古人目击神秘巫火、马祖火,球形闪电究竟是什么?
古人目击神秘巫火、马祖火,球形闪电究竟是什么?
这幅插画来自法国,描绘了球形闪电穿越窗户进入室内的景象,这一奇特现象在历史文献中亦有所记载,并非首次出现。
© Alamy Stock Photo
利维坦按:
文中所述的“圣艾尔摩之火”,亦称巫火,古时在我国被称为马祖火,这是一种自古便为航海者所熟知的自然现象。它常在雷雨天气中显现,尤其在船只桅杆顶端等尖利物体上,呈现出类似火焰的蓝白色光芒。此外,圣艾尔摩之火亦能在牛羊等牲畜的角尖,或是其他尖锐物体上出现。圣艾尔摩之火是电晕放电的一种表现,它发生的原因是周围环境存在极大的电势差,这种电势差在雷雨天气尤为常见。当电势差超过空气的击穿电压,即大约每米300万伏时,空气便转化为导体(等离子体)。在这一导电过程中,空气会发出强烈的光芒。
1195年6月7日,一名来自坎特伯雷的英国本笃会修士格维斯,见证了伦敦城上空一场突如其来的雷暴。这场雷暴显然超出了他的预料,令他感到震惊。
6月7日,临近傍晚时分,伦敦天际突然笼罩了一片浓重的乌云,这云层迅速蔓延开来,周围却依旧沐浴在明媚的阳光下。在这片乌云的中心,似乎有一个类似磨坊出口的形状,我不清楚这白色物质究竟从何而来。这团物质逐渐聚集成一个球状,漂浮在泰晤士河与诺维奇主教住所之间。紧接着,一个火球坠入河中;它旋转着,反复地撞击着主教住所的墙壁。
约四百年之后,在1638年10月21日这一天,德文郡荒凉小镇怀德康比遭遇了一场猛烈的暴风雨。当时,镇上的众多居民正沉浸在教堂的礼拜之中,突然间,他们目睹了一系列异常的景象:
一声令人胆战心惊的巨响响起,雷声震耳欲聋,伴随着令人恐惧的奇异闪电……火焰般的闪电瞬间照亮了整个教堂,教堂内弥漫着浓烟和类似硫磺的气味。他们首先目睹了一个巨大的火球从窗户飞入,横穿教堂,这一幕让全体会众惊恐万分,大多数人吓得跌坐在座位上……
后世的匿名艺术家通过木刻版画艺术手法,生动地展现了怀德康比教堂内发生的火球现象。
目击者表示,一个庞大的火球在教堂内四处飞舞,破坏了石质与木质结构,同时引燃了信徒们的衣物。火球甚至一度分裂成两半,其中一半击碎了窗户,另一半则在教堂的某个角落神秘消失。这场灾难造成4人丧生,60人受伤,留下的只有挥之不去的浓烟和刺鼻的硫磺气味。这成为了关于球状闪电的最早两次记录。球状闪电堪称最为神秘、最为稀有的自然现象之一。这种物体通常被描绘成一种飘浮的发光球体或是火焰球,它能够自行游走,最终却突然间不见了踪影。
尽管首次关于球状闪电的文献记载只能追溯到12世纪,但人类或许在文明起源之时就已经遭遇了这一现象。以日本民间传说为例,其中便有关于“人魂”的记载,那是一种会发光的球形物体,人们普遍认为那是已故之人的灵魂,它们在夜晚伴随人们行动。
赫尔曼·亨德里克( )《鬼火与蛇》。©
此类现象亦涵盖澳大利亚腹地的“明冥火灵”(Min Min)以及欧洲民间故事中的“鬼火”——一种在湿地和沼泽地面上闪烁的淡蓝绿色光芒。然而,这两种现象的成因各异,明冥火灵可能是由于汽车前灯及其他光源在冷空气层的折射作用下产生的;而鬼火则是由于沼泽中的气体,如磷化氢、二磷烷和甲烷与空气接触后自发燃烧所致。
鬼火看起来可能是这样的。© Sean B.
