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数值化的发电机理论

太阳磁场的现代理论解释脱胎于地球磁场理论。这套理论由科学家瓦尔特·埃尔萨瑟(Walter M. Elsasser)提出,他是一个性格复杂的科学家。根据太阳物理学家尤金·帕克(Eugene Parker,继承和发展了埃尔萨瑟的相关研究)的说法,埃尔萨瑟声称“自己非常厌恶生活在这样一个自私自利的科学世界里”。1904年,埃尔萨瑟出生在德国曼海姆的一个幸福的新教家庭里,起初他们是信奉犹太教的。埃尔萨瑟直到长大才对此转变有所察觉,但是,在20世纪20到30年代,当德国发生改变的时候,这件事深刻地影响到他的生活和职业生涯。当他的父亲为了帮助他融入环境而要求他加入高中兄弟会(high school fraternity)时,他遇到了点儿小麻烦——他被拒绝了,只因为他是犹太血统,所以无法加入兄弟会。

后来,当埃尔萨瑟去追逐包括通往自然科学的哲学之路在内的各种兴趣爱好时,他遇到了更加棘手的事情。他发现,科学观点是否被人接受,取决于是否同流行观点一致,而后者在很大程度上被潜意识控制。那时,家庭医生将其描述为一个“精神紧张的人”。在读过马塞尔·普鲁斯特(Marcel Proust)的巨著《追忆似水年华》(Remembrance of Things Past,又译In search of Lost Time)之后,埃尔萨瑟决定变缺点为优点,自此,他总算明白了如何从一个疯子变成天才。1922年高中毕业以后,埃尔萨瑟就去了海德堡继续学习,让他沮丧的是,他的老师,同时也是诺贝尔奖获得者,居然投靠了纳粹政权。不少人都建议埃尔萨瑟离开,于是次年,他去了慕尼黑,跟随威尔海姆·维恩(Wilhelm Wien)学习实验物理学,也跟着阿诺德·索末菲(Arnold Sommerfeld)学习理论。这段时间的生活无疑是开心的,但是现实是,他的身边几乎都是纳粹党员。此时,又有人建议埃尔萨瑟去哥廷根。终于,在1925年,埃尔萨瑟带着一封推荐信找到了詹姆斯·弗兰克(James Franck)。弗兰克接收了他,很快就鼓励他发表一篇简短的文章来解释爱因斯坦和路易斯·德布罗意(Louis de Broglie)提出的物质波动导致电子散射部分令人疑惑的实验结果。

1927年,埃尔萨瑟拿到了博士学位。令他没想到的是,著名的理论学家保罗·埃伦费斯特(Paul Ehrenfest)邀请他到荷兰做他的助手,只不过,同时附有一封说明埃伦费斯特自己有心理疾病的信。现在看来,那应该是一封警告信,因为,尽管埃尔萨瑟是喜欢荷兰的,但是埃伦费斯特对他从最初的不待见到彻底的敌视,没有任何理由。最终,他听从了埃伦费斯特的建议,离开荷兰回到柏林,同父母生活在一起(埃伦费斯特在那之后几年自杀了)。在当时,对于埃尔萨瑟来说,获得一个职位简直难如登天,于是1929年,他无奈地接受了在苏联哈尔科夫研究所工作的机会。但是疾病迫使他不得不返回德国,并最终于1931年,在法兰克福结束了这段颠沛流离的生活。1933年4月,纳粹掌控政权,家庭医生建议埃尔萨瑟趁着边境还没有封锁去瑞士。在与一些占据了校园的纳粹褐衫党不期而遇之后,埃尔萨瑟听从了建议,前往瑞士。

到达苏黎世之后,埃尔萨瑟受到了著名理论学家沃尔夫冈·泡利(Wolfgang Pauli)的热情接待。泡利为埃尔萨瑟争取到一个在巴黎工作的机会,弗雷德里克·约里奥(Frédéric Joliot,居里夫人的女婿)也帮他从世界以色列联盟(Alliance Israelite Universelle)争取到了奖学金。埃尔萨瑟视之为慈善的施舍,并很高兴于来年获得了在法国国家科学研究中心(Centre National de la Recherche Scientifque)工作的机会,同时,他也有能力帮助数不清的从德国逃难出来的难民科学家找到职位。那几年,他对理解原子核做出了巨大贡献,而这项工作多年后由约翰尼斯·汉斯·丹尼尔·延森(J. Hans D. Jensen)和梅耶夫人(Maria Goeppert- Mayer)完成,并获得了诺贝尔奖。

为了留在法国,埃尔萨瑟想尽办法成为法国公民。然而在1935年,反倒是他尝试进入美国的申请得到了批准。在去美国的船上,他遇到了未来的妻子,这可能是这趟旅行中唯一的好事了。到美国后,埃尔萨瑟没有找到职位,只好又返回巴黎。一年后,他再次尝试找工作,终于成功地在加州理工学院申请到了仅剩的一个职位——在气象学院从事地球物理学方向的大气中的辐射加热和冷却效应的研究。1941年,埃尔萨瑟被停职了,因为有人诬陷他向一个华盛顿官员[著名科学家卡尔-古斯塔夫·罗斯比(Carl-Gustaf Rossby)]寻求帮助以获得更高的职位。这个指控当然是不成立的,然而没有用,他不得不打包离开,到位于南波士顿的蓝山天文台(Blue Hill Observatory)工作。直到1941年,珍珠港事件爆发,埃尔萨瑟被召集到美国陆军通信兵团工作。战争期间,他一直为无线电传播委员会(Radio Propagation Committee)工作,工作地点为帝国大厦(Empire State Building),周末时间则用来研究地球磁场理论。

1946年到1947年,埃尔萨瑟在《物理评论》(Physical Review)上陆续发表了三篇文章来介绍他研究的理论。1950年,他又在《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)上发表了一篇关于地球内部物理的系统综述文章。在当时,埃尔萨瑟是研究这方面理论的第一人,是真正的先驱。 在首次验证了地球内部液态铁外核存在的证据之后,埃尔萨瑟根据理查德·迪克森·奥尔德姆(Richard Dixon Oldham)的研究以及地质学证据指出,地球磁场极性发生过反转,大约几千年发生一次南北两极互换。这个理论不仅可以解释为什么会产生磁场,还能解释磁场极性的周期性反转。

埃尔萨瑟进行了漫长的计算,结果显示,基于地球液态铁核的流体湍动(虽然速度只有每年0.03厘米)与地球自转相结合的数学理论,就能极好地解释地球磁场的观测特性。他提出,磁场的周期性行为源于极向磁场(在地球内部从一极到另一极)和环向磁场(像赤道一样环绕着地球)之间的相互影响。正如巴布科克—莱顿发电机模型所示,同样的理论也被用于解释太阳磁场是怎么产生的。

人们极大地忽略了埃尔萨瑟的理论,而且一部分讨论它的科学家也强烈反对这种观点。直到1950年,英国数学家乔治·基思·巴彻勒(G. K. Batchelor)证明,导电流体的随机湍动确实可以增强杂散磁场。自此之后,埃尔萨瑟的发电机理论才被人们广泛地接受,并得以继续发展下去,但是此时埃尔萨瑟的研究已经转向生物学。在最后几十年的工作里,埃尔萨瑟一直致力于研究生物是有机统一体的理论。

美国国家太阳天文台所属的麦克梅斯-皮尔斯太阳望远镜。本章图36即为该望远镜拍摄 /gQioG/qLsDFTnODNh/Sw/hdp3gKC0n7Q8QF0+AXOTQRHm4zCjdosYrxP0Y4xfCc

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