这幅法国插图展示了球状闪电通过窗户进入房间的现象，这种现象在历史上已被多次记录。©Alamy Stock 照片
1195 年 6 月 7 日，来自坎特伯雷的一位名叫热维斯的英国本笃会修道士目睹了一场雷暴降临伦敦市。这显然超出了修士的想象：
“6 月 7 日下午六点左右，伦敦上空出现了一团厚厚的乌云，云层继续扩大，而阳光明媚。在这朵云的中间，有一个看起来像磨坊的开口，不知道从哪里冒出白色物质。这种物质形成了一个球体，悬浮在泰晤士河和诺里奇主教之间。随后，一个火球落入河中;它一次又一次地旋转着，落在主教家的墙壁下。”
大约 400 年后，1638 年 10 月 21 日，另一场大风暴袭击了德文郡的荒野小镇威德科姆。当时，镇上许多居民都在参加教堂礼拜，突然发生了以下不寻常的一幕：
“......一声恐怖的巨响，雷声咆哮，还有可怕的奇异闪电......火焰般的闪电瞬间照亮了整个教堂，教堂里弥漫着烟雾和硫磺般的气味。他们首先看到一个巨大的火球从窗户和教堂射进来，这吓坏了整个会众，他们中的大多数人都倒在了座位上......
“.
一位不知名的艺术家的木刻版画再现了 教堂的火球事件。 ©
据目击者称，“巨大的火球”在教堂内匆匆忙忙，摧毁了石头和木梁，并点燃了礼拜者的衣服。火球一度分裂成两半，一半砸碎了一扇窗户，另一半消失在教堂内的某个地方。这造成 4 人死亡，另有 60 人受伤，火球中只留下挥之不去的烟雾和刺鼻的硫磺气味。
这是球状闪电的最早的两个记录。球状闪电是最奇怪、最稀有的自然现象之一。它通常被描述为一个漂浮的光球或火球，它自己移动，然后突然消失。
鸟山诗岩 （ ） 《绘古今，续百鬼》中的人类灵魂。 ©
虽然球状闪电的最早书面记录只能追溯到公元 12 世纪，但人类很可能从文明诞生之初就遇到了这种现象。例如，日本民间传说中提到了“人灵”（），这是一种发光的球，被认为是死者的灵魂，它们在夜间跟随人们。
赫尔曼·亨德里克 （ ） “鬼火与蛇”。 ©
类似的例子包括澳大利亚内陆的 Min Min 和欧洲民间传说中的“鬼火”——一种在沼泽和湿地上闪烁的淡蓝绿色光芒。但是，后两种现象不同，火灵可能是由于冷空气层对汽车大灯等光源的折射引起的;鬼火是由沼泽气体（如磷化氢、二膦和甲烷）与空气接触时自燃引起的。
Ghost Fire 可能看起来像这样。©肖恩 B.
除了稀有之外，球状闪电难以确定的另一个因素是它在不同的目击事件中表现出多种特征。虽然球状闪电通常与雷暴有关，但它也可以在阳光明媚的日子里看到，有趣的是，在地震期间经常可以看到。目击者描述这些球体的直径在几厘米到几米之间，颜色从淡蓝色到黄色、橙色、红色甚至粉红色不等，形状从球形到矩形、圆盘形或棒状，以及多叶形。
在许多情况下，这些球体会完全无声地消失，而有时，它们会发出响亮的嗡嗡声或噼啪声，然后随着剧烈的轰隆声消失。虽然球状闪电通常发生在陆地上，但也在海上遇到过，正如英国水手约翰在 1726 年 12 月所描述的那样
“当我们在 8 月 29 日穿越佛罗里达湾时，一个巨大的火球从天而降，将我们的桅杆劈成碎片，这简直令人难以置信;还要劈开我们的主梁，以及船在水下的三块木板和甲板上的三块木板。一个当场死亡，另一个的手被炸掉，如果不是暴雨，我们的船帆早就被烧成了一团火球。”
二十多年后的 1749 年，皇家海军战列舰“蒙塔古”（HMS） 上的格雷戈里博士报告了以下事件：