球状闪电之所以难以界定,除了其罕见性,还因为其在不同目击案例中显现出多样的形态。尽管它通常与雷暴相伴,却也能在晴朗的天气中出现,更有趣的是,在地震发生时,它也频繁出现。目击者所述,这些球状物体的大小介于数厘米至数米,其色彩涵盖淡蓝至黄、橙、红,乃至粉红,形态各异,包括球形、长方形、盘形、棒形,以及多叶形。在多数情形下,它们悄无声息地消散,而在某些时刻,它们会发出嗡嗡或噼啪的响声,紧随其后的是一阵剧烈的轰鸣古人目击神秘巫火、马祖火,球形闪电究竟是什么?,随后便消失得无影无踪。尽管球状闪电多见于陆地,然而在海洋上亦有过遭遇,正如英国船员约翰·豪威尔在1726年12月所记载的那样:
8月29日,我们航行在佛罗里达湾,突然一个庞大火球自天而降,将我们的桅杆击得粉碎,这一幕令人难以置信;它还摧毁了主梁,以及船底的三块船板和甲板上的三块木板。一人当场丧生,另一人的手被炸飞,若非暴雨及时降临,我们的船帆恐怕早已被烧成一片火海。
二十三年后,即1749年,英国皇家海军的一艘战列舰“蒙塔古号”上,格雷戈里博士(Dr.)披露了一系列事件:
1749年11月4日,正值正午时分,海军上将钱伯斯在蒙塔古号舰上,目睹了一个巨大的蓝色火球,其距离大约三英里。他们迅速降下顶帆,然而火球来势迅猛,主帆尚未升起,火球便几乎垂直上升,在距离主锚链条约四五十码处爆炸。爆炸声宛如数百门大炮齐射,空气中弥漫着浓烈的硫磺味。主桅杆在爆炸中化为无数碎片。五人倒地,其中一人受重伤。爆炸发生前,那火球宛如巨大的磨盘,其庞大程度令人咋舌。
近期内古人目击神秘巫火、马祖火,球形闪电究竟是什么?,球状闪电现象甚至出现在了飞机之中,享有盛誉的英国射电天文学家罗杰·克里夫顿·杰尼逊(R.C.)于1963年3月19日记录了这样一次观测经历:
我身处一架由全金属构成的客机内部,该机属于东方航空EA539航班,系美国东方航空的航班,该公司成立于1926年,后于1991年关闭,曾是美国国内的主要航空公司。编者注:该航班正在执行从纽约至华盛顿的夜间飞行任务。突然,飞机遭遇到了雷暴,随即被一道明亮的闪电所包围。几秒钟过去,一个直径略超20厘米的发光物体在驾驶舱内显现,沿着飞机通道迅速穿梭,与我保持大约50厘米的距离,在整个视野范围内,它始终维持着一致的高度和飞行方向。
一些知名人士也曾不期而遇球状闪电,例如英国的神秘主义者阿莱斯特·克劳利,以及俄国的沙皇尼古拉二世。尼古拉二世在年幼时,曾在彼得霍夫拜访其祖父亚历山大二世时,亲眼见证了这一奇特现象。
在教堂里做礼拜时,我和祖父正遭遇着狂风暴雨,闪电一道接一道地划破天际,雷鸣之声宛如要将世界震碎。就在这时,天空变得异常昏暗,一阵狂风从敞开的教堂大门中猛扑进来,熄灭了圣坛前的蜡烛。雷声变得更加响亮,我猛然间看到一颗火球从窗户疾速飞来,直奔圣像的上方。这火球(即闪电)在地面转了一圈后,越过悬挂的灯具,飞出教堂,消失在公园之中。心沉到了谷底,我瞥了一眼祖父——他的面容异常平静。我觉得自己的恐惧显得不合时宜。人们只需观察眼前发生的一切,并信赖上帝的慈悲,正如我的祖父所做的那样。当一道闪电球划过整个教堂,猛然从门扉中射出时,我又一次望向我的祖父。他嘴角泛起一抹淡淡的笑意,向我轻轻地点了点头。我的恐惧随之消散,自那以后,我对暴风雨再无惧色。”
这些记录清晰地揭示了球状闪电的另一种令人费解的特性。在这些记录中,我们观察到,这些光球有时似乎对周围环境无动于衷,它们能够轻易地穿越墙壁和其他固体物质,不留任何痕迹。然而,在另一些情况下,它们却展现出极大的破坏力,能够击碎窗户、引发火灾,甚至导致人员伤亡。更为令人费解的是,它对导电材料的效应似乎显著超越了非导电材料:在众多有关球状闪电的记录中,电表和金属管等金属制品常常被剧烈地从建筑物上拽落,随后被扔向街道。
