长期被视为自然界谜团之一的“球状闪电”,如今被中国科研团队带进实验室。中国科学院上海光机所最新研究称,团队已首次以人工方式激发并捕获一种在形状、状态及发光特性上,与自然界球状闪电高度相似的球形发光体,并据此提出,球状闪电的物理本质是“电磁孤子”。相关成果已于16日刊登在国际学术期刊《自然·光子学》。

球状闪电俗称“滚地雷”,多年来一直被视为最神秘的电磁现象之一。外界对它的印象,往往来自目击者口中的发光球体:悬浮、飘移、形态难测,甚至因此被一些人误解为灵异或超自然现象。也因为这种现象难以重复、难以近距离观测,过去科学界虽然提出过多种理论,但始终缺乏可重复验证的实验依据。

这次上海光机所团队所做的,是在实验条件下制造出“类球状闪电”发光体。按照研究团队说法,他们利用强激光驱动技术,在实验室中成功触发并记录到这种特殊能量球的形成过程。高速摄像画面显示,黑暗环境中先出现明亮白色发光体,外围包裹一层幽蓝色外壳,随后逐步形成球形能量体,并在飘忽变化中逐渐膨胀,最后转为较粗颗粒状并耗散消失。

研究人员指出,这层蓝色外壳本质上是高温燃烧等离子体,作用类似一个把电磁波锁在中心的“光之茧”。从实验结果来看,这个直径约百微米、寿命达百纳秒的能量球,经过物理标度换算后,可对应自然界中直径达数十厘米、持续数秒的球状闪电行为。

在科学界过往讨论中,浙江大学武慧春教授曾提出,球状闪电可能属于“电磁孤子”现象,但一直缺乏直接实验支撑。上海光机所团队负责人宋立伟研究员表示,这次能够取得突破,关键在于团队在“强激光驱动丝波导太赫兹源”领域已有较深技术积累,才让相关实验条件得以建立。

这项成果之所以受关注,不只是因为它回应了一个长期悬而未解的自然现象,也因为它为高能量密度物理研究提供了新的实验路径。若后续相关理论与实验继续发展,未来在聚变能源等领域,或许也能提供新的参考方向。

值得注意的是,实验室中获得的是“高度相似”的人工发光体,而不是直接在自然环境中完整复制真实球状闪电全部条件。换言之,这项研究的重要性,在于它让原本难以捕捉的自然谜团,第一次有了更可控、可诊断、可讨论的实验模型,也让科学界对球状闪电成因的理解向前推进一步。

球状闪电之所以广为人知,也和科幻作品的传播有关。刘慈欣在《球状闪电》中,曾把这种现象写成能穿墙而过、神出鬼没的蓝色光球。如今现实中的科研进展虽不等于小说场景成真,但从“只能目击”走向“可在实验室观察”,本身已足够成为科学界一项引人注目的新进展。

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