“1749 年 11 月 4 日，钱伯斯海军上将登上蒙塔古号，中午前不久，他在距离他们大约三英里的地方观察到一个巨大的蓝色火球。他们立即放下了顶帆，但火球来得太快了，还没来得及升起主帆，火球就几乎垂直上升了，在距离主锚链大约四五十码的地方爆炸了，爆炸的声音仿佛数百门大炮同时发射，留下了浓郁的硫磺味。爆炸将主桅杆炸成碎片。五人被击倒，其中一人伤势严重。在爆炸之前，火球看起来和一块大磨石一样大。”
近年来，甚至在飞机上也发现了球状闪电，英国著名射电天文学家罗杰·克利夫顿·杰尼森 （R.C.） 于 1963 年 3 月 19 日报告了以下目击事件：
“我坐在一架全金属客机上（东方航空公司 EA539 航班，这里指的是东方航空公司，它成立于 1926 年，并于 1991 年关闭。在机舱前部附近，是一趟从纽约飞往华盛顿的深夜航班。飞机被雷暴袭击，突然被一股明亮的放电所笼罩。几秒钟后，一个直径略高于 20 厘米的发光球体从驾驶舱中出现，沿着飞机过道飞行，距离我约 50 厘米，在整个可观测距离内保持相同的高度和方向。”
其他一些著名人物也曾偶然遇到过球状闪电，包括英国神秘学家阿莱斯特·克劳利 （ ） 和俄罗斯沙皇尼古拉二世，他小时候在彼得霍夫拜访他的祖父亚历山大二世时目睹了这种现象
“我和爷爷在教堂礼拜时，下起了雷雨，闪电接连闪过，雷声仿佛震撼了整个世界。突然，天黑了，一阵风从敞开的门吹灭了圣像前的蜡烛，雷声隆隆，比以前更大声，我突然看到一个火球从窗户飞过，直奔圣像飞过。球（闪电）在地面上旋转，飞过吊灯，飞出门进入公园。我的心一冷，我瞥了一眼我的祖父，他的脸色异常平静。我认为像我这样害怕是不合适的。人们只需要看看发生了什么，相信上帝的怜悯，就像我祖父所做的那样。我又看了看我的祖父，这道闪电穿过了整个教堂，突然从门里飞了出去。他脸上带着淡淡的笑容，向我点了点头。我的恐慌消失了，从那以后，我不再害怕暴风雨。”
这些不同的记录清楚地证明了球状闪电的另一个令人费解的特性。有时这些光球似乎对周围环境没有影响，很容易穿过墙壁和其他固体而不留痕迹，而有时它们极具破坏性，打破窗户，引发火灾，甚至造成人员伤亡。更奇怪的是，它对导电物体的影响似乎比对非导电物体的影响要大得多：在许多关于球状闪电的报道中，电表和金属管等金属物体经常被猛烈地从房屋上扯下来并扔到街上。
球状闪电通过壁炉进入房间，来自G. ，《世界》，1886年。©&雷达
然而，许多报告中通常一致的细节是，这些光球通常会留下类似硫磺的气味。
虽然球状闪电非常难研究，但实际上并不像人们普遍认为的那么罕见。在 1960 年发表在《美国物理学会等离子体物理学分会》（ of the ）上的一项研究中，J·R. （J.R.） 分析了大约 10,000 份目击者报告，得出结论，世界上多达 5% 的人口在其一生中的某个时刻见过球状闪电。这表明这种现象实际上相当普遍，不过，地球如此之大，以至于并不总是人——更不用说训练有素、装备精良的科学家——可以亲眼目睹它。
一些研究人员非常幸运。例如，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附近进行探险时，一道闪电击中了他营地附近的地面。一个直径约 16 厘米的火球从闪电中冒出，它在离地面不远处盘旋了片刻，然后飞过营地，一路噼啪作响。然后它飞进附近的树林里消失了，留下一缕缕深蓝色的烟雾和刺鼻的气味。 迅速使用一组真空气囊对烟雾进行采样。后来发现这些样本中的臭氧和二氧化氮含量比正常水平高 50 至 100 倍。这些气体通常由高压放电产生。
在
