Så blev fysikpristagaren Hannes Alfvén favorit inom pseudovetenskapen

Vetenskapshistorien kan se tydlig ut i backspegeln. För oss som sitter med facit på vilka resultat som stått sig med tiden framstår historien som en lång rad av smarta hypoteser, som bekräftats och blivit vedertagna sanningar. Vid en närmare titt består vetenskapen däremot av vindlande och prövande försök att få rätsida på verkligheten. Många av de spår som forskarna följer visar sig leda till återvändsgränder.

Ett exempel är Hannes Alfvén (1908–1995) och hans livsgärning. Han tilldelades Nobelpriset i fysik 1970 och har lämnat efter sig begrepp som generation efter generation av fysiker får lära sig. Han förespråkade också idéer som nästan genast föll platt och som i dag är helt utdöda.

Han var dessutom en stark personlighet, som gärna gav sig in i debatt både inom forskarvärlden och i övriga samhället. Inte minst var han en mycket aktiv kärnkraftsmotståndare. Han var medietillvänd och blev ganska känd.

Hans sätt att sätta sig på tvären har också gjort honom populär bland människor som vill ifrågasätta etablissemanget. På senare år har Hannes Alfvén blivit omhuldad av anhängarna av en pseudovetenskaplig kosmologi som kallas för ”det elektriska universum”. Detta elektriska universum har mycket lite att göra med Hannes Alfvéns egna idéer, men ändå framhålls han som något av ett skyddshelgon för deras tankegångar. Det här är en detalj som vi får lov att återkomma till. Men låt oss först bena ut vad Hannes Alfvéns liv kan säga om hur vetenskapen fungerar.

Det som flest fysiker i dag känner till om Hannes Alfvén är hans arbete inom plasmafysiken.

Så fort en andel av en gas utgörs av atomer som har separerats från en eller flera elektroner är gasen ett plasma, som får annorlunda egenskaper på grund av elektriska och magnetiska effekter.

Hannes Alfvén lade grunden till en del av plasma- fysiken som kallas magnetohydrodynamik. Den behandlar plasmat med hjälp av verktyg från både hydrodynamik (läran om vätskors rörelse) och elektromagnetism. Redan 1942 presenterade Hannes Alfvén sin idé om att rörelser i en elektriskt ledande vätska i ett magnetfält ger upphov till vågrörelser. Sådana vågor kallas i dag för Alfvénvågor.

– Hans namn förekommer i de flesta av våra artiklar, säger Tünde Fülöp, professor vid Chalmers tekniska högskola.

Tünde Fülöp har själv nyligen tilldelats 2024 års Alfvén Prize från det europeiska fysiksamfundet EPS för sin forskning i teoretisk plasmafysik. Hon arbetar med plasma som stängs in i starka magnetfält för att åstadkomma kontrollerad fusion – något som många hoppas ska bli en viktig kraftkälla i framtiden. Hannes Alfvén har gjort starka avtryck i fusionsforskningen.

Ännu mer har han betytt för forskningen om plasma i rymden.

Innan solsystemet bildades var den materia som jorden och de andra planeterna nu består av del av ett elektriskt laddat gasmoln – ett rymdplasma. Över 99 procent av solsystemets massa finns i solen, och solen består också av plasma, så plasma dominerar fortfarande. Likadant ser det ut i resten av rymden: I stort sett all vanlig materia (till skillnad från okänd mörk materia) förekommer i form av laddade partiklar, och därmed elektriska och magnetiska fält. Hannes Alfvén själv brukade använda beteckningen kosmisk elektrodynamik för studiet av de här fenomenen – kanske en mer beskrivande term än den diffusa rymdfysik som används i dag och som för en oinvigd kan ge intryck av att syfta på all fysik utanför jorden.

Hannes Alfvén lär ha varit populär bland studenter och doktorander, och han byggde upp en viktig forskargrupp.

– Vi i Sverige är starka inom rymdfysik, och det är bland annat tack vare Hannes Alfvén, säger Yuri Khotyaintsev, som är chef för forskningsprogrammet rymdplasmafysik på Institutet för rymdfysik.

