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发布时间：2026-09-03 来源：返朴
我们都见识过电闪雷鸣。在夏季常见的雷雨天气里，乌云里的冰晶和小冰粒碰撞摩擦，让云顶带正电、云底带负电，积累到一定程度，强大的电场把空气击穿，瞬间形成一条导电通道，刺眼的闪电随之而起，把天地连接起来，随后就是轰隆隆的雷声。
可是，你见过球状闪电吗？当一道闪电劈向地面，一个橙红色的火球从落雷处缓缓升起，在空中飘浮、旋转，发出嘶嘶的声响，过一会儿就消失了。几百年来，世界各地时不时地有人宣称自己看到这种神奇的现象，但是通常认为这只是民间传说，或者是某种幻觉。有些科学家也尝试着解释它，但是一直不能证实或否定它——直到最近，中国科学家首次在实验室里可控地制造了球状闪电。
球状闪电很古怪，跟我们常见的普通闪电大不一样，据说它不是线状分叉，而是球形或椭圆形；可以持续几秒钟甚至几分钟，而不是一闪即逝；可以水平飘移，甚至能穿墙过壁，烧穿玻璃；既可能安静地消失，也可能剧烈爆炸；有时候还会在密闭的房间里凭空出现。
球状闪电的相关记载可以追溯到几百年前，关于它的发生机理也提出了许多假说，包括等离子体、微波—孤子理论、泥块假说、电磁幻觉等等，但至今没有达成共识。主要是因为可靠的观测报告太少，可重复的制备手段更是完全没有，大家只能乱猜。
如果目击者的报告可信的话，球状闪电似乎应该是一个高温能量团——等离子体假说就是这么认为的——然而，最让人困惑的问题来了：什么力量使得这团高温能量聚拢不散，还可以保持稳定的球形呢？就像冷热空气可以形成对流一样，一团高温等离子体在空气中也应该迅速扩散并消亡。但是，球状闪电据说可以乖乖地保持球形，慢慢地移动。
2026年4月，中国科学院上海光学精密机械研究所的科研团队在《自然·光子学》上发表一项重要工作，他们利用“羲和”激光装置——世界上最强大的激光器之一，能在极短时间内释放出巨大能量——首次成功激发并捕获了一种无论体形、状态还是发光特性都跟球状闪电非常相似的球形发光体，还证实它们的本质是“电磁孤子”。
在实验室里制造球状闪电？听起来好像是科幻而不是科学，但这是真的。制造球状闪电，简单说就是“用电磁波打造一个自持的能量球”。科学家先用“羲和”激光装置发出一束超强的飞秒激光（一飞秒只有一千万亿分之一秒），打在极细的金属丝上，激发出一种特殊的电磁波——太赫兹波。太赫兹波是一种能量极高的电磁波，它的频率介于加热食物的微波和电视遥控器里的那种红外光之间。接着，他们把这个电磁波引到一个只有几十纳米大小的针尖上——相当于把能量狠狠“挤”进一个极小的空间里，让它变得更强。同时，从针尖旁边喷出一股高速高密度的氩气。氩气被这里的能量加热到极高温度，于是氩原子就被撕裂为自由电子和带正电的离子，它们混在一起，整个气体仍然是电中性的，这就是高温等离子体。最后，电磁波的辐射压力像一双无形的手，把这团等离子体压成一个紧密的“外壳”，将能量牢牢包裹在其中。这样就形成了一个直径几百微米、能存在几百纳秒的发光球体——它不需要外界持续供能，自己能稳定一小段时间，这就是“电磁孤子”。
实验室制备的“球状闪电”只有几百微米大小，只能维持几百纳秒，也就是不到百万分之一秒，但是自然界出现的“球状闪电”有几十厘米大、可以持续几秒钟甚至更长时间。两者的尺寸和寿命相差得这么多，它们真的是同一种东西吗？是的，但这就要物理理论出场进行说明了：电磁孤子的大小跟寿命之间有着特定的比例关系，实验室里制造的这种孤子就对应于直径几十厘米、持续数秒的球状闪电。
中国科学家首次在实验室中获得了可重复生成、可精确测量的与自然界“球状闪电”类似的研究对象。利用高速成像系统，他们完整记录了球状电磁孤子从形成、膨胀到消失的整个过程，测试结果表明，其中的电子温度在一百纳秒的时间里，从大约7万摄氏度下降到大约6000摄氏度，相应的光谱特征、膨胀动力学都与理论完全符合，揭示了自持发光球形结构来自光辐射压力和热等离子体压力的动态平衡。
这项工作不仅展现了电磁场与物质相互作用在极端条件下所能达到的精妙配合，为揭开“球状闪电”的物理本质奠定了实验基础，还为极端电磁场与物质相互作用研究提供了新平台，展示了如何让等离子体长时间维持高能量密度状态，可能为人工可控核聚变提供新路径。美好的未来何时才能实现呢？这就需要科学家们，中国的和全世界的科学家们，继续努力了。
说到这里，关于实验室里的电磁孤子，我们已经有所了解。现在外面乌云密布，远处传来隐隐的雷声，我也准备拿起手机，密切关注窗外。也许，神秘的“球状闪电”马上就要光临了！