球状闪电悄无声息地穿过壁炉,进入了屋内,这一现象被记录在G·哈特韦格所著的《空中世界》一书中,该书成书于1886年。版权所有,© & Radar。
尽管在众多报道中,关于这些光球留下的气味细节大致相同,它们往往散发出类似硫磺的味道,然而,尽管研究球状闪电是一项极具挑战性的任务,但实际上,它的出现频率并不像人们普遍所想的那样低。在1960年,《美国物理学会等离子体物理分会论文集》中有一篇论文,作者J·R·麦克纳利(JR)对约10000份目击报告进行了分析,最终得出结论,全球约有5%的人在其一生中至少目睹过一次球状闪电。这揭示了该现象在现实中颇为常见,然而,地球辽阔无垠,并非总有人——更不用说那些受过专业训练、装备齐全的科学家——能够亲眼见证。有些科研工作者实属幸运。比如,在1965年,苏联大气化学家米哈伊尔·德米特里耶夫在俄罗斯西北部的阿尔汉格尔斯克邻近地区开展探险活动时,一道闪电突然击中了其营地周边的地面。一道闪电之下,一个直径大约16厘米的火球突然出现,它在地面附近盘旋了片刻,接着掠过营地,沿途发出噼啪声响。之后,火球飞入邻近的树林中消失,只留下了一缕深蓝色的烟雾和一种令人不适的气味。德米特里耶夫立即动用一套真空采样袋对烟雾进行了采集。经检测,这些样本中的臭氧和二氧化氮浓度竟然是正常值的50至100倍。这些气体通常由高压放电产生。
2022年10月,空客机长路易斯·安德烈斯(Luis)在执行从迈阿密飞往丹佛的航班任务期间,捕捉到了一幅令人叹为观止的“圣艾尔摩之火”奇观。这一壮丽景象由摄影师Luis本人所记录,并由SWNS媒体机构拥有版权。
实际上,球状闪电往往与一种更为普遍的“圣艾尔摩之火”混淆不清。这种“圣艾尔摩之火”表现为一种蓝色的电晕放电,它常常出现在船舶的桅杆或飞机的机翼上。然而,这两种现象实际上有很大的区别。首先,“圣艾尔摩之火”的产生需要依靠一个尖锐的尖端或边缘来突破周围的空气,以实现电的击穿。而球状闪电则完全不同,它是独立且稳定的。
手持火焰之球的特斯拉形象,由沃里克·戈布尔创作,完成于1899年。版权所有。
在自然条件下对球状闪电的观测极为不易,因此众多研究工作转向了实验室模拟这一现象。其中,成功实现这一目标的人士之一,便是广受喜爱的塞尔维亚“疯狂”科学家尼古拉·特斯拉。1904年3月5日,他在《电气世界与工程师》杂志上宣布:
我未曾目睹火球之景,然而为了填补这一遗憾,我后续成功揭示了其生成规律,并成功人工复制了这些火球。
当时的新闻报道提到,特斯拉为了迎合顾客,频繁制造直径仅几厘米的闪电球。然而,对特斯拉而言,这不过是他研究无线能量传输过程中一个意外的附带成果,他对这一领域的探讨并不多。值得注意的是,当时媒体对特斯拉的描述多有夸大,因此,对于这些言论,我们应持谨慎态度。尽管如此,特斯拉的引人入胜的实验依旧激发了后世对球状闪电研究者的灵感。紧接着,英国物理学家詹姆斯·L·塔克(James L. Tuck)成为了深入研究球状闪电的关键人物。身为一位爆炸物领域的专家,塔克曾是二战时期曼哈顿计划英国代表团的一员。战争结束后,塔克选择留在洛斯阿拉莫斯国家实验室,并积极投身于核聚变研究的初期阶段。在这段时间里,塔克听闻众多二战潜艇成员的叙述,他们讲述在关闭潜艇电池与电动机的连接开关后,不经意间触发了球状闪电。这些火球在甲板上方徘徊良久,甚至有时会灼伤他们的腿部。这些奇闻异事激起了塔克的浓厚兴趣,他坚信揭开球状闪电的神秘面纱,或许能助力解开一个更为关键的科学之谜。
