Валерий Чолаков
Нобеловите награди (22) (Учени и открития (1901–1982))

Астрофизика

Възникването на теории, като тази за Големия взрив бележи нов етап в развитието на науката през XX век. Във все повече области на познанието се налага еволюционният подход. От различни науки се трупат данни за това как е възникнала Вселената, как са се образували химическите елементи, от които са направени галактиките и звездите, как са възникнали планетите и живите същества. Създава се една цялостна картина за развитието на света, в която всички дялове на познанието се обединяват.

Един важен момент в развитието на Вселената е образуването на звездите. Всъщност това са телата, които изпълват Космоса. Физиката на звездите е била изследвана от множество учени, сред които особено се откроява Ханс Бете — човекът, който обясни как свети Слънцето. През 30-те години този учен се занимаваше с изучаването на ядрените реакции — една нова и модерна тогава област. Изследвайки взаимодействията между протоните и неутроните, той показа как при тяхното свързване може да се образува ядрото на тежкия водород — деутерия. Въпреки че Ханс Бете нямаше някакви особени интереси към астрофизиката, самата му работа го тласкаше натам.

Откакто астрономите установиха какво представляват Слънцето и другите звезди, големият въпрос за тях беше, откъде се взема енергията, която кара тези нажежени газови кълба така ярко да светят. Още през миналия век беше ясно, че това не може да е от химически реакции, нито от гравитационното свиване. Едва след като бе разкрит строежът на атома, се появи идея откъде може да идва това количество енергия.

През 20-те години известният астроном Артър Едингтън излезе с хипотезата, че източникът на енергия е по всяка вероятност процесът на превръщане на водорода в хелий. В своята книга „Звезди и атоми“, издадена в 1927 г., той посочи, че масата на хелиевото ядро не е точно 4 пъти по-голяма от ядрото на водорода. Тя е по-малка и разликата изглежда незначителна, но ако се приложи известната формула на Айнщайн за връзката между масата и енергията, тогава излиза, че изчезналата маса се равнява на огромно количество енергия.

Подробностите около този процес не бяха известни и мнозина изследователи не вярваха, че това е енергийният източник на звездите. Ханс Бете също бе скептично настроен, но се зае с този въпрос, тъй като образуването на хелия бе подобно на синтезата на деутерия, вече разгледана от него. В 1939 г. той посети един симпозиум по звездна енергетика, организиран от Американското астрофизическо дружество. Там се обсъждаше взаимодействието между протоните и протон-протонният цикъл на синтеза на хелия като източник на енергия за звездите. Този модел беше предложен една година по-рано от Бете и независимо от него от Ч. Кричфийлд. Мнозина физици смятаха, че той обхваща само част от явленията, тъй като в звездите освен водород и хелий има и други елементи, макар и в много по-малки количества.

Бете се зае да проучи термоядрените реакции, в които те биха могли да участвуват. Особено интересно се оказа взаимодействието между протона и ядрото на въглерод-12. Този елемент последователно поема протони, превръщайки се в азот-13, въглерод-13, азот-14, кислород-15, азот-15 и накрая се разпада на хелий-4 и въглерод-12. Оказа се, че по такъв начин могат да се катализират термоядрените процеси в недрата на звездите. Въглеродно-азотният цикъл на термоядрен синтез бе предложен от Ханс Бете в 1939 г., но принос в това откритие имат също така Вайцзекер, Гамов и други изследователи. Тази теория се оказа много плодотворна за астрофизиката, тъй като добре обясняваше наблюденията на астрономите. Големите заслуги на Ханс Бете за разкриването на тайните на звездната енергетика намериха признанието на Нобеловия комитет по физика, макар и с доста голямо закъснение. През 1967 г., почти три десетилетия след като бе разработил своите идеи, Ханс Бете стана Нобелов лауреат.

През 1970 г. Нобеловата награда по физика бе дадена също на един учен, който, без да е астроном, допринесе много за по-доброто разбиране на астрофизическите явления. Това бе Ханес Алвен, създател на науката магнитохидродинамика.

Този дял от физиката изучава движенията на токопровеждащи течности и йонизирани газове при наличието на магнитно поле. Изучаването на тези процеси е много важно за конструирането на термоядрени реактори от типа Токамак, както и магнитохидродинамични генератори, които превръщат топлинната енергия на плазмата в електричество. Но най-голямо приложение новосъздадената наука получи в астрофизиката, защото почти цялото вещество на Вселената е йонизирано и се намира под въздействието на магнитни полета.

Прилагайки своята теория, Алвен предложи обяснение за образуването на протуберанси и петна по Слънцето. По-нататък той разгледа слънчевия вятър — потока от частици, който се отделя от слънчевата корона и неговото въздействие върху Земята, където той предизвиква магнитни бури и полярно сияние. В междузвезден мащаб магнитохидродинамиката се оказа голяма сила. Галактичните магнитни полета управляват движението на междузвездните облаци от газ. В пространството се образуват нарушения на еднородността и локални кондензации, около които се струпва маса и възникват нови звезди.

Изложените дотук примери показват колко обширна е работата на Ханес Алвен. Наистина малцина имат таланта и щастието да сложат началото на нова наука. Магнитохидродинамиката обаче дълги години не се възприемаше от учените. Шведският изследовател бе принуден да публикува своите работи във второстепенни слисания. Трябваше да мине време, докато научната общественост оцени значението на неговите идеи. Накрая истината възтържествува и Ханес Алвен стана известен учен и Нобелов лауреат.

Дълго време астрономите бяха за широката публика нещо като звездобройците на древността — хора, отвлечени от действителността, които изследват далечни светове и нямат нищо общо с ежедневието на човечеството. Поради тази причина науките за Космоса останаха извън обсега на вниманието на Нобеловия комитет по физика и едва през последните петнайсетина години се забеляза промяна. Тя бе резултат от осъзнаването на факта, че астрофизиката се е превърнала във водеща дисциплина сред физическите науки — източник на нови факти и идеи.