荆州日报
2026年04月17日
第A008版:时事关注
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我国科学家在世界首次人工制造出
类似自然界的“球状闪电”

  新华社上海4月16日电 球状闪电,俗称“滚地雷”,是自然界最神秘的电磁现象之一。许多人曾目击到这种悬浮于空气中的发光球体,心中充满了好奇和追问。科学家们也提出过多种理论假说,但始终缺乏可重复、可精确诊断的实验加以验证。

  在深厚技术积累基础上,中国科学院上海光学精密机械研究所的研究团队,首次在世界上用人工方式,成功激发并捕获了一种在形状、状态和发光特性与自然界球状闪电高度相似的球形发光体,从而揭示并证实球状闪电的本质为“电磁孤子”。16日,国际权威学术期刊《自然·光子学》发表了相关论文。

  “它飘了进来,一个篮球大小的蓝色火球。它像一个蓝色的幽灵,一个凝固的闪电,在客厅里飘行,发出的光芒柔和冰凉。它没有声音,也没有轨迹,就那么无声地、空灵地飘着,像在空气中游泳。”这是科幻作家刘慈欣在《球状闪电》一书中描写的球状闪电。

  我国科学家在实验室里人工制造的“类球状闪电”是什么样子呢?

  记者在研究团队用高速摄像系统捕捉的画面中看到:黑暗中,只见一个明亮的白色发光体,被一层幽蓝的外壳团团包裹,形成了一个球形的能量体,从小到大、飘忽不定、逐渐膨胀。慢慢地,球体变成了蓝色的粗颗粒状,最终耗散。

  “这个蓝色的外壳,就是像太阳一样的燃烧等离子体,它如同一个无形的‘光之茧’,将电磁波紧紧包裹在中间,最终形成了一个直径约百微米、寿命达百纳秒的能量球。”上海光机所田野研究员解释说,“这个能量球缓慢膨胀,发出的光谱覆盖从紫外到红外的宽波段,完全符合理论预言的电磁孤子行为。经物理标度变换,该电磁孤子可对应自然界中直径几十厘米、持续数秒的球状闪电。”

  “电磁孤子”就是电磁波变成了像粒子一样稳定态、会穿墙、精准攻击的“电磁幽灵球”——这正是科幻小说《球状闪电》的现实物理原型。

  此前,浙江大学武慧春教授在理论上研究认为,球状闪电可以解释为电磁孤子的宏观表现形式:它由高温等离子体构成,却能在数秒内维持球状形态而不快速耗散。然而,其能量来源与稳定机制始终缺乏系统的物理解释与实验验证。

  在上海光机所这项最新的研究中,科学家如何在实验室人工制造出“电磁孤子”并激发成“类球状闪电”呢?

  据上海光机所团队负责人宋立伟研究员介绍,该项研究基于团队在“强激光驱动丝波导太赫兹源”领域的持续深耕,特别是围绕极端太赫兹光场和非平衡物态的前沿展开的研究,为本次突破提供了关键支撑。

  研究团队将激光驱动金属丝产生的太赫兹表面波,导引至纳米级针尖,借助其亚波长约束和近场增强效应,在局域实现了相对论级强度的近场场强,为亚毫米尺度电磁孤子的产生提供了高质量的驱动源。

  与此同步,将超音速氩气气体喷流注入针尖近场区。在强太赫兹电场作用下,气体被迅速电离为等离子体,并将电子和离子向外排开,中间形成一个球形空腔。而球壳表面则是被太赫兹波推动,形成一层致密高温的等离子体壳。球形腔内的光波辐射压与球壳表面的热压,随着球体膨胀达成了一种“精妙的力学平衡”,将太赫兹波囚禁在内,进而形成了类似自然界的球状闪电。

  业内专家认为,该研究不仅为破解球状闪电这一科学悬案提供了关键实验证据,也揭示了极端电磁能量约束的基础物理机制,为聚变能源、高能量密度物理及能量存储等相关领域研究提供了新的参考。

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