詹姆斯·塔克的或然器。© photo
当时,多数核聚变研究主要依托“压缩”这一理论——通过磁场手段对等离子体进行限制与压缩,以触发原子核的聚变并释放出能量。与后来采用的类似甜甜圈形状的托卡马克反应堆不同,早期的实验并未致力于对等离子体进行长期束缚,而是力求迅速引发核聚变,并在等离子体消散之前尽可能地收集能量。遗憾的是,包括莱曼·斯皮策在内的所有早期实验性核聚变反应,都未能成功。
Lyman
的仿星器
,以及詹姆斯·塔克的或然器
)都因等离子体内部的不稳定性而以一次次失败告终。
莱曼·斯皮策的仿星器。©
当时,大众普遍认同球状闪电属于等离子体范畴——由高温电离气体构成的一种高温物质。然而,与仿星器和或然器不同,球状闪电中的等离子体竟能够不知缘由地持续数分钟保持全封闭与稳定状态。塔克认为,探究这一现象背后的原因,或许就能揭开核聚变之谜。令人庆幸的是,他很快在洛斯阿拉莫斯的储藏室内找到了一套完整的潜艇电气系统。塔克成功地说服了同事们,在一片废弃的测试掩体内安装了那套设备。在此后的两年半时间里,他们进行了数千次电池的充放电操作,并将每一次的实验结果都详细地记录在了胶片上。尽管大多数实验仅产生了普通的火花,然而在重新审视一次测试的胶片时,塔克在其中的四帧中意外地发现了一个发光的白色球体,其直径大约为4厘米,并且这个球体正迅速地在地面上方移动。遗憾的是,实验用的掩体不久后遭到了拆除,这导致塔克无法再进行他的研究。1973年,塔克从洛斯阿拉莫斯研究所退休,并在1980年离世,享年70岁。在此期间,塔克曾与多人为伴,共同分享他的球状闪电图像,其中包括来自马萨诸塞州布罗克顿的独立研究者罗伯特·K·戈尔卡(K. Golka)。戈尔卡作为尼古拉·特斯拉的忠实信徒,他立志要将特斯拉的愿景变为现实,那就是以无线技术将电力传输至全球各地,同时致力于将核聚变能转化为一种清洁且取之不尽的能源球形闪电真实照片,以供未来使用。
戈尔卡和他的特斯拉线圈。©
1974年,戈尔卡搬迁至犹他州的温德沃,并在温德沃空军基地周边一处占地60万平方英尺的闲置机库中定居。他利用军队的剩余部件和当地垃圾场的废弃材料,成功组装了全球最大的特斯拉线圈。随后数年,他多次激活这庞大的线圈,制造出长达数米的2000万伏特闪电。然而,这种令人难忘的光影表演,仅在极少数时刻能够呈现出类似球状闪电的现象。1980年,戈尔卡的实验突然中断。此前,美国空军曾象征性地以每年1美元的租金将机库租借给他,但后来却将机库转手给了温德沃镇,而温德沃镇随即大幅提高了租金,增幅高达2400%。这场争议在戈尔卡与温德沃镇之间持续发酵,演变成一场漫长的法律大战。镇上的居民与当局均视戈尔卡为不劳而获的狂人。终于,戈尔卡选择离开温德沃,重返马萨诸塞州,并立志重现詹姆斯·塔克的潜艇电池实验。然而,那时二战时期的潜艇电池变得极为稀缺。戈尔卡联络了波士顿与缅因铁路公司的负责人,并成功地说服了他提供两台机车、若干节货车车厢以及半英里长的铁轨。在1985年3月的《无线电电子》杂志上,戈尔卡记录了这一事件。
为了开展实验,我特意将潜艇用断路器接入到了位于机车底部、由1600马力柴油发电机构成的发电机与2000马力电动机之间的高压电路上。只需轻轻一挥长扫帚柄来开启断路器,便能成功引发球状闪电。
断路器启动后,其效果之显著令人咋舌。驾驶室内温度瞬间攀升,从原本的60华氏度猛增至110华氏度。不难想见,乘客们纷纷渴望逃离车厢,去呼吸那清新的空气。然而,我无法这么做,因为火车仍在全速前进(速度约为20英里每小时),此举可能导致火车脱轨,进而摧毁实验设备……这或许是有记录以来,在行驶中的火车上进行的首次等离子体物理实验!
