Fizicianul Alexander Kostinsky despre fulgerul cu bile, ipotezele existenței sale și modelarea acestui fenomen în laborator
Pentru prima dată, descrierea științifică a fulgerului cu bile a fost dată în cartea "Thunder and Lightning" de către fizicianul francez François Arago la începutul secolului al XIX-lea. Aceasta este prima carte despre fulgere, a cărei natură electrică a fost descoperită cu o jumătate de secol înainte. În cartea Arago, au fost descrise două duzini de cazuri de observare a fulgerului cu bile. Proprietățile sale sunt încă dificil de determinat, deoarece descrierile aparțineau în cea mai mare parte persoanelor care nu erau oameni de știință și care, de obicei, nu se desfășurau în căutarea fierbinte.
Ce se numește fulgere cu bile
Martorii oculari numesc imediat un fulger cu bile orice fenomen sferic luminos și în mișcare în aer. Acesta poate fi un eveniment pe care oamenii l-au văzut după ce a fost lovit de fulger într-o linie de înaltă tensiune sau într-un copac. De asemenea, numit un obiect care a apărut în cameră, zburând din coșul de fum sau sa ridicat cu un șuierat din priză.
Cercetătorii, care au strâns informații despre acest fenomen, s-au bazat pe o sursă destul de nesigure, informează martorii oculari. Martorii fenomenului spun că dimensiunea fulgerului cu bile este de la cinci centimetri până la un metru. Luminozitatea durează de la fracții de secundă până la câteva secunde sau chiar zeci de secunde. Când au intrat în contact cu trăsnetul, oamenii au suferit adesea un șoc electric puternic, chiar moartea. Unii observatori au vorbit despre zgomotul fulgerului cu bile, că era un pachet de canale albastre luminoase, dar în culoarea fulgerului cu bile mari erau culori roșii. Fulgerul "trece" prin geam și părea să fie văzut în interiorul avionului.
Fulgere Ball este cel mai adesea văzut după grevă de fulger obișnuit. Dar fulgerul arăta ca un fulger puternic de lumină. Prin urmare, la începutul secolului XX erau oameni de știință care au crezut că minge de foc - nu este un fenomen fizic și o iluminare artefact a ochiului (dacă te uiți la becul blițului luminos când fotografiați sau discotecă stroboscop, rămâne un sentiment de deplasare a spotului de lumină pentru câteva secunde ochii, indiferent dacă ochii sunt închise sau deschise).
Care este principala problemă a fulgerului cu bile?
Un interes deosebit pentru fulgerul cu bile nu se datorează faptului că are forma unei mingi, ci pentru că natura duratei sale lungi de viață este încă de neînțeles. În general, în natură, dacă nu aveți o direcție desemnată, multe fenomene iau forma unei sfere, de exemplu, picături în timpul unei căderi. Nu există probleme serioase care să creeze atâta timp cât se dorește, cu ajutorul arcurilor electrice de curent scăzut, formarea unei plasme sferice între doi electrozi. Același lucru este valabil și pentru formarea sferică cu plasmă în spațiu liber, susținut de un fascicul de radiații electromagnetice în gama de microunde (la mare ingeniozitate puteți crea chiar și într-un cuptor cu microunde, care a făcut-o dată oamenii de știință japonezi). În aceste fenomene, energia electromagnetică este furnizată din plasmă a descărcărilor din exterior și nu există probleme cu menținerea unei astfel de plasme.
Dar majoritatea cercetătorilor și, în special, "amatori", pleacă de la faptul că nu este furnizată energie externă fulgerului cu bile. Plasma este un gaz în care există mulți electroni liberi și, prin urmare, plasma are o conductivitate ridicată, un curent considerabil curge prin el, ca un fir cu rezistență mare. Dacă oprim alimentarea cu energie a plasmei, atunci pentru câteva milioane de secunde electronii dispar, curentul se oprește, plasma se stinge. Și dacă este așa, atunci trebuie să explicăm de ce fulgerul cu bile, dacă această formare de plasmă, trăiește atât de mult - zeci de mii de ori.
Există multe fenomene uimitoare ale fenomenelor atmosferice optice și electrice. De exemplu, focul Sf. Elmo, că „în noaptea dinaintea furtunii de pe catarg arde“, la fel ca în cântecul lui Bulat Okudzhava. Pentru majoritatea acestora au fost găsite explicații fizice convingătoare. Oamenii de știință înțeleg cum se poate studia chiar și un fenomen atât de rar ca fulgerul liniar obișnuit: fiecare secundă de pe Pământ are aproximativ o sută de biți. Thundercloud format treptat și locul în care orice trăsnete poate fi cu o precizie rezonabilă prezice schimbarea câmpului electric din lume și mișcare hidrometeori (picături, ledyshek, fulgi, pelete zăpadă, etc.) într-o celulă furtună, în care se acumulează încărcătura electrică de bază. În acest loc puteți trimite lentile de diferite instrumente fizice.