Hannes Alfvén hade många idéer och ett eget sätt att närma sig problem. Han var inte heller rädd för polemik. När tidskriften American Scientist 1988 publicerade hans minnen av forskning om kosmisk strålning under rubriken Memoirs of a dissident scientist, tyckte redaktörerna att de behövde rama in den med en liten text där de bland annat skrev:

”Vi återpublicerar dessa minnen inte för att ta ställning, vare sig för Alfvén eller någon annan, utan för att hjälpa till att belysa på vilka oberäkneliga sätt vetenskapliga idéer tar form.”

Vetenskapens idéer påverkas av färgstarka personligheter, liksom av den tidsanda och de institutioner som gör forskningen möjlig. Det här åskådliggör teknikhistorikern Svante Lindqvist i sin omfångsrika bok Tidens retorik: Bilden av Hannes Alfvén (Carlssons, 2023). Bland annat spelade det stor roll att Hannes Alfvén fick en tjänst på Kungliga tekniska högskolan, KTH, och fick de resurser och kontakter han hade där i samarbete med industrin.

– Han hade fått mindre genomslag om han hade hamnat i Lund. Då hade han nog bara varit en kufig professor som ingen brydde sig om, spekulerar Svante Lindqvist.

För att förstå hur Hannes Alfvén blev den han blev vill Svante Lindqvist placera honom i sitt sammanhang i tiden och i de institutioner han verkade inom.

Redan som liten läste Hannes Alfvén böcker av Camille Flammarion, en av 1800-talets största populärvetenskapliga författare. Sedan dess bar han med sig intresset för den kosmiska fysiken, som han själv uttryckte det. Uttrycket rymmer allt från norrskensforskning, över astrofysik, till de största kosmologiska frågorna.

Samtidigt var han, som alla unga nördar från 1920-talet och framåt, intresserad av radio. De riktigt involverade kallades ”radioter” och byggde sina egna radioapparater. Hannes Alfvén har berättat i en intervju för Sveriges Radio 1981 om hur han lyckades få in signaler från Aberdeen och kunde lyssna på musik som nådde fram mot en bakgrund av kraftigt brus. Radiointresset ledde honom till att studera elektronik och elektroteknik. Hans doktorsavhandling 1934 handlade om svängningar med hög frekvens i en elektrisk krets med elektronrör. Kärnfysik var ett viktigt ämne vid Uppsala universitet och han sysslade också med strålningsdetektorer, vilket fick honom att redan som doktorand skriva sin första artikel om kosmisk strålning.

Han stannade kvar vid Uppsala universitet under några år efter disputationen, innan han gick vidare till Nobelinstitutet för fysik varpå han fick en professur vid KTH 1940.

Vid det laget hade han redan publicerat ett antal arbeten om kosmisk strålning, det vill säga partiklar med hög energi som anländer från rymden. Han hade tänkt en hel del på olika mekanismer som kan accelerera partiklar, och därmed på vilka fält och partikelrörelser som kan förekomma i det som andra mest betraktade som tomrum.

Plasmafysik var vid den här tiden något ganska outforskat. Amerikanen Irving Langmuir (1881–1957) hade gjort försök med elektriska urladdningar i gaser och föreslagit beteckningen plasma för tillståndet som uppstår när en gas blir joniserad, men det hade ännu inte blivit etablerat. I Norge hade Kristian Birkeland (1867–1917) gjort försök med en modell av jorden och dess magnetfält, och reproducerat ett mönster av lysande cirklar kring polerna, som kan jämföras med jordens norrskensområden. Ett nytt forskningsfält var på väg att uppstå, och Hannes Alfvén gav sig entusiastiskt in i dessa gåtor. Han fortsatte att syssla med elektroteknik och högspänning, men började också att publicera artiklar om magnetiska stormar, norrsken och olika solfenomen. De här olika spåren korsbefruktade varandra, genom den gemensamma faktorn laddade partiklar som rör sig i elektromagnetiska fält.

1942 tog den vetenskapliga tidskriften Nature in en kort artikel av Hannes Alfvén som beskriver de vågor som senare fått hans namn, och som gav honom ett Nobelpris 1970. Artikeln togs emot ganska väl, men somliga var skeptiska. Enligt Hannes Alfvén lossnade det först 1948 när han träffade den berömda kärnfysikern och Nobelpristagaren Enrico Fermi, och diskuterade rymdens magnetfält med honom. Fermi nickade och sade att naturligtvis måste sådana vågor finnas. När Enrico Fermi sedan skrev en artikel om en möjlig mekanism för acceleration av partiklarna i den kosmiska strålningen, tackade han Hannes Alfvén för det han hade lärt sig av honom om kosmisk magnetism.