真是一个疯狂的家伙。
通过这些实验,戈尔卡对球状闪电所蕴含的物理奥秘形成了一些引人入胜的见解:,
经过无数次的实验验证,我坚信火球效应的产生与湍流的消失密切相关。实际上,我观察到,当驾驶室的门窗被关闭后,这种效应便更为显著……目前,我倾向于将其视为一种粒子旋转流动现象,而非高压静电效应;换句话说,它更像是拥有一个小孔的巨大等离子体旋涡甜甜圈,而非一个静电球体。目前,在航空工程领域,尤其是流体动力学领域,尚有许多现象尚未被充分认知。其中之一便是旋涡的物理特性。人们能够在烟环之中吹出另一个烟环,并且这个内环能够自由地来回移动。此外,还可以吹出保持静止的烟环。而在液体中,这些环状物能够演化成球形以及其他多种形态。
戈尔卡持续对球形闪电、无线能量传输、核聚变等项目展开实验——竭尽全力筹集资金和设备——直至2018年离世,享年80载。值得注意的是,作为一位无所属机构的独立科研工作者以及“边缘科学”领域的一员,戈尔卡的研究方法和得出的结论理应受到一定程度的质疑。
© & Radar
实际上,几十年来,仅有诸如戈尔卡这样的边缘科学家投身于球状闪电的研究,这一领域因此不幸地被伪科学所笼罩。例如,有一种广为流传的说法,它提及詹姆斯·塔克在潜艇上进行的电池实验最终以爆炸收场,这场爆炸彻底摧毁了实验掩体——与实验中使用的极小量甲烷气体相比,爆炸的威力显得过于巨大。阴谋论者普遍断言,塔克的研究成果,还有关于球状闪电的研究,长期以来都遭到了美国军方的大力打压,目的在于维护其对于定向等离子武器的研发。幸运的是球形闪电真实照片,近些年,球状闪电引起了越来越多主流科学家的兴趣,他们正逐步揭开这一神秘自然现象的奥秘。1955年,苏联科学家彼得·卡皮察首次提出了一种关于球状闪电形成的全面理论解释,即“微波-孤子理论”。该理论的基本观点是,在特定条件下,闪电能够将周围空气转化为一个庞大的微波激射器球形闪电真实照片,即MASER。这种微波激射器发射出的强烈微波脉冲能够引发周围空气的介电击穿,进而形成一个等离子球。从理论上讲,这种微波作用在雷击之后仍可能持续一段时间,所形成的微波脉冲将持续为等离子球提供滋养,并保持其稳定存在。
彼得·卡皮察(1894-1984)。©
卡皮察的理论巧妙地揭示了球状闪电诸多令人费解的特性。比如,球状闪电几乎总是出现在空旷的乡村地带,却从未在山顶、高楼大厦或其他容易吸引闪电的高大建筑物附近出现。这主要是因为这些物体能够聚集电场,导致闪电在较低的电位下释放能量,并作用于较小的周围空气体积,进而阻止了微波激射器效应的产生。此外,封闭导电结构中产生的球形闪电,例如飞机机体和潜艇船体上的,通常能量较小,相对较为安全;然而,在较为开放的空间中产生的球形闪电,其破坏力则更强。针对这一现象,激射-孤子理论提供了阐释:该理论推测,在封闭环境中,激射器的最大能量不超过10焦耳,而在更为开放的环境中,这一数值可达到100至1000焦耳。
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最终,激射-孤子理论阐释了球状闪电在生命终结阶段倾向于爆炸的特性,并揭示了其对导电物体的显著作用。依据卡皮查的理论,等离子体球在能量耗尽并进入衰变阶段后,激发激射效应的光子会骤然释放,进而通过所谓的“光子雪崩”现象迅速增多,进而产生大量热能和强大磁场,最终导致由导电与非导电材料构成的复合物体被撕裂。