2022 年 10 月，空客机长路易斯·安德烈斯 （Luis） 在从迈阿密飞往丹佛的航班上拍摄了令人惊叹的“圣埃尔莫之火”。©路易斯 /SWNS
事实上，球状闪电通常与另一种更常见的“圣埃尔莫火”有关。Elmo's Fire）。“圣埃尔莫之火”是一种蓝色的电晕放电，通常出现在船的桅杆或飞机的机翼上。不过，几乎可以肯定它们是不同的现象，因为圣埃尔莫的火需要一个尖锐的尖头或边缘来克服周围空气的击穿潜力，而球状闪电则是完全分离和稳定的。
带火球的特斯拉， Goble 绘制，1899 年。 ©
由于在自然环境中观察球状闪电极其困难，因此大多数研究都集中在试图在实验室中复制这种现象。最早成功的人之一是大家最喜欢的塞尔维亚“疯狂”科学家尼古拉·特斯拉，他在 1904 年 3 月 5 日的《世界与工程师》杂志上宣布
“我从来没有见过火球，但为了弥补这个遗憾，我后来成功地识别了它们的形成模式并人工创造了它们。”
当时的报纸报道还说，为了取悦客户，特斯拉经常制作直径几厘米的闪电球。然而，对于特斯拉来说，这种现象只是他对无线能量传输研究的意外副产品，他对这个话题只字未提。不得不指出的是，当时媒体对特斯拉的大部分报道都被高度夸大了，因此这些说法应该谨慎对待。尽管如此，特斯拉诱人的实验还是激励了未来几代球状闪电研究人员。
下一个认真研究球状闪电的重要人物是英国物理学家詹姆斯·布什。詹姆斯·塔克。
作为一名炸药专家，塔克是二战期间曼哈顿计划英国代表团的一员。战后，塔克留在洛斯阿拉莫斯国家实验室，在那里他深入参与了早期的核聚变研究。在此期间，塔克从许多二战潜艇艇员那里听说，当他们关闭连接潜艇电池和电动机的开关时，他们无意中产生了球状闪电。这些火球在甲板上盘旋了一会儿，有时会灼伤它们的腿。这些故事激起了塔克的兴趣，他认为解开球状闪电之谜可能有助于解决另一个更重要的科学难题。
詹姆斯·塔克 （James ） 的意外事件。©照片
当时，大多数核聚变研究都是基于“压缩”原理——利用磁场来限制和压缩等离子体，诱导原子聚变并释放能量。与后来的甜甜圈形托卡马克反应堆不同，早期的实验并没有试图长时间限制等离子体，而是尽快启动核聚变并在等离子体消散之前收集能量。不幸的是，由于等离子体内部的不稳定，所有最早的实验聚变反应，例如莱曼仿星器和詹姆斯塔克概率，都一次又一次地失败。
莱曼·斯皮策 （Lyman ） 的恒星拟态。 ©
当时，人们普遍认为球状闪电也是一种等离子体——一种由高温电离气体组成的超高温物质。但与仿星器和概率不同的是，球状闪电中的等离子体在某种程度上能够连续几分钟保持完全封闭和稳定。 认为，找出原因可能是解决聚变问题的关键。幸运的是，他很快在洛斯阿拉莫斯的储藏室里找到了一个完整的潜艇电气系统。
说服了一群同事将该设备安装在一个废弃的测试掩体中，在接下来的两年半时间里，他们对电池进行了数千次充电和放电，并将结果记录在胶片上。大多数实验只产生了正常的火花爆发，但在回顾其中一项测试的胶片时，塔克发现了一个直径约 4 厘米的发光白色球体，分四帧沿着地面快速移动。不幸的是，实验掩体随后被拆除，塔克无法继续他的实验。他于 1973 年从洛斯阿拉莫斯退休，并于 1980 年去世，享年 70 岁。
与各种各样的人分享了他的球状闪电照片，包括来自马萨诸塞州布罗克顿的独立实验者 J. Brown。作为尼古拉·特斯拉 （ Tesla） 的追随者，戈尔卡 （Gorka） 致力于实现特斯拉的梦想，即在全球范围内无线传输电力，并将聚变能发展为清洁、无限的未来能源。