Många av de olika fenomen som Hannes Alfvén resonerade om var omöjliga att bekräfta före rymdåldern. Med de första rymdsonderna blev det uppenbart att rymdens tomrum var fullt av elektromagnetiska fenomen, som kunde beskrivas bland annat med Hannes Alfvéns magnetohydrodynamik. Där finns strålningsbälten, gränsskikt, vågor som transporterar energi på olika sätt.

Plasmafysik är mycket komplicerat, och Hannes Alfvén var alltid noga med att varna för överförenklingar. Han tyckte också att det var viktigt att grunda teorin i handfasta experiment, och att tolka rymdfenomen utifrån resultat i laboratoriet.

Det här är forskning som i högsta grad fortfarande pågår och utvecklas.

– Vi är inte helt framme vid en fullt adekvat plasmafysik för astronomiska tillämpningar, även om grunderna är väl förstådda, säger astronomen Bengt Gustafsson, professor emeritus vid Uppsala universitet.

Magnetohydrodynamik ingår som en självklar del av fysikens verktygslåda, men den har också sina begränsningar. Den hanterar till exempel plasmat som en kontinuerlig vätska i stället för en samling partiklar, vilket ibland fungerar bra men i vissa lägen är otillräckligt.

Hårt arbete med att förstå plasmafysiken pågår också inom fusionsforskningen, när fysiker försöker stänga in plasma i starka magnetfält och hetta upp det. Bland de svårbehärskade fenomenen nämner plasmafysikern Tünde Fülöp lägen när elektroner ”skenar” och får mycket hög energi, något som hon själv har arbetat mycket med att försöka förstå.

Under 1950-talet fick Hannes Alfvén också möjlighet att vara en del av den spirande fusionsforskningen, eftersom plasma i en fusionsreaktor har mycket gemensamt med plasma i rymden. 1956 arrangerade Hannes Alfvén ett symposium på KTH om elektromagnetiska fenomen i kosmisk fysik. Svante Lindqvist be­skriver hur detta i praktiken blev den första internationella konferensen om fusion. Vid den här tiden höll hemligstämplarna på att tas bort från fusionsforskningen, som innan dess hade varit sammankopplad med utvecklingen av vätebomben.

När en konferens om atomenergi hölls i Genève 1958 var fusion den hetaste frågan. I egenskap av namnkunnig forskare från ett neutralt land fick Hannes Alfvén hålla invignings- och avslutningstalen på fusionssessionen.

Att vissa andra av Hannes Alfvéns idéer däremot inte fungerade är varken udda eller oväntat. Många briljanta infall inom vetenskapen visar sig vara fel, och de flesta av dem glöms sedan bort. Men det betyder inte att de var dumma eller onödiga.

– Vilda spekulationer kan vara en primär drivkraft för att försöka förstå det vi inte vet, säger Bengt Gustafsson.

Hela livet var Hannes Alfvén mycket intresserad av universums ursprung och utveckling. Det var dessa frågor han brann starkast för och fortsatte att arbeta med allra längst.

En del av hans arbete handlade om solsystemets uppkomst, eller kosmogoni som det kallades förr. Hannes Alfvén skrev sin första artikel om det redan 1942, men det var från 1967 och framåt som han utvecklade idéerna mer. Han hade då tagit tjänst som gästprofessor vid University of California, San Diego, var tjänstledigt halvårsvis från KTH och bodde i Kalifornien halva året, något han fortsatte med ända fram till 1988.

I San Diego mötte han en annan svensk, Gustaf Arrhenius, som var professor i oceanografi. De delade intresset för frågan om jordens ursprung och skrev tillsammans en serie artiklar som i stort sett fallit i glömska. I Hannes Alfvéns kosmogoni inverkar magnetfält och partikelprocesser på planetbildningen, bland annat genom att separera vilka grundämnen som ansamlas i olika delar av solsystemet. I dag vet forskare att elektromagnetiska fenomen visserligen spelar in när planetsystem bildas, men att det inte fungerar så som Alfvén och Arrhenius föreslog.