Adesea, în timpul unei furtuni, fulgerul pornește de la clădiri înalte și turnuri de televiziune (mai mult de două sute de metri), pe vârful cărora puteți pune și instrumente. În plus, oamenii de știință timp de șaizeci de ani au învățat cum să numesc un fulger dintr-un tunet "pe ei înșiși", adică să creeze așa-numitele declanșatoare de lumină. Cu toate acestea, multe dintre problemele cheie ale fulgerului convențional sunt încă puțin înțelese, ce putem spune despre fulgerul cu bile. Deoarece natura sa este de neînțeles, nu este clar unde să ne așteptăm, înarmați cu instrumente.
La începutul secolului al XX-lea a fost ipoteza în care sa presupus că, din cauza distanței mari de la care este de obicei observată minge de foc, nu vedem cum de nor pentru a se întinde un canal de plasmă subțire - datorită existenței sale actuale este susținută de fulgere globulare. Acum, oamenii de știință știu multe despre fulgerul convenționale actuale, și a constatat că descărcarea durează maximum o secundă, în timp ce acesta va fi compus din mai multe lovituri individuale izbitoare cu un curent mare, între care există pauze, în care curentul de la sol, practic se oprește. Și a fost înregistrat mingi de foc, cu o durată de viață de zece secunde sau mai mult, cu care nu a fost observat nici un lovituri puternice cu fulgere prin intermediul lor, în caz contrar martorii acestor evenimente pur și simplu, ar fi primit șoc electric atât de puternic încât nu a putut vorbi apoi despre experiențele lor.
De asemenea, oamenii de stiinta cunosc foarte bine pe sol si aeronave observatiile dimensiunii norilor stocate in nor si nu sunt prea multe acolo pentru a asigura o viata lunga a formatiilor plasmatice. Se pare că este imposibil să se explice menținerea duratei de viață a fulgerului cu bile, cu ajutorul unor manifestări cunoscute ale electricității naturale atmosferice. Prin urmare, o serie de explicații exotice pentru natura fulger globular, inclusiv oamenii de știință care au dezvoltat acest fenomen și în alte domenii ale fizicii, care nu este foarte versați în energie electrică atmosferică și ipotezele sale nu țin cont de toate datele observaționale acumulate.
De exemplu, Peter Leonidovici Kapitsa, laureat academic și Nobel, a sugerat că Fireball este susținută de un fascicul de radiație cu microunde ca într-un cuptor cu microunde, iar radiația de microunde în sine vine de la fulgere. Dar când studiam fulgerul, nu a fost posibil să detectăm fluxuri serioase de radiații cu microunde. Radiația cu microunde este măsurată cu ușurință la distanțe lungi, deoarece este utilizată pentru a detecta avioanele, rachetele și măsura viteza autoturismelor.
Unii oameni de știință implicați în fizica nucleară au sugerat că fulgerul cu bile are o sursă de energie nucleară. Dar procesele nucleare sunt o energie monstruoasă care nu poate fi generată de fulgere. În plus, creează radioactivitate, care este, de asemenea, ușor de măsurat. În locurile unde s-au observat fulgere cu bile, au încercat de mai multe ori să măsoare radioactivitatea, dar nu depășea fundalul natural.
Dacă fulgerul cu bile este un fenomen fizic, atunci din câteva mii de observații fiabile, se pot deduce proprietățile sale de bază. Prin urmare, omul de știință care pretind să explice mecanismul fulger globular, este necesar nu numai pentru a oferi o nouă sursă de energie neobișnuită interne, care susține o minge de foc, dar, de asemenea, să explice, în contextul acestei ipoteze alte proprietăți stabilite de fulgere globulare. Aproape nici una din ipotezele alternative nu face acest lucru, astfel încât ideile lor atârnă în aer.
Trambulina ca model al terenului
Înregistrarea, care arată o strălucire globulară, durează un secundă și jumătate, ceea ce este foarte mult. A existat o formare luminos din canalul de fulgere liniară direct lângă suprafața pământului. Conform măsurătorilor, mărimea formării mingii a fost la început mai mult de zece metri, iar după o secundă mai mult de cinci metri, și asta este foarte mult pentru fulgerul cu bile.