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令人惊讶的是,球状闪电在普通微波炉中能够轻易重现。只需将点燃的蜡烛、火柴或其他含碳物质放入微波炉,并开启电源,短短几秒钟内,便会从火焰中喷射出发光的白色等离子体球,它在微波炉顶部穿梭游走,借助微波炉磁控管提供的集中微波能量,可以持续发光数秒钟。
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2009年,以色列物理学家伊利·耶尔比以及弗拉基米尔·迪赫季亚尔成功地将一台600瓦的商用微波炉中的磁控管进行了改造,他们将其变身为直径仅为2毫米的“微波钻头”。这种“微波钻头”能够发射出集中的微波束。该团队将设备应用于多种材料测试,诸如玻璃、纯硅、铜、碳、水以及各类盐分,发现众多材料在高温加热后,会产生发光的、形似水母的等离子体团。这些等离子体在金属容器中上下浮动,并不断弹跳,持续时间大约为10毫秒。深入研究揭示,这些等离子体球体实际上是由直径大约50纳米的微小蒸发粒子所构成。
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这些研究成果似乎印证了英国化学工程领域的教授约翰·亚伯拉罕森在2000年首次提出的理论观点,这一理论被戏称为“泥块假说”。该假说提出,球状闪电的形成可能与普通闪电击中含硅土壤有关。在闪电的高温作用下,土壤中的硅元素会被蒸发并喷射至空气中。若碳质物质(如有机物所含)在场,将优先与周遭空气中的氧气发生反应,从而形成一个纯净的硅蒸汽团。随后,氧气再次与硅元素结合,迅速发生氧化反应,这一过程伴随着强烈的放热现象,进而形成一个高温的等离子体球。该燃烧过程持续数秒钟。巴西佩尔南布科联邦大学的安东尼奥·帕瓦奥和杰尔森·派瓦在2007年所进行的实验为该理论提供了实证支持,他们通过强电弧对纯硅晶片进行加热,成功产生了持续数秒的等离子体球。然而,部分实验结果亦显示,其他元素或许在球状闪电的形成过程中扮演着一定的角色。2006年,柏林普朗克研究所的等离子物理学家格尔德·富斯曼(Gerd)所率领的研究团队,在实验中于水容器底部成功引发了高压电放电,从而制造出了被命名为“等离子体球”的发光小球。这些小球脱离水面,并在空中停留了大约300毫秒,这一时长几乎是这类等离子体正常寿命的百倍。值得一提的是,这些等离子体球在形成过程中温度较低,以至于它们在移动过程中并未点燃其路径上的一张纸。这一发现颇为引人入胜,因为球状闪电往往在水域周边出现;事实上,上文提到的米哈伊尔·德米特里耶夫在1965年的偶然发现便是在奥涅加河的岸边。若球状闪电本质上是等离子体,那么是什么力量将其束缚在球形结构中呢?要知道,在等离子体物理学的实验中,比如核聚变反应堆的研究,我们通常需要借助外部产生的磁场来对等离子体进行控制。答案或许隐藏于一种名为磁斯格明子的特殊物理结构之中,磁斯格明子是由众多磁涡旋组成的集合,能够构成一个稳定、封闭且不断强化的波动包或孤立波。这种磁涡旋的聚合体,从理论上看,能够让等离子体在没有外部电源的情况下,自行束缚长达数分钟之久。尽管在1970年代这一理论首次被提出,而且到了1990年代,它被用作球状闪电现象的一种解释,然而,直至2018年,阿默斯特学院与阿尔托大学的物理学家们才在实验室内,通过利用玻色–爱因斯坦凝聚这一特殊物质(即原子冷却至接近绝对零度时形成的一种奇异状态),成功制造出了斯格明子。