀的。特勒声称它是局域现象,生成和限制于我们今天称为的heliosphere中。所有听众喧笑起来,包括我。这是我第一次听到特勒,此前我不知道这种充满活力的个性一直使得所有人发笑——不管是他讲亲爱的原子弹还是天体物理。


   当我到达美国,不少人问我特勒的新想法。我说所有人都笑他的报告,且并不值得认真对待。我进行了美国的观光旅游——当然是任何第一次见到的人的难忘经历。我在加州理工待了一段时间,然后特勒到了那里。大出我意外的是,特勒重复了同样愚蠢的报告。现在,我客观的对待它,同时在他报告后我们进行了一次长的讨论,结果是他邀请我在我回去的路上在他芝加哥的讨论会上继续讨论。


   我必须承认他用了很聪明的方式辩护他的观点,同时我必须承认宇宙辐射是一种星系现象并不像我以前认为的那样如此显然。经过一些天的思考后,我事实上已经信服他基本上正确。我寄给他一张风景明信片,在上面我说我在主要方面同意,同时甚至发现一些新的支持heliospheric约束宇宙线的论据。我认为这些与磁流体波有关,关于此我已经于1942年发表我的第一篇论文(译注:Alfvén, H. Existence of electromagnetic-hydrodynamic waves, Nature, 1942, 150, 405406)。


   几周后,我到了芝加哥,特勒在报告会上介绍我:“我只需要告诉你们,这就是那个写那张风景明信片的”。特勒和我后来共写了一篇关于宇宙线局域起源的论文。一些年后,特勒改变了他的观点——然后从那以后相信了宇宙辐射作为星系现象的标准观点。这现在目前已经是如此普遍地被接受,以至于辐射被称为“星系辐射”。有点自相矛盾的是,我目前应该是少有的特勒理论的支持者之一,然而被普遍接受的星系理论基本上来自于我1930年代后期的观点。事实上,它已经变得如此神圣,以至于我数十年来想开始认真的讨论的尝试都变成了徒劳。


   我1948短暂的芝加哥之旅也有另一个结果。讨论会其中一员是费米(Enrico Fermi),他对宇宙线起源发生了兴趣。讨论会后,他让我解释磁流体波是什么。从我1942年发表我的第一篇论文,极少人——Lyman SpitzerMartin Schwarzschild是最主要的例外——相信它们。我收到许多来自同行的信件,问我是否依然没有明白那是胡说八道。如果它们存在,麦克斯韦应该早就描述过它们,很显然,他没有。因此,它们不可能存在!我完全同意,它们没有任何了不起的。(我考虑它们主要是作为我认为更重要的我的关于太阳黑子理论的副产品。)发现它们,对于麦克斯韦来说可能只是作为乏味的星期天早晨的一个合适的消遣,但是事实上看起来他选择了其他消遣方式。


   费米听了我讲它们有五到十分钟后,说:“显然这些波可以存在”。费米有如此的权威以至于他今天说“当然(of course)”,明天所有物理学家都会说“当然”。实际上,他发表了一篇论文(译注:On the Origin of the Cosmic Radiation, E. Fermi, Physical Review 75, pp. 1169-1174, 1949),在其中他用如此清晰的方式解释它们以至于没人能怀疑它们可能的存在性。我六年没有成功做到的事,被费米只用了他提出有名的宇宙线加速费米机制的论文(它的重要性我依然不能明白)的绪论部分就解决了。


   我个人的观点看,我早期在宇宙线方面的工作非常重要。与几乎所有天体物理学家相反,我受教育于实验室,在那里我的双手在研究放电中变脏。因此,对我来说是非常自然地,用粒子在磁场中运动的方式描述等离子体现象,像它们在实验室的一样。空间中的宇宙线现象使得我用这个方法处理整个天体物理。此后,低密度等离子体天文对我来说是一门终极来说必须用独立的粒子来描述的科学。作为处理磁流体方程的替代,我选择坐下来并想象骑在每个电子和离子上,试图从它们的位置想象它们的世界会怎样,以及什么力推动它们向左或向右。


   这是一个很大的优势,因为相较于大部分天体物理学家做的,它带给我用另外的观点处理这种现象的可能。同时,用两种不同观点看任何现象一直都会很有成效。另一方面,它给了我一种严重的不利。当我用这套公式描述现象时,大部分审稿人不明白我在说什么并驳回我的论文。如今这种统治美国科学界的审稿体系,意味着我的论文很少被美国主要期刊接受。欧洲,包括苏联,及日本,对这种意见不同的人要容忍的多。