撰文：姬扬 浙江大学物理学院
发布时间：2026-09-03 来源：返朴
我们都见识过电闪雷鸣。在夏季常见的雷雨天气里，乌云里的冰晶和小冰粒碰撞摩擦，让云顶带正电、云底带负电，积累到一定程度，强大的电场把空气击穿，瞬间形成一条导电通道，刺眼的闪电随之而起，把天地连接起来，随后就是轰隆隆的雷声。
可是，你见过球状闪电吗？当一道闪电劈向地面，一个橙红色的火球从落雷处缓缓升起，在空中飘浮、旋转，发出嘶嘶的声响，过一会儿就消失了。几百年来，世界各地时不时地有人宣称自己看到这种神奇的现象，但是通常认为这只是民间传说，或者是某种幻觉。有些科学家也尝试着解释它，但是一直不能证实或否定它——直到最近，中国科学家首次在实验室里可控地制造了球状闪电。
球状闪电很古怪，跟我们常见的普通闪电大不一样，据说它不是线状分叉，而是球形或椭圆形；可以持续几秒钟甚至几分钟，而不是一闪即逝；可以水平飘移，甚至能穿墙过壁，烧穿玻璃；既可能安静地消失，也可能剧烈爆炸；有时候还会在密闭的房间里凭空出现。
球状闪电的相关记载可以追溯到几百年前，关于它的发生机理也提出了许多假说，包括等离子体、微波—孤子理论、泥块假说、电磁幻觉等等，但至今没有达成共识。主要是因为可靠的观测报告太少，可重复的制备手段更是完全没有，大家只能乱猜。
如果目击者的报告可信的话，球状闪电似乎应该是一个高温能量团——等离子体假说就是这么认为的——然而，最让人困惑的问题来了：什么力量使得这团高温能量聚拢不散，还可以保持稳定的球形呢？就像冷热空气可以形成对流一样，一团高温等离子体在空气中也应该迅速扩散并消亡。但是，球状闪电据说可以乖乖地保持球形，慢慢地移动。
2026年4月，中国科学院上海光学精密机械研究所的科研团队在《自然·光子学》上发表一项重要工作，他们利用“羲和”激光装置——世界上最强大的激光器之一，能在极短时间内释放出巨大能量——首次成功激发并捕获了一种无论体形、状态还是发光特性都跟球状闪电非常相似的球形发光体，还证实它们的本质是“电磁孤子”。
在实验室里制造球状闪电？听起来好像是科幻而不是科学，但这是真的。制造球状闪电，简单说就是“用电磁波打造一个自持的能量球”。科学家先用“羲和”激光装置发出一束超强的飞秒激光（一飞秒只有一千万亿分之一秒），打在极细的金属丝上，激发出一种特殊的电磁波——太赫兹波。太赫兹波是一种能量极高的电磁波，它的频率介于加热食物的微波和电视遥控器里的那种红外光之间。接着，他们把这个电磁波引到一个只有几十纳米大小的针尖上——相当于把能量狠狠“挤”进一个极小的空间里，让它变得更强。同时，从针尖旁边喷出一股高速高密度的氩气。氩气被这里的能量加热到极高温度，于是氩原子就被撕裂为自由电子和带正电的离子，它们混在一起，整个气体仍然是电中性的，这就是高温等离子体。最后，电磁波的辐射压力像一双无形的手，把这团等离子体压成一个紧密的“外壳”，将能量牢牢包裹在其中。这样就形成了一个直径几百微米、能存在几百纳秒的发光球体——它不需要外界持续供能，自己能稳定一小段时间，这就是“电磁孤子”。
实验室制备的“球状闪电”只有几百微米大小，只能维持几百纳秒，也就是不到百万分之一秒，但是自然界出现的“球状闪电”有几十厘米大、可以持续几秒钟甚至更长时间。两者的尺寸和寿命相差得这么多，它们真的是同一种东西吗？是的，但这就要物理理论出场进行说明了：电磁孤子的大小跟寿命之间有着特定的比例关系，实验室里制造的这种孤子就对应于直径几十厘米、持续数秒的球状闪电。
中国科学家首次在实验室中获得了可重复生成、可精确测量的与自然界“球状闪电”类似的研究对象。利用高速成像系统，他们完整记录了球状电磁孤子从形成、膨胀到消失的整个过程，测试结果表明，其中的电子温度在一百纳秒的时间里，从大约7万摄氏度下降到大约6000摄氏度，相应的光谱特征、膨胀动力学都与理论完全符合，揭示了自持发光球形结构来自光辐射压力和热等离子体压力的动态平衡。
这项工作不仅展现了电磁场与物质相互作用在极端条件下所能达到的精妙配合，为揭开“球状闪电”的物理本质奠定了实验基础，还为极端电磁场与物质相互作用研究提供了新平台，展示了如何让等离子体长时间维持高能量密度状态，可能为人工可控核聚变提供新路径。美好的未来何时才能实现呢？这就需要科学家们，中国的和全世界的科学家们，继续努力了。
说到这里，关于实验室里的电磁孤子，我们已经有所了解。现在外面乌云密布，远处传来隐隐的雷声，我也准备拿起手机，密切关注窗外。也许，神秘的“球状闪电”马上就要光临了！
撰文：姬扬 浙江大学物理学院