Gorka 和他的特斯拉线圈。 ©
1974 年，Gorka 搬到犹他州的 ，并在 空军基地附近一个 600,000 平方英尺的废弃机库定居下来。在这里，他用军队的剩余零件和当地垃圾场的废料组装了世界上最大的特斯拉线圈。在接下来的几年里，他多次激活这个巨大的线圈，产生了 2000 万伏特的闪电，长达数米。但只有在极少数情况下，这个令人印象深刻的灯光秀才会产生类似球状闪电的东西。
1980 年，戈尔卡的实验戛然而止。美国空军以每年 1 美元的象征性价格将机库租给了他，后来将机库转让给了温德沃德镇，然后该镇将租金提高了 2,400%。这引发了 Gorka 和 镇之间长期而激烈的法律纠纷，该镇的居民和政府认为 Gorka 只不过是一个什么都不工作的疯子。
最后，戈尔卡离开了温德沃，回到了马萨诸塞州，在那里他决定复制詹姆斯·塔克 （James ） 的潜艇电池实验。但到那时，第二次世界大战的潜艇炮台已经相当难以获得。因此，戈尔卡联系了总统，并成功说服他提供两台机车、几辆货车和一英里半的铁轨。Gorka 在 1985 年 3 月的 Radio 杂志上写道：
在实验中，我将潜艇断路器插入机车下方 1,600 hp 柴油发电机和 2,000 hp 电机之间的高压电路中。通过打开断路器（使用长扫帚手柄），可以产生一个闪电球。
打开断路器的效果相当惊人。机车驾驶室内的温度立即从 60°F 上升到 110°F。可以想象，人们迫切希望走出小屋呼吸新鲜空气。当然，我不能这样做，因为火车仍在行驶（每小时约 20 英里），结果可能是火车冲出铁轨并摧毁实验装置......这可能是有史以来第一次在行驶的火车上进行的等离子体物理实验！
真是个疯狂的家伙。
基于这些实验，Gorka 对球状闪电背后的物理学得出了一些有趣的结论：
“经过无数次的重复实验，我终于确信火球效应是由于湍流的消除。事实上，我发现这种效果最有可能发生在我关闭驾驶室门窗时......我现在认为它更像是一种粒子旋转流，而不是高压静电效应;也就是说，它更像是一个巨大的等离子体涡旋甜甜圈，中间有一个小孔，而不是一个静电球。如今，航空工程领域有许多现象，尤其是在流体动力学方面，尚未被完全理解。其中之一是涡旋的物理学。可以在烟圈内吹另一个烟圈，内圈可以来回移动。您还可以吹灭固定的烟圈。在液体中，环可以形成球体和其他形状。”
Gorka 继续尝试球状闪电、无线能量传输、聚变和其他项目——尽其所能筹集资金和设备——直到 2018 年去世，享年 80 岁。这里需要注意的是，作为一名没有隶属关系的独立研究人员和“边缘科学”社区的成员，Gorka 的方法和结论应该受到一些怀疑。
© & 雷达
几十年来，只有像 Gorka 这样的边缘科学家一直在研究球状闪电，这一事实意味着不幸的是，这个主题卷入了伪科学。例如，一种广为流传的说法声称，詹姆斯·塔克 （James ） 对潜艇电池的一次实验以爆炸告终，完全摧毁了测试掩体——与实验中使用的微量甲烷气体相比，这是不成比例的爆炸。阴谋论者还广泛声称，塔克的研究——以及球状闪电的研究——被美国军方积极压制，以保护其对定向等离子体武器的研究。值得庆幸的是，近年来，球状闪电吸引了更多主流科学家的关注，他们越来越接近最终解开这种难以捉摸的自然现象的谜团。
1955 年，苏联科学家彼得首次提出了对球状闪电形成的综合理论解释——“微波孤子理论”（Maser-）。简单来说， 认为，在某些条件下，闪电可以将周围的大量空气变成一个巨大的微波 maser （MASER）。这种微波发生器产生的强大微波脉冲会导致周围空气的介电击穿，形成等离子体球。从理论上讲，这种微波效应在雷击后可能会持续一段时间，由此产生的微波脉冲将继续滋养和维持等离子体球。