   磁流体方式处理宇宙等离子体,可能对于像恒星内部的高密度等离子体非常好,但如果应用到宇宙中的低密度等离子体经常会导致严重的误导。从20年前的热核危机,到近五年来磁层物理中类似的危机,我们应该学到,用流体方式处理低密度等离子体是不实际的。确实,等离子体教会我,它是如此复杂以至于更应该被认为是活的而不是死的机械系统。(朗缪尔命名它,理解及借用了这个来自血浆[译注:这句可能不确。目前一般认为朗缪尔命名plasma是用了希腊语的“模具”的意思,而非取自“血浆”。]的名字。)这种创造物不懂微分方程、矢量和张量,也不关心这些无意义的事(nonsense)。它经常找到新的方式欺骗数学物理学家。这意味着,除非一个科学家清除其脑中那些[数学]填充物,否则他很难有可能理解这个淘气和古怪的顽童,它喜欢反叛理论家指定它应该做的。


   已经提及的条件以及一些其他因素,导致一个非常强力确立的(Eestablishment)和本文作者所在的小部分持不同意见的(DDissidents)间的不一致。这并无什么了不起的。非常关键及可惜的是,看起来ED之间开始认真的讨论已经不可能。作为处于不愉快地位的持不同意见者的我相信,一旦E给出令人信服的论据,D会非常高兴,并改变他们的观点。不过像“所有有知识的人都同意……”(及潜台词:不同意你并表示你是个怪人)这样的论据在科学中不是一个有效的论据。如果科学问题一直由盖洛普民意测验Gallup polls)而非科学论据决定,科学将很快永久僵化。



重印自Early History of Cosmic Ray Studiesed. Y. Sekido and H. Elliot, pp. 421, 427-31. D. Reidel, 1985. By permission of Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands.




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译者补注:


   本文作者H. 阿尔芬(瑞典人,1908.05.30 –1995.04.02),电气工程出身,1970年因磁流体的奠基性工作而获诺贝尔奖。到目前,依然是唯一一个因等离子体相关工作而获诺贝尔奖的。阿尔芬一直是一位非主流科学家,不管是他获诺贝尔奖前还是后,包括他后来获奖的磁流体理论及许多其他理论,在一开始总不被主流接受。在这篇1980s写的文章中,他坚持的宇宙射线理论依然为主流界所拒绝。他的两本小书《宇宙电动力学》和《宇宙等离子体》均有中译本,有兴趣者可去翻阅。


   关于等离子体早期的历史,人物及相关的工作,国内能听到的除了一些教材上的外,轶闻主要来自Prof. L. Chen(本文中的部分内容在Chen的讲座中有提及,见http://blog.sciencenet.cn/blog-45-694643.htmlProf. X. G. Wang的一些报告、讲座或闲谈。选择翻译这篇短文,最主要是希望提供一些那些等离子体物理先驱们自己口中描述的历史,而非转述的,这样国内读者更有一种介入感。历史并非教科书中那样完美,曾经发生的事,也在今日的学者身上继续发生着。文中的阿尔芬的非主流或困境、康普顿对年轻人的鼓励、特勒的非主流但聪明的行事风格及费米敏锐的眼光和巨大权威,或许都能令人有所启发。


   另一篇我一直想(太长,暂无时间)翻译过来,或者希望有人能翻译的是鲁森布鲁斯(Marshall Rosenbluth,1927-2003)去世前几个月的口述历史(http://www.aip.org/history/ohilist/28636_1.html)。Rosenbluth是等离子体或聚变界公认的教皇,对这一领域的发展做出了巨大的贡献,目前磁约束聚变的几乎所有方面都与他有关。那篇长文中,讲到了许多有趣或有启发价值的轶事,包括早期与李政道和杨振宁在费米和特勒手下做学生的那段,以及关于1953那篇Monte-Carlo重要性抽样算法的文章并非第一作者Metropolis的工作,及后续与苏联科学家B. B. Kadomtsev共同发展等离子体及聚变研究的事,等等。

   另一本刚出版了中译本的书是弗里曼•戴森(Freeman Dyson,1923.12.15 - )的《反叛的科学家》。Dyson涉猎极广,尽管无等离子体方面的工作,但目前他所建立的一些数学物理方法,也已经开始为等离子体物理学家所用。


   由于中英文语法结构不同,为了增加可读性,译文部分句子结构作了调整或重新修饰,但尽量保持原意。译成中文只是为了阅读方便,在意细节的最好直接读原文。如果有发现翻译错误,或者更好的翻译建议,可以随时告诉我。


xiehuasheng

2013-06-24 20:15


http://hi.baidu.com/hsxie/item/b22ad0064623db11eafe3869



http://blog.sciencenet.cn/blog-222053-702424.html

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1 李毅伟

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