Занимательная физика в вопросах и ответах.
Сайт  Елькина Виктора.
   Заслуженный учитель РФ.   Учитель-методист. 
  Занимательная  физика   А знаете ли Вы?    Физика в походе    Биофизика   Биографии   Астрономия 
 Физика  и  поэзия     Физика и медицина    Народная мудрость  Занимательные опыты
Радиотехника для всех    Физика и техника   Бочка Паскаля  Форум   Оптика   Старинные  задачи
Ссылки   Необычные  явления

 Это не чудо, а загадка природы

     Явление природы, известное под названием «шаровая молния», обросло массой полумистических вымыслов и догадок, вызывающих у физиков своеобразную «фобию». В нашей стране этот мистический ореол был уничтожен в значи­тельной мере трудами ныне покойного Игоря Павловича Стаханова. Всем, кто серьезно интересуется проблемой, рекомендую прочитать его книгу*.

   Получив данные Стаханова, физики перестали сомневаться в существовании шаровой молнии. Ученый провел анкетирование тысяч свидетелей, наблюдавших феномен, научно обработал результаты и выдвинул свою гипотезу, наиболее, кстати, убедительную из имеющихся.

Известно, что шаровая молния внешне представляет собой светящийся шар диаметром до нескольких десятков сантиметров, плавающий в воздухе. Появляет­ся обычно во время грозы и живет от нескольких секунд до нескольких минут, а затем взрывается или тихо гаснет. Энергия взрыва не так уж велика и, как правило, соответствует сгоранию не более нескольких граммов взрывчатки.

     Чем же  привлекает это явление ученых? Почему оно обрастает мистикой в наш просвещенный век?

   Причина интереса проста. Исследователи до сих пор не могут толком сказать, как устроена шаровая молния. Не могут достаточно доказательно объяснить, почему она существует, и не способны воспроизводить это явление природы в лаборатории по своему желанию (а не случайным образом).

   В гипотезах недостатка нет. Их даже слишком много в ущерб качеству. И как правило, они противоречат друг другу. Но если предлагают много разных лекарств от какой-нибудь болезни, лечить ее, видимо, не умеют. Аналогично в физике: если много разных гипотез посвящено одному явлению, его просто не знают с чем связать. Такая несостоятельность науки сегодня и стимулирует фантазию околонаучных энтузиастов.

Просто плазменный шарик?!

   Не вдаваясь в сколько-нибудь подробный обзор имеющихся гипотез, остановлюсь на самой, казалось бы, очевидной. Да ведь это просто плазменный сгусток.  Внешне он должен выглядеть как шаровая молния.   

   Такое объяснение природы шаровой молнии устроило бы многих физиков. Далее можно бы строить различные модели, объясняющие процесс образования и детали поведения шаровой молнии. Но одно принципиальное обстоятельство мешает принять гипотезу. Такая плазма способна прожить не более одной миллиардной доли  секунды. За  это время   положительно  и  отрицательно заряженные частицы прорекомбинируют, породив  нейтральные частицы, то есть газ. Вероятно, из-за этой трудности большинство физиков отказалось от гипотез, связанных с существованием сгустка холодной плазмы.

Сгусток кластеров? 

    Но всегда ли положительные и отрицательные частицы обязаны рекомбинировать в плотной холодной плазме? Смелая попытка обойти это препятствие принадлежит И. П. Стаханову, выдвинувшему гипотезу о сольватации ионов. Известно, что к положительным и отрицательным зарядам могут прилипать нейтральные молекулы воды. Такое явление называется сольватацией. Молекулы воды способны образовать сольватные оболочки, мешающие ионам приблизиться на расстояние, необходимое для их рекомбинации.

   Увы, кластерная гипотеза оказалась недостаточной. Расчеты показали, что сольватные оболочки должны образовывать сплошной барьер, препятствующий проникновению электронов. На самом же деле на ионы в этих условиях налипает лишь несколько молекул воды. Такая оболочка не может понизить скорость рекомбинации в триллионы раз.

Разгадка?

   Теперь самое время вернуться к нашей теории. Ведь из нее следует, что тяжелые заряженные частицы — будь то атомарные отрицательные ионы или кластеры—крайне редко оказываются сильно связанными, когда и происходит рекомбинация. И не из-за того, что им кто-то мешает, а потому, что они достаточно хорошо следуют механике Ньютона. Расчеты лишний раз подтвердили то, о чем мы уже догадывались. Они показали, что в соответствующих условиях рекомбинация может замедлиться на четырнадцать порядков, то есть в сто триллионов раз. При этом время жизни плазменного сгустка составит несколько минут. Именно столько обычно и живет шаровая молния в природе.

   Объяснение казалось нам теперь таким очевидным, что невольно возник новый вопрос. Если все настолько просто, почему же никто не догадался об этом раньше? Неужели в науке до сих пор существует простое везение, слепой случай? Видимо, да. И ясно, почему такое объяснение не могли придумать раньше. Никто же не станет пересматривать основы статистической механики ради того, чтобы объяснить природу шаровой молнии, явления, не изученного в лаборатории.

   Как известно, всякое сравнение хромает. И все же можно предложить такую аналогию. В физике есть понятие метастабильных, или долгоживущих, фазовых состояний, например перегретая жидкость и переохлажденный пар. Так, хорошо очищенную от примесей воду можно перегреть, то есть нагреть выше точки кипения. Перегретая вода долго не закипает, но через некоторое время ни с того ни с сего как бы взрывается, осуществляя положенный для данных условий переход «жидкость — газ». Нечто похожее представляет собой вещество шаровой молнии. Это метастабильная переохлажденная плазма. Фазовый переход в ней затруднен по причинам, которые я старался максимально простым языком изложить выше. В какой-то момент метастабильность нарушается, и происходит взрыв.

И   вечный   бой

    Неужели теперь все ясно? Конечно же, нет. Как правило, новый прорыв в науке ставит и много новых вопросов, которые ранее просто не могли возникнуть. Работы только добавляется. (Если, конечно, нет ошибки, возможность которой полностью никогда нельзя исключать.) Нам лишь удалось подобрать ключ к проблеме, увидеть дальнейший путь. До этого было вообще не ясно, с чем связать непонятное явление — шаровую молнию. Теперь же надо искать методы получения долгоживущих плазменных образований в лаборатории. Каким путем идти, мы примерно догадываемся. Но об этом пока рано говорить.

С. Яковленко. Доктор физико-математических наук, профессор.

Источник: ж. Знание - сила.  №4, 93. с.58.

    Назад

  Занимательная  физика   А знаете ли Вы?    Физика в походе    Биофизика   Биографии   Астрономия 
 Физика  и  поэзия     Физика и медицина    Народная мудрость  Занимательные опыты
Радиотехника для всех    Физика и техника   Бочка Паскаля  Форум   Оптика   Старинные  задачи

Ссылки   Необычные  явления


Rambler's Top100

 

Hosted by uCoz