刘慈欣科幻小说成真？中国科学家破解百年谜团，在实验室制造“类球状闪电”

刘慈欣科幻小说成真？中国科学家破解百年谜团，在实验室制造“类球状闪电”

提起球状闪电，很多人脑海中首先浮现的，恐怕是刘慈欣笔下那个能吞噬生命、呈现量子态的奇幻存在。不得不说，现实世界里的球状闪电，其神秘程度丝毫不亚于科幻小说。与那道转瞬即逝的普通闪电不同，它更像一个不请自来的幽灵：大小如篮球或足球，却能长时间、稳定地漂浮在空中。

然而，正是这种“稳定存在”，成了困扰科学界两百多年的核心谜题。它出现得毫无规律，极难被精密仪器捕捉，以至于法拉第、特斯拉乃至诺贝尔奖得主卡皮查等科学巨匠都曾试图解释，却始终未能彻底回答：一团炽热的等离子体，凭什么能在空气中维持形态而不迅速消散？又是什么力量，将它紧紧束缚成一个完美的球体？

转机出现在北京时间4月16日。中国科学院上海光学精密机械研究所（上海光机所）团队在《自然・光子学》上发表了一项重磅研究。他们首次在实验室里，成功捕获了尺度近毫米、寿命达百纳秒量级的“球状电磁孤子”。无论是形状、状态还是发光特性，这个人造光球都与自然界中的球状闪电高度相似。这无疑为破解这个百年自然之谜，提供了迄今为止最关键的实验证据和物理图景。

球状电磁孤子封面艺术图

球状闪电有多“诡异”？

我们常说的“快如闪电”，描述的其实是普通闪电的线性与瞬时性。球状闪电则完全是另一回事。它的直径通常在几十厘米，寿命却能长达数秒甚至数分钟，并且可以悠然自得地漂浮移动。

更“刁钻”的是，它只在雷雨天随机现身，出现频率仅为普通闪电的千分之一到百分之一。统计显示，普通人一生中亲眼目睹它的概率，大概只有3%到5%。正因为如此“神出鬼没”，长期以来，关于它的各种科学猜想虽多，却始终缺乏一锤定音的实验验证。

就像一个“光之茧”

在实验室里“复刻”球状闪电，难度有多大？过去的尝试表明，用红外激光只能制造出微米级、皮秒级的微小结构，与真实的球状闪电相比，尺度与寿命都相差了几个数量级。

上海光机所的团队选择了一条与众不同的路。他们放弃了红外光波，转而利用波长更长的太赫兹波进行实验。具体过程堪称精妙：先用超强飞秒激光驱动金属丝产生超强太赫兹表面波，接着通过一个纳米针尖，将太赫兹场强放大到惊人的100亿伏/米以上。然后，将这个极端强场注入高速喷流的氩气中——氩气被瞬间电离成等离子体。最关键的一步来了：太赫兹波的电磁辐射压会推动周围的等离子体，形成一层致密的外壳，这层壳反过来将部分太赫兹电磁能量“囚禁”在内。最终，一个近毫米大小、寿命百纳秒的稳定光球，便诞生了。

上海光机所研究团队

说到这里，不妨回想一下刘慈欣小说里的设定——他将球状闪电的本质想象为“宏电子”。那么，现实世界的真相究竟是什么？上海光机所的这项研究给出了清晰的答案：球状闪电的本质，其实是电磁波被囚禁在等离子体空腔内所形成的稳定结构，即“电磁孤子”。

打个比方，它就像一个自我包裹的“光之茧”：强大的电磁场能量被一层薄薄的等离子体外壳严密地包裹起来。外壳的压力与内部电磁场的辐射压，达成了一种精妙的动态平衡。正是这种自我稳定的特殊结构，使得它无需外部持续供能，也能自主维持球状并缓慢燃烧发光。这，或许就是球状闪电能够违背常识、长时间存在的核心秘密。

解开百年自然之谜

这项突破的意义，远不止于解释一种自然奇观。

首先，它通过受控产生球状太赫兹孤子，为球状闪电这一百年谜题提供了迄今为止最直接、最有力的实验证据与物理解释，生动展现了极端条件下电磁场与物质相互作用所蕴含的物理之美。

实验观测到球形电磁孤子在发波段和几何尺寸上与自然界的球状闪电特征非常类似

其科学价值更为深远。这项研究不仅揭示了球状闪电的物理本质，更发现了一种极端电磁能量自我约束的全新机制。这一发现，犹如打开了一扇新的大门，为未来多个前沿领域——包括聚变能源、太赫兹光子学、电磁能量存储、大气科学、地球物理学以及强场物理等——指明了全新的研究方向。从理解自然奥秘到推动技术革命，这颗在实验室中诞生的“微型太阳”，照亮的前路可能超乎想象。

原标题：《刘慈欣科幻小说成真？中国科学家破解百年谜团，在实验室制造“类球状闪电”》

图片来源：受访对象

来源：作者：解放日报 黄海华