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球狀閃電俗稱“滾地雷”,是一種罕見的自然現(xiàn)象,其本質(zhì)至今尚未破解。大多數(shù)中國(guó)人聽說這個(gè)名詞,可能還是從劉慈欣的科幻小說《球狀閃電》中。書中劉慈欣科幻了球狀閃電的“本質(zhì)”,認(rèn)為它是“宏原子”中被激發(fā)的“宏電子”,就是宏觀尺度肉眼可見的單個(gè)電子。
然而4月16日,中科院上海光機(jī)所科研團(tuán)隊(duì),在《自然·光子學(xué)》上發(fā)表了一篇論文,宣布制造出了類似自然界的“球狀閃電”,這在國(guó)際上還是首次。上海光機(jī)所田野研究員描述了這個(gè)球狀閃電的樣子:“這個(gè)藍(lán)色的外殼,就是像太陽一樣的燃燒等離子體,它如同一個(gè)無形的‘光之繭’,將電磁波緊緊包裹在中間,最終形成了一個(gè)直徑約百微米、壽命達(dá)百納秒的能量球。”
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那這個(gè)球狀閃電是怎么做出來的?簡(jiǎn)單說是拿“羲和激光裝置”轟出來的。“羲和激光裝置”是上海光機(jī)所牽頭研發(fā)的,國(guó)際首臺(tái)實(shí)現(xiàn)10拍瓦激光放大輸出的超強(qiáng)超短激光實(shí)驗(yàn)裝置,可在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)創(chuàng)造出前所未有的超強(qiáng)電磁場(chǎng)、超高能量密度和超快時(shí)間尺度等綜合性極端物理?xiàng)l件。所以還是現(xiàn)有了“羲和激光裝置”這個(gè)“國(guó)際首臺(tái)”的金剛鉆,才攬下了球狀閃電“國(guó)際首次”這個(gè)瓷器活。
伴隨著人造球狀閃電的誕生,我國(guó)科學(xué)家“似乎”也解謎了球狀閃電的本質(zhì)。之所以說“似乎”,是因?yàn)榭蒲腥藛T造出的,只是“類似”自然界球狀閃電的現(xiàn)象,但是不是就是自然現(xiàn)象中那個(gè)“球狀閃電”,由于自然球狀閃電非常罕見,而科學(xué)家對(duì)此的研究也十分有限,所以還無法確定。
上海光機(jī)所人工制造的“球狀閃電”,本質(zhì)上是一個(gè)“電磁孤子”,它的本質(zhì)還是電磁波,只是表現(xiàn)出了粒子的行為。可以想象水波孤子的場(chǎng)景,正如羅素在蘇格蘭愛丁堡附近的聯(lián)合運(yùn)河(Union Canal)看到的:“一個(gè)輪廓清晰、光滑圓潤(rùn)的水堆,離開船頭后高速向前。它在行進(jìn)中形狀和速度都沒有改變,像一個(gè)大鼓包,沿著運(yùn)河一直滾了很遠(yuǎn)。”
某種程度上,孤子可認(rèn)為是波粒二象性的宏觀表現(xiàn),本質(zhì)上它是波,但表現(xiàn)出的行為像是粒子。從這個(gè)角度說,劉慈欣虛構(gòu)球狀閃電的本質(zhì)是“宏電子”,也不能算錯(cuò)。電子具有波粒二象性,而“宏電子”就是波粒二象性的宏觀化。
所不同的是,劉慈欣的“宏電子”是一個(gè)電子,帶一個(gè)電荷的負(fù)電,而上海光機(jī)所造出的“電磁孤子”球狀閃電,整體呈現(xiàn)電中性,它是“在強(qiáng)太赫茲電場(chǎng)作用下,氣體被迅速電離為等離子體,并將電子和離子向外排開,中間形成一個(gè)球形空腔。而球殼表面則是被太赫茲波推動(dòng),形成一層致密高溫的等離子體殼。球形腔內(nèi)的光波輻射壓與球殼表面的熱壓,隨著球體膨脹達(dá)成了一種“精妙的力學(xué)平衡”,將太赫茲波囚禁在內(nèi),進(jìn)而形成了類似自然界的球狀閃電。”
那一定是上海光機(jī)所科學(xué)家對(duì)了,劉慈欣錯(cuò)了嗎?也未必!畢竟上海光機(jī)所造出的,只是“類似”自然現(xiàn)象的“球狀閃電”,至于到底是不是就是自然現(xiàn)象中那個(gè)“球狀閃電”,兩者有沒有微小的區(qū)別,目前還未可知。而這其中的困難,本質(zhì)上是因?yàn)樽匀唤纭扒驙铋W電”的樣本太少,研究起來太困難。
也許到人類可以穩(wěn)定操控人造球狀閃電那一天都無法確定,自己造出的球狀閃電,到底是不是就是自然現(xiàn)象中的那個(gè)球狀閃電。這聽上去,真是一件悲涼的事兒。
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