球状闪电（下）文字稿
汪诘
科学有故事
2020-10-03 11:58:00
观众甲：
“汪老师，我知道了，球状闪电其实就是刚刚好闪成球形。”
汪诘：
“对，没错，球状闪电就是刚好闪电闪成了一个球形。但关键问题是，人们想知道为什么闪电会闪成一个球形？它的形成原理是什么？按照我们现有的所有的理论，闪电是不可能闪成一个球形的，它只能是放射状。这个问题才是真正困扰了整个物理学界一个多世纪的世纪难题。”
“其实早在一百多年前，就有一个电学怪才叫尼古拉·特斯拉，他自己在实验室中模拟出了球状闪电。但是后人们在分析了尼古拉·特斯拉的实验笔记之后就指出，他当时在实验室中模拟出来的那个火球，肯定不是球状闪电。为什么呢？因为能量实在是太低了，跟我们今天所说的球状闪电肯定不是一回事。”
“直到2012年，才终于有了第一份比较靠谱的球状闪电的假说，就是巴西的一些科学家，他们提出的气化硅假说。什么是汽化硅假说呢？首先硅元素你们应该都知道，沙子最主要的成分就是二氧化硅。巴西的这些科学家说，如果闪电击中了沙子，那么就会把里头的硅元素给汽化掉，形成硅蒸汽，然后这个硅蒸汽和空气中的氧气发生化学反应，就会发生球形的这种闪光。”
“有意思的是，他们还在实验室中就复现出了这种球状的闪光。
而且袁教授拍到的球状闪电的光谱中，就有硅元素的光谱，这个其实也是给汽化硅假说提供的一个比较有力的证据。
到了2013年，又出来一种新的假说，美国科罗拉多州空军学院的一些科学家，他们就做了一个实验，他们把两个电极浸没在一种特殊的电解质溶液中，然后让它产生高功率的火花，非常高功率的火花，结果就生成了一些白色的等离子体，而这些白色的等离子体，它们会形成一个球状，而且是发光的，非常像是传说中的球状闪电，这个成果还发表在了著名的一本科学期刊，叫《物理化学》上。”
观众甲：
“那它到底是不是呢，汪老师？”
汪诘：
“说实话这个问题我回答不了，但是我知道有一个中国科学家，可能能回答这个问题。”
观众乙：
“武教授很厉害吗？”
汪诘：
“对，武教授蛮厉害的，2016年的6月份，在一本著名的科学期刊《科学报告》上他发了一篇论文，就提出了一种叫相对论微波腔理论来解释球状闪电。我第一次看到他这篇论文的时候也是一头雾水，我也不太懂什么叫“相对论微波腔”，不过我们今天是有机会亲自听武教授给我们讲解一下，这个还是蛮值得期待的。”
武慧春教授，浙江大学聚变中心和浙江大学物理系教授，博士生导师，研究方向是相对论光学和闪电物理。他曾发表过50多篇学术论文，主持过多项科研项目，武教授提出了球状闪电的微波空泡理论，并解决了其推论的实证问题。
汪诘：
“我有点好奇，您当初选专业的时候选的应该是跟激光有关的专业理论，对吧？”
武教授：
“对，主要是2014年底，我就是查看最新的物理进展，在《物理评论快报》上面我看到了袁老师他们发表的文章，题目就是《球状闪电》，在我们等离子这个分支里面。我是差不多第一次看到这个名词，然后我就把它下载下来浏览了一遍。我就发现我就有一个想法，可以解释球状闪电的特征，那个时候我其实脑子里边有微波空泡的一个构思，从那个时候开始的。”
汪诘：
“我在维基上就看到，之前好像有巴西的科学家提出过一个气化硅的假说，然后还有2013年，还有美国的科学家号称自己在实验室中就再现了球状闪电。我不知道您对这些是怎么看的？”
武教授：
“我觉得个别理论是非常有意思而且也很有启发性，这个我们得承认，但是多数理论我觉得是有很严重不足的。它的不足就体现在怎么从闪电形成火球，它的形成过程往往这些理论并没有给出。另外一个就是，这些理论并没有针对这些球状闪电特征一一给出解释，它也许是回避。”
汪诘：
“就是没有完全解释那些球状闪电该有的特征。”
武教授：
“对，是。”
汪诘：
“还有一个刚才你好像还提到，就是说没有办法把它的过程用理论（解释）。”
武教授：
“对，就是它的形成过程，怎么从自然闪电变成了球状闪电。”
汪诘：
“也就是说你认为一个好的理论，不但要解释结果，还要解释它是怎么形成的一个过程。”
武教授：
“因为球状闪电假如是真实存在的话，那么它一定也是有一个实际的物理过程，一个发生过程，你需要给出一个解释。”
汪诘：
“那能不能简单地给我讲讲，介绍一下您的理论？”
武教授：
“我们认为当闪电头部打击地面，就在打击地面之前，产生了一团高能量的电子团，那么当这团电子团的大小，是跟球状闪电大小差不多，而且它的数目也界定于一定数目的时候，那么这一团电子打击地面，就可以产生很强的这种微波辐射。这是我们提出的一个假设。
那么当这么强的微波辐射产生之后，然后我们可以利用我们比较精确的等离子体里边的一个粒子模拟程序，我们可以模拟它跟空气等离子相互作用，而且我们就发现，它确实可以演化成一个球形的这么个结构。它外围是一层等离子空腔，里边是一个比较稳定约束的一个微波的驻波的结构，所以它是不动的，而且它质量是几乎为零。”
