Дмитрий Соколов - Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма [litres]

На этом и построено решение Пономаренко, которое Штеенбек предложил использовать. У динамо Пономаренко есть много чисто технических преимуществ, которые делают его гораздо более легким для реализации, чем более естественные с точки зрения астрофизики идеи, приходившие в голову Паркеру и Штеенбеку.

Все существующие сейчас лабораторные эксперименты по динамо в той или иной степени опираются на идеи Пономаренко, хотя их авторы по мере сил стремятся приблизить их к астрофизическим проблемам. Выдающихся результатов на этом пути достигли французские физики из Лиона под руководством Жана-Франсуа Пинтона. Не буду рассказывать в деталях, чем их установка отличалась от рижской установки, – это сейчас не очень важно. Важно то, что собранная установка вначале не давала динамо. Это, в общем, дело обычное. Редко кому удается сразу же добиться успеха.

Авторы эксперимента стали пробовать разные способы его улучшения. Пробовали, естественно, все, что приходило в голову и казалось реализуемым. Например, засунуть в установку кусок материала, известного под названием soft iron (буквально «мягкое железо», но не уверен, что по-русски нужно говорить именно так). У этого материала большая магнитная проницаемость. Это помогает дополнительно увеличить индукционные эффекты, так что предложение выглядело разумным.

Эффект превзошел все ожидания. Установка заработала, причем получилось не просто экспоненциально быстро растущее магнитное поле. Фаза роста, естественно, быстро сменялась нелинейной фазой с более или менее стационарным поведением магнитного поля.

Чрезвычайно важно, что, меняя не очень драматическим образом параметры установки, система смогла воспроизвести все основные режимы поведения магнитного поля в нелинейном динамо, которые известны по наблюдениям магнитного поля в различных небесных телах. Это, во-первых, стационарные колебания магнитного поля, как в солнечном цикле. Во-вторых, начальный рост, выходящий на стационарное значение магнитного поля, как в галактиках. Наконец, это длительные промежутки практически стационарного магнитного поля, которые сменяются очень быстрыми инверсиями его направления. Последовательность моментов этих инверсий удивительно напоминает (разумеется, в другом масштабе времени) последовательность инверсий геомагнитного поля, известную как шкала геомагнитной полярности.

Это значит, что все те режимы, о которых астрофизики догадывались на основании очень сложных наблюдений, – это не просто смелые фантазии. Такое подтверждение со стороны экспериментальной физики дорогого стоит, хотя, безусловно, никто не воспринимает установку в Лионе как действующую модель Солнца, Земли и Млечного Пути.

Несколько лет назад на всех заседаниях, на которых начальство рассказывало нам о текущей работе, успехах, недостатках и перспективах тех институтов и университетов, где мы работаем, возникала одна и та же картина. Докладчик говорит: «Средняя зарплата в нашей организации составляет столько-то». Люди в зале недоуменно переглядываются и перешептываются: «Где он видел людей с такими огромными зарплатами?» Переводя этот диалог в плоскость теоретической физики, приходишь к выводу, что среднее значение какой-то характеристики оказывается намного больше ее типичного значения. С точки зрения преподаваемых в школе основ статистической физики (они там известны как молекулярно-кинетическая теория газов) это полная дикость. Этого, как говорил классик, не может быть, потому что этого не может быть никогда.

Однако, как говорят герои мультфильма «Приключения капитана Врунгеля», «порой не верится, друзья, и все-таки бывает». Все дело в том, что в школе нам рассказывают о системах, находящихся в равновесии или близком к нему состоянии. Там действительно среднее значение случайной величины дает представление о типичных значениях, а среднеквадратичное отклонение – о том, насколько эти значения отклоняются от среднего.

Динамо занимается системами, очень далекими от равновесия. В них магнитное поле растет экспоненциально, подобно взрыву. При их изучении систематически возникают ситуации, когда средние, среднеквадратические и типичные значения всяких входящих в теорию величин начинают вести себя совсем по-разному.

Такое явление называется перемежаемостью. Слово пришло из медицины, где оно означает состояние, в котором пациент скорее жив, чем мертв. Печальная аналогия, но слово прижилось.