彼得·卡皮察 （1894-1984）。 ©
的理论巧妙地解释了球状闪电的许多令人困惑的特性。例如，球状闪电几乎总是出现在开阔的乡村，而不是靠近山顶、高层建筑或其他通常会吸引闪电的高大建筑物附近。这是因为这些物体会集中电场，导致闪电以较低的电位放电并影响较小体积的周围空气，从而阻止微波 maser 效应的形成。
此外，在封闭的导电结构（如飞机机身和潜艇船体）内形成的球状闪电往往能量较低且相对无害，而在更开放区域形成的球状闪电往往更具破坏性。这可以用激光孤子理论来解释，该理论预测在这种封闭环境中，桅杆的最大能量仅为 10 焦耳，在更开放的环境中为 100 到 1000 焦耳。
© 莱格
最后，激光孤子理论解释了球状闪电在其生命周期结束时爆炸的趋势，以及它对导电物体的强烈影响。根据 的说法，当等离子体球耗尽能量并开始衰变时，驱动激光效应的光子会突然释放并迅速成倍增加，这种现象称为“光子雪崩”（ ），它产生大量热量和强磁场，撕裂由导电和非导电材料制成的复合材料。
©伊姆古尔
令人难以置信的是，球状闪电可以在普通微波炉中轻松再现。只需将燃烧的蜡烛、火柴或其他碳源放入微波炉中并打开，几秒钟内，一个发光的白色等离子体球就会从火焰中喷出，并依靠微波炉磁控管提供的集中微波能量在微波炉顶部游动几秒钟。小编提醒：非专业人士不模仿喔！）
© 在
2009 年，以色列物理学家 Eli Jerby 和 以更可控的方式再现了这种效果，将 600 瓦商用微波炉的磁控管转变为直径为 2 毫米的“微波钻头”，能够投射集中的微波束。该团队将该设备针对各种材料，包括玻璃、纯硅、铜、碳、水和各种盐，并观察到其中许多材料被加热到极高的温度，然后爆裂成发光的水母状等离子体簇，这些等离子体簇在金属容器内漂浮和弹跳约 10 毫秒。进一步的研究发现，这些等离子体球体由直径约 50 纳米的微小蒸发颗粒组成。
©乔
这些发现似乎支持了英国化学工程教授 John 于 2000 年首次提出的理论，该理论被昵称为“土块假说”[1]。该理论认为，球状闪电是由普通闪电击中含硅土壤引发的。闪电的高温蒸发并将硅从土壤喷到空气中。如果存在碳（例如来自有机物），它会优先与空气中的氧气反应，留下一个纯硅蒸气球。然后，氧气与硅重新结合并迅速氧化，导致放热反应，形成一个白热的等离子体球体，燃烧几秒钟。该理论得到了巴西伯南布哥联邦大学的 Pavão 和 Jason Paiva 于 2007 年进行的实验的支持，他们用强电弧加热纯硅晶片，产生持续几秒钟的等离子球。
然而，一些实验表明，其他元素也可能在球状闪电的形成中发挥作用。2006 年，柏林普朗克研究所的等离子体物理学家 Gerd 领导的一个团队在水容器底部触发了高压放电，产生了他们所谓的“等离子球”，这些球从水中升起，持续约 300 毫秒——几乎是这种等离子体预期寿命的 100 倍。此外，这些等离子球相对较冷，甚至不会在其路径上燃烧一张纸。这个结果很有趣，因为球状闪电经常出现在水体附近;事实上，米哈伊尔·德米特里耶夫 （ ） 在 1965 年的偶遇发生在奥涅加河畔。
