Они сопровождаются выделением энергии. При этом в объеме диаметром 20 см выделяется примерно 1 кДж энергии. Это мало, подсчетам, запас энергии шаровой молнии таких размеров должен составляет примерно 1000 кДж. Недостатком рассматриваемой физической модели является также невозможность объяснения устойчивой формы шаровой молнии, существование поверхностного натяжения.
В поисках ответа была разработана новая физическая теория. Согласно этой гипотезы шаровая молния состоит из положительных и отрицательных ионов. Ионы образуются за счет энергии разряда обычной линейной молнии. Затраченная на их образование энергия и определяет запас энергии шаровой молнии. Она высвобождается при рекомендации ионов. Благодаря электростатическим
(кулоновским) силам, действующим между ионами, объем, заполненный заполненный ионами, будет обладать поверхностным натяжением, что и определяет устойчивую шаровую форму молнии. Дело в том, что если положительные и отрицательные ионы будут “перемешаны” по объему молнии, от они будут очень быстро рекомбинировать – за время порядка всего 109 с. следовательно, такая шаровая молния не может существовать в течение секунды, ни говоря уж о минутах. Таким образом необходимо существенно затормозить (задержать) процесс рекомбинации ионов. Как это сделать?
Ответ дает кластерная гипотеза, предложенная в 1976 году И.П. Стахановым. Стаханов, как и многие другие физики, исходил из того, что молния состоит из вещества, находящегося в состоянии плазмы.
Плазма похожа на газообразное состояние с единственной разницей: молекулы вещества в плазме ионизированы, то есть потеряли (или наоборот приобрели лишние) электроны и перестали быть нейтральными. Это значит, что молекулы могут взаимодействовать не только как частицы газа – при столкновениях,, но и на расстоянии с помощью электрических сил.
Разноименно заряженные частицы притягиваются. Поэтому в плазме молекулы стремятся вернуть себе потерянный заряд путем рекомбинации с оторванными электронами. Но после рекомбинации плазма превратится в обычный газ. Поддерживать жизнь плазмы можно только до тех пор, пока рекомбинации что-то мешает, - как правило, очень высокая температура.
Если шаровая молния – это плазменный шар, то она обязана быть горячей. Так рассуждали сторонники плазменных моделей до Стаханова. А он заметил, что существует и другая возможность. Ионы, то есть молекулы, потерявшие или захватившие лишний электрон, могут притянуть к себе обыкновенные нейтральные молекулы воды и окружить себя прочной “водяной” оболочкой, запирающей лишние электроны внутри и не дающий им воссоединятся со своими хозяевами. Такое возможно потому, что молекула воды имеет два полюса: отрицательный и положительный, за один из которых “хватается” ион в зависимости от своего заряда, чтобы притянуть молекулу к себе. Таким образом, сверхвысокие температуры больше не нужны, плазма может оставаться и “холодной”, не горячее 200-300 градусов. Ион, окруженный водяной оболочкой, называется кластером, поэтому гипотеза профессора Стаханова получила имя кластерной.
Самым важным достоинством кластерной гипотезы стало то, что она продолжает не просто жить в науке, но и обогащаться новым содержанием. Группа исследователей из Института общей физики РАН, в которую входит профессора Сергей Яковленко, недавно получила поразительные новые результаты.
Выяснилось, что сама по себе водяная оболочка не может получиться столь плотной, чтобы помешать ионам рекомбинировать. Но рекомбинация приводит к возрастанию энтропии шаровой молнии, то есть меры ее беспорядка. Действительно, в плазме положительно и отрицательно заряженные молекулы отличаются друг от друга по особому взаимодействуют, а после рекомбинации они перемешиваются и становятся неразличимыми. До сих пор считалось, что в предоставленной самой себе системе беспорядок самопроизвольно возрастает то есть в случае шаровой молнии рекомбинация произойдет сама собой если ей как-то не помешать. Из результатов компьютерного моделирования и теоретических выкладок, проведенных в институте общей физики, следует совершенно иной вывод: беспорядок вносится в систему из вне, например при хаотичных столкновениях молекул на границе шаровой молнии и воздуха, в котором она движется. Пока беспорядок не “накопится”, рекомбинации не будет, даже несмотря на то, что молекулы стремятся к этому. Характер их движения внутри шаровой молнии таков, что при сближении разноименно заряженные молекулы будут пролетать друг мимо друга, не успевая обменятся зарядом.
Итак, согласно кластерной гипотезе шаровая молния представляет собой самостоятельно существующее тело (без непрерывного подвода энергии от внешних источников), состоящих из тяжелых положительных и отрицательных ионов, рекомбинация которых сильно заторможена вследствие гидратации ионов.
В отличие от многих других гипотез, данная выдерживает сравнение с результатами нескольких тысяч известных сейчас наблюдений и удовлетворительно объясняется многие из них.
Заключение:
Число различных гипотез о природе шаровой молнии значительно превосходит сотню, но мы разобрали только несколько. Ни одна из существующих в настоящее время гипотез не является совершенной, каждая имеет множество недостатков.
Поэтому, хотя принципиальные закономерности природы шаровой молнии проняты, данную проблему нельзя считать решенной – осталось множество тайн и загадок, а также нет конкретных способов создания ее в лабораторных условиях.
По данным наблюдений шаровые молнии часто вращаются в воздухе или катятся по предметам. При опускании на рыхлую землю или торф шаровые молнии способны вырыть ямы или разбросать землю. На быстрое движение частиц в шаровой молнии указывает и то обстоятельство, что в некоторых случаях контакта с ней люди получали ожоги как от электрического тока, а предметы нагревались или оплавлялись. Согласно предлагаемой нами модели физическая природа шаровой молнии такая же, как и у обычной молнии.
1. М.Б.Буркнблит Е.Г.Гаоглева. “Электричество в живых организмах”.
2. Энциклопедия для детей “Аванта +” том 2: Биология.
3. Л.Элиот, У.Уилкокс “Физика”.
4. Г.Р.Иваницкий “Мир глазами биофизики”
5. Е.Кнорре “Живое в прожекторах науки”
6. Барии Дж. Шаровая молнияи четочная молния. М.: Мир, 1983 – 288 с.
7. Смирнов Б.М. Проблема шаровой молнии. М.: Наука, 1988 – 208с.
8. Сингер С. Природа шаровой молнии. М.: Мир, 1973 –239 с.
9. Стаханов И.П. О физической природе шаровой молнии. М.: Энергоатомиздат, 1985 – 209 с.
10. Капица П.Л. Свободный плазменный шнур в высокочастотном поле при высоком давлении // ЖЭТФ. 1969. Т.57, вып.6. С. 180 l v 1866.
11. Зверев Е.А., Кринберг И.А. Нагрев токового шнура и образование перетяжек в импульсном вакуумном разряде // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 24.№ 18. С. 50 v 56.
12. Брагинский С.И. “ О поведении полностью ионизированной плазмы в магнитном поле // ЖЭТФ.1957.Т.33. Вып. 3. С 654-654.
13. Дмитриев М.Т. “Природа шаровой молнии” - “Природа. 1967.N6. С.98v.106.
14. Федосин С.Г. “Физика и философия подобия от преонов до метагаллактик. Пермь. Стиль-МГ, 1999 г. – 544 с.