Under 1960-talet tog Hannes Alfvén också upp striden mot big bang. Det fanns då en rad forskare som var kritiska mot idén om att universum har uppkommit vid någon viss tidpunkt. Hannes Alfvén var uttalad ateist och såg big bang som en smygreligiös idé. Att big bang-hypotesens upphovsman Georges Lemaître var katolsk präst gjorde inte saken bättre. Bland dem som hade uppslag till alternativa kosmologier fanns den kända teoretiska fysikern Oskar Klein vid Stockholms universitet, och tillsammans med honom utarbetade Hannes Alfvén en egen kosmologi.

Grundtanken var att all massa i det synliga universum – som de kallade metagalaxen – tidigare varit glest utspridd och sedan börjat dra ihop sig under sin egen gravitation. Massan utgörs både av materia och antimateria. När tätheten blev tillräckligt hög skulle partiklar av motsatt slag ha stött ihop, förintats och avgett energi, som hettade upp omgivningen och fick den att expandera igen. På så vis förklarade de att universum i dag växer i alla riktningar. Bland alla stjärnor och galaxer vi ser fanns i deras modell områden av materia och områden av antimateria, separerade av elektromagnetiska skikt som håller dem i åtskilda bubblor.

Bengt Gustafsson deltog i en seminarieserie som hölls av Hannes Alfvén och Oskar Klein på 1960-talet. Där möttes omkring tjugo personer för livliga diskussioner kring kosmologiska problem.

– Där fanns en pionjäranda. Men bland många astronomer fanns också en skepsis, säger Bengt Gustafsson.

Diskussionerna kunde bli livliga. Astronomen Aina Elvius ville gärna pröva nya idéer, och publicerade några artiklar om hur de nyupptäckta kvasarerna kanske kunde förklaras som explosioner av materia och antimateria. Det här visade sig dock så småningom inte stämma.

Det var heller inte lätt att se hur tillräckligt stora mängder materia skulle kunna separeras från antimateria för att vi skulle få en om­givning som mest bestod av vanlig materia. Astronomer sökte efter tecken på de gränsskikt som i så fall också borde finnas mellan områden med materia och antimateria, men utan att hitta något.

Idén är ändå attraktiv då den undviker mysteriet att det finns så mycket mer materia än antimateria, trots att de processer där de skapas och förintas är i stort sett symmetriska.

– Och så behövs inte den besvärliga singulariteten med tidens början i ett oändligt tätt tillstånd, säger Bengt Gustafsson.

En singularitet är en punkt i beräkningarna där ekvationerna bryter samman och inte fungerar längre, som i centrum av ett svart hål eller just vid universums början. Där saknar vi en beskrivning av hur fysiken fungerar, och därför är det tilltalande med en teori som inte leder till någon singularitet.

Det som enligt Bengt Gustafsson för de flesta avgjorde att Kleins och Alfvéns kosmologi inte kunde stämma var teoretiska beräkningar, som gjordes bland annat av en efterträdare och tidigare student till Oskar Klein i teoretisk fysik i Stockholm, Bertel Laurent. Tillsammans med sin student Lars Söderholm visade Bertel Laurent att det inte gick att få ihop den tillgängliga energin för att få metagalaxen att sluta dra ihop sig, och expandera så mycket och till så stora hastigheter så att det motsvarar det universum man kan observera. Problemen blev allt allvarligare när man kunde se allt längre bort i universum med allt effektivare instrument.

Hannes Alfvén själv övertygades däremot inte av det här argumentet. Han arbetade med sin kosmologi livet ut, längre och längre bort från huvudfåran i kosmologisk forskning. I början av 1990-talet gjorde satelliten Cobe de första precisionsmätningarna av den kosmiska bakgrundsstrålningen, som satte kosmologin på fastare grund som observationell vetenskap. Hannes Alfvén hann bara uppleva början av detta och tycks inte ha ruckats i sin inställning.

Själv brukade han berätta om två upptäckter han fascinerats av som ung. Det var Niels Bohrs atommodell och Alfred Wegeners teori om kontinentaldriften. Den förra hade tagits  väl emot i forskarvärlden, men sprangs om av den nya kvantmekaniken inom tio år. Den senare visade sig så småningom vara riktig, men det tog 50 år innan den blev vedertagen. Med de här exemplen ville Hannes Alfvén illustrera hur vissa av hans egna teorier snabbt accepterats i forskarvärlden, medan andra tog längre tid. Han tycks ha varit övertygad om att hans kosmologi skulle följa samma mönster som kontinentaldriften: Med tiden skulle plasmauniversum bli vedertagen sanning. I alla fall tolkar teknikhistorikern Svante Lindqvist honom så, efter att ha ägnat många år åt att studera Hannes Alfvéns liv och gärning.

