世界首次！我國科學家造出“球狀閃電”

視頻中部分內容由AI生成

球狀閃電，俗稱“滾地雷”，是自然界最神秘的電磁現象之一。許多人曾目擊到這種懸浮于空氣中的發光球體，心中充滿了好奇和追問。科學家們也提出過多種理論假說，但始終缺乏可重復、可精確診斷的實驗加以驗證。

在深厚技術積累基礎上，中國科學院上海光學精密機械研究所的研究團隊，首次在世界上用人工方式，成功激發并捕獲了一種在形狀、狀態和發光特性與自然界球狀閃電高度相似的球形發光體，從而揭示并證實球狀閃電的本質為“電磁孤子”。4月16日，國際權威學術期刊《自然·光子學》發表了相關論文。

“它飄了進來，一個籃球大小的藍色火球。它像一個藍色的幽靈，一個凝固的閃電，在客廳里飄行，發出的光芒柔和冰涼。它沒有聲音，也沒有軌跡，就那么無聲地、空靈地飄著，像在空氣中游泳。”這是科幻作家劉慈欣在《球狀閃電》一書中描寫的球狀閃電。

我國科學家在實驗室里人工制造的“類球狀閃電”是什么樣子呢？

科學家在實驗室用高速攝像系統捕捉的“類球狀閃電”。（上海光機所供圖）

記者在研究團隊用高速攝像系統捕捉的畫面中看到：黑暗中，只見一個明亮的白色發光體，被一層幽藍的外殼團團包裹，形成了一個球形的能量體，從小到大、飄忽不定、逐漸膨脹。慢慢地，球體變成了藍色的粗顆粒狀，最終耗散。

“這個藍色的外殼，就是像太陽一樣的燃燒等離子體，它如同一個無形的‘光之繭’，將電磁波緊緊包裹在中間，最終形成了一個直徑約百微米、壽命達百納秒的能量球。”上海光機所田野研究員解釋說，“這個能量球緩慢膨脹，發出的光譜覆蓋從紫外到紅外的寬波段，完全符合理論預言的電磁孤子行為。經物理標度變換，該電磁孤子可對應自然界中直徑幾十厘米、持續數秒的球狀閃電。”

“電磁孤子”就是電磁波變成了像粒子一樣穩定態、會穿墻、精準攻擊的“電磁幽靈球”——這正是科幻小說《球狀閃電》的現實物理原型。

此前，浙江大學武慧春教授在理論上研究認為，球狀閃電可以解釋為電磁孤子的宏觀表現形式：它由高溫等離子體構成，卻能在數秒內維持球狀形態而不快速耗散。然而，其能量來源與穩定機制始終缺乏系統的物理解釋與實驗驗證。

在上海光機所這項最新的研究中，科學家如何在實驗室人工制造出“電磁孤子”并激發成“類球狀閃電”呢？

“電磁孤子”多波段發光隨時間演化圖。（上海光機所供圖）

據上海光機所團隊負責人宋立偉研究員介紹，該項研究基于團隊在“強激光驅動絲波導太赫茲源”領域的持續深耕，特別是圍繞極端太赫茲光場和非平衡物態的前沿展開的研究，為本次突破提供了關鍵支撐。

研究團隊將激光驅動金屬絲產生的太赫茲表面波，導引至納米級針尖，借助其亞波長約束和近場增強效應，在局域實現了相對論級強度的近場場強，為亞毫米尺度電磁孤子的產生提供了高質量的驅動源。

與此同步，將超音速氬氣氣體噴流注入針尖近場區。在強太赫茲電場作用下，氣體被迅速電離為等離子體，并將電子和離子向外排開，中間形成一個球形空腔。而球殼表面則是被太赫茲波推動，形成一層致密高溫的等離子體殼。球形腔內的光波輻射壓與球殼表面的熱壓，隨著球體膨脹達成了一種“精妙的力學平衡”，將太赫茲波囚禁在內，進而形成了類似自然界的球狀閃電。

業內專家認為，該研究不僅為破解球狀閃電這一科學懸案提供了關鍵實驗證據，也揭示了極端電磁能量約束的基礎物理機制，為聚變能源、高能量密度物理及能量存儲等相關領域研究提供了新的參考。

來源：新華社微信公眾號、中科院之聲微信公眾號