尽管对斯格明子是否是球状闪电长寿命核心要素的确认还需深入研究,这一发现无疑为球状闪电的研究领域点亮了前行的灯塔,同时也揭示了罗伯特·戈尔卡关于球状闪电可能是稳定磁涡旋的推测与事实的契合度极高。尽管目前大多数球状闪电模型都建立在等离子体理论之上,然而,也并非没有一些别具一格的假说存在。俄罗斯科学院的弗拉基米尔·托尔奇金提出了一种设想,他认为球状闪电并非简单的自然现象,而是由众多光子构成的实体。这些光子被束缚在一个微薄的气泡内,类似于肥皂泡的结构。这个气泡具有特殊的折射能力,能够将光子反射回气泡内部,从而阻止光子的逃逸。与此同时,乌克兰的研究人员奥列格·梅什奇里亚科夫提出了一个关于纳米电池的假说,他提出球状闪电中的纳米粒子与化学电池相似,能够持续不断地进行电流放电,从而使得球体能够长时间保持稳定。球状闪电具有一种神奇的能力,能够穿透固体物体,即便是导电的金属板也不例外。有理论提出,这些球状体能够产生并压缩出微小的孔隙,或者产生等离子体,引发一系列中微子——这些中微子因其几乎能穿透所有物质而闻名,是一种众所周知的惰性粒子。然而,或许在探讨球状闪电性质的理论中,最为前沿的观点源自奥地利因斯布鲁克离子与应用物理研究所的J·皮尔(J. Peer)与A·肯达尔(A. ),他们在2010年提出了一项激进的猜想:球状闪电可能根本就不存在。他们进一步推测,在雷雨天气中,我们常目睹的光球现象,实际上可能只是由邻近闪电引发的电磁脉冲所造成的一种视觉错觉。为了验证这一观点,皮尔与肯达尔阐述了经颅磁刺激(TMS)的相关技术。这种技术被广泛应用于神经学领域的研究,以及诸如抑郁症和癫痫等疾病的实验性治疗中。它通过高强度的磁场,非侵入性地作用于大脑的多个区域。根据受刺激大脑区域的不同,TMS能够诱发各种幻觉,例如被称为磁磷光的闪烁光点,亦或称作“光球”的现象。皮尔与肯达尔的研究表明,在100米范围内,闪电能够形成强大的电磁场,其效果类似于经颅磁刺激,足以激发大脑视觉皮层。这一发现暗示,所谓的“球状闪电”或许并非真实存在,而是一种由磁场引发的视觉错觉。尽管这一观点颇具吸引力,然而它却无法阐释球状闪电产生的物理现象,例如烟雾、硫磺气味,以及在某些情形下所造成的广泛破坏。因此,这一假说仅能对球状闪电少数目击案例作出解释。而所有这些理论,至今仍仅是未经证实的猜想。
西北师范大学研究团队观测到的球状闪电。© inge
幸运的是,2012年,我国兰州西北师范大学的研究团队成功实现了这一目标。他们在中国西北的青海高原上安装了光谱仪,用以观测常见的闪电现象。在当年的7月底,一场雷雨中,距离光谱仪大约900米处的一次闪电产生了罕见的球状闪电,这使得研究团队得以捕捉到这一珍贵现象的高速影像和光谱数据。光谱分析揭示了土壤中硅、铁和钙元素的高含量——这些成分在该地区土壤中十分充足。这一发现对“泥块假说”给予了强有力的支持,该假说认为球状闪电是由被闪电击中后蒸发并电离的土壤纳米颗粒构成的。
尽管如此,仍有许多研究任务待完成。截至目前,球状闪电这一神秘现象依旧紧紧守着它的众多奥秘。一旦这些奥秘得以揭晓,不仅将结束这个千年未解的科学之谜,还可能揭示出实现清洁、可持续核聚变能的关键所在。届时,物理学家们将深感释然。