– Han var fullkomligt övertygad, så han kunde dö lugn och förvissad om att det skulle visa sig att han hade rätt, säger Svante Lindqvist.

Det betyder inte att han saknade förmåga att ändra sig. Hans uppfattning om ursprunget till kosmisk strålning ändrades till exempel över tid. Ett kanske ännu tydligare exempel är hur han talade om fenomenet att magnetfältlinjer kan bli ”infrysta” i ett plasma och dras med i dess rörelser. Det var något han själv hade upptäckt, och den teoretiska motiveringen kallas än i dag för Alfvéns teorem. Det här blev med tiden ett så etablerat verktyg att alla använde det, men Hannes Alfvén började avråda från det. Plasma är för komplicerat för att det ska vara en bra idé att reflexmässigt tillämpa samma regler i varje situation. Fältlinjer kan vara infrysta i vissa situationer, och under andra förhållanden inte. Eller som Tünde Fülöp uttrycker det:

– Man ska inte använda teorierna utanför sina giltighetsområden.

När plasmafysiker började hänvisa till infrysta magnetfält alltför vitt och brett, satte Hannes Alfvén upp fenomenet på sin lista över kännetecken på överförenklade sätt att handskas med rymdfysik. Det berodde antagligen mest på att han tyckte att den användes fel, men Svante Lindqvist tror att det också spelade in att han trivdes med att gå lite på tvären.

– Hannes Alfvén skulle inte ha tyckt om att vara i ett rum där alla höll med honom, säger Svante Lindqvist.

Utanför fysiken nämns Hannes Alfvéns namn numera ganska sällan. KTH är måna om att framhålla minnet av honom, eftersom han är deras enda egna Nobelpristagare. I övrigt är undantaget den grupp som nämndes i början av artikeln, som står utanför den akademiska forskningen och propagerar för ”det elektriska universum”. I den här alternativa kosmologin drivs kosmos utveckling av elektricitet snarare än av gravitationen: I stället för fusion drivs stjärnor av elektriska urladdningar, det finns inga svarta hål, big bang har inte inträffat och Albert Einsteins relativitetsteorier är felaktiga. Det finns en subkultur som sysslar med egna förklaringar av universum och där det elektriska universum ingår. De alternativa förklaringarna drivs ofta av en inställning att världsalltet måste vara begripligt för var och en. Eller som Wallace Thornhill, en av upphovsmännen bakom det elektriska universum, sade till nättidskriften Vice Motherboard: ”Vetenskapen återbördas till folket – till garagebyggaren, till den praktiska ingenjören och till naturfilosofen.”

Det elektriska universums anhängare citerar gärna kritiska saker som Hannes Alfvén sagt om otillräckliga och felaktigt tillämpade matematiska teorier. Det är den frispråkiga delen av Hannes Alfvéns persona som har tagit skruv. Däremot verkar de inte tillämpa någon av Hannes Alfvéns egna formler för att beräkna något. De plockar upp idéer från Hannes Alfvén och Oskar Klein, men bortsett från ytliga likheter har det elektriska universum mycket lite att göra med de svenska professorernas plasmauniversum.

Det elektriska universum kan inte ersätta den gängse kosmologin och astrofysiken. Det behövs detaljerade modeller, beskrivningar och förklaringar som passar ihop med resten av den samlade kunskapen. Alla modeller och formler får sedan testas på olika sätt, och prövas mot nya rön, precis som vi såg hända med Hannes Alfvéns egen kosmologi och kosmogoni. De varianter som visar sig bäst stämma överens med annat blir de som överlever i längden. Det kan ta lång tid att avgöra vissa kontroverser, och vetenskapens frontlinjer kommer alltid att rymma gåtor, motsägelser och svårigheter, men för att ens komma med i diskussionerna behöver modellerna gå att jämföra på samma sätt.

De modeller och hypoteser som visar sig fungera och fylla en lucka i vetenskapens förståelse består. När allt annat som Hannes Alfvén gjorde har glömts bort igen kommer troligen Alfvénvågorna fortfarande att leva kvar inom plasmafysiken. Den här artikeln kan få sluta med samma ord som Hannes Alfvén avrundade sin Nobelföreläsning:

Ty i begynnelsen var plasma.