汪诘：
“您刚才说到的‘微波’跟我们微波炉里的‘微波’是不是差不多的？”
武教授：
“差不多，然后频率很接近，唯一区别就是功率要更强一点。”
物质除了固态、液态、气态这三种常见的形态外，还有第四种形态，就是等离子态。是由阳离子、阴离子、以及中性粒子等多种不同性质的粒子所组成的电中性物质。实际上在我们的生活中等离子体很常见，比如说，火焰中就有大量的等离子体，还有霓虹灯发亮的灯管中也充满了等离子体，还有绚丽的极光也是一种等离子体现象，恒星就是由等离子体物质组成的。宇宙中的等离子体物质，远比我们熟悉的三态物质要多得多。
汪诘：
“如果我们搞一个巨大的微波炉，功率很强，然后里头充满等离子体，就有可能会产生球状闪电吗？”
武教授：
“确实有可能，但是怎么产生这么强的微波？现阶段人类人造的最强的微波武器，也才比我们理论预言的还要小差不多10倍或者100倍。”
汪诘：
“微波空腔到底是一个什么样的概念？就是我很难想象出来一个微波怎么形成一个空腔。”
武教授：
“在微波强到一定程度的时候，我们知道电磁波是有辐射压的，那么当电磁波打到等离子里面的时候，那么它就好比是我们拿拳头打到一个沙堆里面，沙子就会很快包住我们的拳头。这个等离子体就是一个很稀薄的流体，电磁波它有辐射压，进去之后就会把它包住。”
汪诘：
“我在看球状闪电的资料的时候就发现，球状闪电有一些特别神奇的特征，比如说它能够穿过玻璃，您的理论能解释这种特征吗？”
武教授：
“我们的理论原则上是可以解释。首先我需要指出的一点是关于这个球状闪电穿过玻璃而且玻璃还不破，球状闪电也不破，这个现象其实在球状闪电业内大概是一半人相信，一半人不相信，并没有得到公认。微波本身是电磁波，电磁波当然可以穿过玻璃。”
汪诘：
“那么按照您的理论的话，球状闪电的它的能量大概会有多大？”
武教授：
“球状闪电的能量大概是在几百焦耳，不是很大，它不会造成很大的伤害。”
汪诘：
“我看刘慈欣在《球状闪电》的小说里头，它会哗瞬间把人给弄成灰，这种是小说的演绎，对吧？”
武教授：
“这种我觉得可能性比较小。”
汪诘：
“我们想要拿到的最关键的证据是什么？”
武教授：
“后续希望在云的上方来直接探测闪电产生的微波。用高空气球携带微波探测器。”
汪诘：
“从上方看闪电和我们从下方看闪电其实是不一样的，对吧？”
武教授：
“下方也可以探测，但是这种探测的概率比较小，这是因为我们理论预示的这种辐射值，准直地朝着天空探测，是向上的。所以这就是为什么首先卫星观测到这个信号，而不是在地面上观测到这个信号，地面观测到非常少。所以您也看到，这也是一个跟实验数据相吻合的特征。”
汪诘：
“那么，我们有没有可能在实验室里头去复现这个过程？”
武教授：
“对，这也就是我们下半年要做的事情，我们正打算做。
我们这个装置已经调试好了，我们要在一个大型的场地里边，装置安装好，最后调试通过。这个装置，它的输出电压可以接近5个兆伏，这个是非常接近闪电头部的电压的，而且它的电压的上升也跟自然闪电是一模一样的，相当于是一个闪电发生器。
因为我们的理论基础假设就是闪电头部产生了一段高能电子，虽然这已经有一些实验的观测数据，但是这个实验观测数据都是离得闪电头部是几百米开外去观测到，那么我们在实验室里边，我们就可以在闪电头部临近的区域，直接观测是否产生这些高能电子对，就是要凑得很近去观察一个闪电了，这就是我们理论的基础希望得到一些实验的支持。”
汪诘：
“这个实验很快就会进行吗？”
武教授：
“对，在接下来一两个月这个装置就应该会弄好。”
汪诘：
“到时候我们再去采访拍摄一下，给我们的观众也饱饱眼福，应该会很震撼。”
离开杭州，我们再次回到青海，继续守候闪电，尽管摄制组尽了最大的努力，但最终我们也没能拍到球状闪电的影像。可以说，球状闪电依然对人类保持着神秘，它依然是物理学中悬而未决的世纪谜题之一。
大自然中还有许多类似球状闪电这样的神秘现象，但不论面对什么样的自然之谜，我们应当秉承的态度是，先找到这种现象存在的证据，然后再提出解释现象的假说，最后再用实验去验证假说，这就是最基本的科学精神。科学精神的核心，就是求真这两个字。
有很多人都热衷于各种各样的超自然现象，他们动不动就希望科学给出这个解释，给那个解释，但是大家请不要忘记了，在要求科学给出解释之前，我们必须要找到这种现象存在的证据才行，而且，非同寻常的主张就需要非同寻常的证据。越是令人感到神奇的现象，我们就越是要找到那些过硬的证据才行，这是因为人们不但很容易被自己的感觉和记忆所欺骗，人们还非常喜欢八卦，喜欢把各种各样的传说故事都当成是真事儿来传播。
我们应当秉持的信念是，这个宇宙中没有什么是超自然的，一切确实存在的现象最终都是自然现象，符合确定的自然规律。好，讲到这里，咱们《寻秘自然》第一季的节目就全部结束了，我期待与您在第二季再相会。