如果球状闪电确实是等离子体，那么是什么将其束缚在球体内部呢？毕竟，在等离子体物理学实验（例如核聚变反应堆）中，必须使用外部产生的磁场来控制等离子体。答案可能在于一个称为磁性 （ ） 的独特物理实体，它是多个磁涡旋的集合，形成一个稳定的、自包含的、自我增强的波包或孤子。理论上，这种磁涡流的组合可以让等离子体在不需要外部电源的情况下自行结合几分钟。尽管在 1970 年代首次提出理论，并在 1990 年代提出作为球状闪电的解释，但直到 2018 年，来自阿默斯特学院和阿尔托大学的物理学家团队才成功地在实验室中使用玻色-爱因斯坦凝聚创造了一个 ，玻色-爱因斯坦凝聚是原子冷却到接近绝对零度时形成的一种奇异物质。尽管仍需要大量研究来证实 是否确实是球状闪电长寿的关键，但这一发现为球状闪电的研究指明了前进的方向，并表明罗伯特·戈尔卡 （ Gorka） 关于球状闪电可能是稳定磁涡旋的推测非常接近事实。
尽管目前的大多数球状闪电模型都是基于等离子体的，但也有一些更奇特的理论。例如，俄罗斯科学院的弗拉基米尔·托尔奇金 （ ） 假设球状闪电实际上是由大量光子组成的，这些光子被困在一个薄气泡中——就像肥皂泡一样——它会将被困的光折射到自身身上，防止其逃逸。与此同时，乌克兰研究员奥列格·米什奇里亚科夫 （Oleg ） 提出了纳米电池假说，认为球状闪电内部的纳米粒子类似于化学电池，产生的连续电流放电能够长时间维持球体。对于球状闪电能够穿透固体物体（甚至是导电金属板）的神秘能力，有理论认为这些球体会产生并挤出小孔，或者等离子体会产生中微子爆发——这些臭名昭著的惰性粒子几乎可以穿透任何东西。
然而，也许关于球状闪电特性的最先进理论来自奥地利因斯布鲁克离子与应用物理研究所的 J. Peel。Peer） 和 A. 的 Peer.2010 年，他们做出了一个大胆的假设：球状闪电实际上并不存在。两人假设，雷暴期间经常看到的光球实际上是由附近闪电产生的电磁脉冲引起的光学幻觉。为了支持这一假设，Peel 和 指出了经颅磁刺激 （TMS） 技术。TMS 广泛用于神经学研究和各种疾病的实验治疗，包括抑郁症和癫痫，TMS 通过高浓度磁场无创刺激大脑的不同区域。根据受到刺激的大脑区域，TMS 能够触发各种幻觉，包括移动的光点或称为磁性磷光的“光球”。Peel 和 证明，在最远 100 米的距离内，闪电可以产生足够强的电磁场，以刺激大脑的视觉皮层，就像 TMS 一样，这意味着“球状闪电”实际上可能是由磁场触发的幻觉。
尽管这个理论很吸引人，但它无法解释球状闪电的物理影响，例如烟雾、硫磺气味，以及在某些情况下留下的广泛破坏。因此，这个假设只能解释一小部分球状闪电的目击事件。所有这些理论仍然是纯粹的猜测。
西北师范大学研究小组观测到的球状闪电。©英格
幸运的是，在 2012 年，中国兰州西北师范大学的一个团队做到了这一点。该团队在中国西北部的青海高原设置了光谱仪，以记录常见的雷击。在 7 月底的一场雷暴期间，距离仪器约 900 米的闪电产生了球状闪电，使该团队能够捕捉到这种罕见现象的高速图像和光谱数据。光谱分析显示，当地土壤中含有高浓度的硅、铁和钙元素。这些发现为所谓的“泥块假说”提供了有力的证据，该假说表明球状闪电由土壤纳米颗粒组成，这些纳米颗粒在被闪电击中后会蒸发和电离 [2]。
尽管如此，还需要做很多研究。直到今天，球状闪电的神秘现象顽固地保守着它的许多秘密。如果有一天这些秘密被解开，不仅将结束这个千年未解之谜，而且还可能揭示实现清洁、可持续核聚变能源的关键。到那时，物理学家将真正松一口气。
引用：
[1]
[2]/prl//10.1103/.112.
资料来源： ， 作者， 译者 ， 校对员 's Limbo