Lumina fulgerului a strălucit aproape o secundă aproape uniform, ceea ce este absolut imposibil fără influxul de energie externă. A fost posibilă fixarea liniilor spectrale asociate cu materialul de sol, unde fulgerul liniar a lovit și a îndepărtat spectrul de "fulgere cu bile" (siliciu, fier, calciu). Și au fost prezente toate liniile spectrale de înregistrare a timpului, ceea ce înseamnă că pentru același timp a existat un plasmă care susține această strălucire. Nici o combustie nu poate explica acest spectru. Culoarea fulgerului cu bile variază de la purpuriu la roșu. Formația luminată se mișcă cu o viteză de aproximativ nouă metri pe secundă.
În prezent, cea mai consistentă este ipoteza naturii chimice a sursei de energie a fulgerului cu bile. Reacțiile chimice pot dura un timp relativ lung, până când substanțele chimice implicate în reacții sunt epuizate. De exemplu, un astfel de proces poate fi o formă specifică a unei combustii sferic (capabil de a crea o minge în formă de gaze combustibile în laborator, care nu au detonate, și în al doilea rând acolo, se deplasează pe camera de laborator).
Să presupunem că fulgerul lovește o regiune de mlaștini în care evaporarea și acumularea de gaze combustibile, cum ar fi metanul, sunt destul de comune. Datorită temperaturii înalte în timpul unei lovituri de trăsnet, acest gaz se aprinde și apoi arde, care amintește de placa de arzător a unui aragaz care a fost scos din capac. La urma urmei, gazul poate arde ore în cazul în care există un flux de gaz din interiorul mlaștinii.
Dar dacă luăm în considerare fulgerul ca o formă de combustie, cum putem explica manifestările sale electrice până la înfrângerea oamenilor și a animalelor în contact cu fulgerul cu bile? De asemenea, este foarte dificil să realizăm în natură mișcarea unei mingi arzătoare, similară cu observatorii descriși. De obicei, gazele explodează sau arde rapid. Prin urmare, ipoteza chimică nu poate explica multe proprietăți importante ale fulgerului cu bile, dar elimină problema duratei de viață care există în ipoteza plasmei.
Avantajul ipotezei chimice este că nu trebuie să implicați idei foarte exotice cum ar fi "obținerea energiei din vid" sau "fuziunea rece". Dar, pentru experimentul chinez de încredere descris mai sus, această ipoteză nu corespunde, deoarece nu există mlaștini, iar spectrul arderii diferă radical față de spectrul înregistrat de chinezi. Cu toate acestea, experimentul chinez nu poate fi de încredere până la sfârșit.
Simularea fulgerului cu bile în laborator
Mai multe grupuri din lume au încercat să simuleze o minge de foc în laborator. Există cercetători care susțin că au reușit să creeze o minge de foc cu o descărcare puternică în vapori de apă. Au trimis chiar și fotografii pe Internet. Dar, publicații serioase în reviste, cum ar fi China, pe acest subiect nu a fost - publicații, în cazul în care experiențele lor au fost descrise în detaliu, înregistrate de proprietăți plasmă instrumente moderne, ar fi garantată absența alimentării cu energie suplimentară din surse externe, și așa mai departe.
Nu este suficient să obțineți un interesant fenomen de lumină sferică cu durată lungă de viață în laborator - este necesar să se dea argumente serioase în favoarea faptului că ceea ce am creat în laborator are de a face cu fenomenul natural numit fulger cu bile. Scânteia dintre bile, alunecând într-o mașină electrică, a avut, în ciuda afirmațiilor cadrelor didactice, foarte puțină legătură cu fulgerul. Nu poate explica nu numai cum se naște fulgerul, ci și cum prăjește decalajul dintre nori și pământ. Același lucru este valabil și pentru crearea unei formări luminoase globulare cu durată lungă de viață în laborator. Mai trebuie să dovedim că experimentul modelează un fenomen natural.
Și totuși, fulgerul cu bile încă aruncă oamenii de știință o provocare serioasă. Astăzi se crede că dovezile existenței fulgerului cu bile sunt atât de multe încât este imposibil să-l periați. Poate că fulgerul cu bile nu este doar un fenomen, ci o combinație complexă de fenomene fizice cunoscute, pe care încă nu le putem urmări și descifra.
Alexander Kostinsky. Candidat la științe fizice și matematice, decan adjunct al Facultății de Fizică, HSE