刘慈欣笔下的“球状闪电”，被上海科学家在实验室里“手搓”出来了！

如果你读过科幻小说《球状闪电》，你一定记得那个神秘的“幽灵”——它不像普通闪电那样转瞬即逝，而是一个缓慢漂浮、散发诡异光芒的球体，能在空中游走，甚至穿透玻璃。

来源：东方IC

在现实中，球状闪电同样是科学界的“百年悬案”。多位国际著名科学家都曾试图解释它，却始终无法回答一个核心问题：一团炽热的等离子体，凭什么能在空气中“聚而不散”，维持数秒甚至数分钟？

如今，这道谜题终于有了答案。在中国科学院上海光学精密机械研究所，宋立伟、田野、李儒新团队在“羲和”激光装置的加持下，成功制造并捕获了一种毫米级、百纳秒寿命的球状发光体。它的形态、发光行为、演化规律，与自然界中的球状闪电高度一致。

北京时间4月16日17时，这项成果在国际权威期刊《自然·光子学》上发表。

类球状闪电电磁孤子结构示意图

不是闪电，是“光做的孤子”

很多人会好奇，百纳秒，不是比闪电短得多吗？

科研人员解释，这个“微型球状闪电”直径约百微米，寿命百纳秒，按比例放大到自然界几十厘米的尺度，对应的寿命正好是数秒。换句话说，科学家在实验室里复现的，正是球状闪电的“微观双胞胎”。

那么这个火球到底是什么？研究团队给出的答案是：电磁孤子。

简单来说，它是一种“自我约束”的电磁场结构。你可以想象一个由光压吹起的“气泡”：外面是一层被电离的等离子体壳，里面囚禁着强烈的太赫兹光波。光辐射压力从内向外推，等离子体热压从外向内压——两者达成精妙平衡，就像一只无形的手，把能量捏成一个球。

这就是为什么它不会像普通火花那样瞬间消散，而是像一个有生命的能量体。

针尖上造出“微型太赫兹风暴”

事实上，科学家早在20世纪90年代就曾在激光实验中观察到微小的电磁孤子——但它们的寿命只有皮秒（万亿分之一秒），尺寸仅微米级，和真正的球状闪电相去甚远。

太赫兹电磁孤子的受控产生

那为何这次能实现“质的飞跃”？过去的研究多使用近红外激光，波长较短。上海光机所团队另辟蹊径，转向太赫兹波段——波长更长、能量更易约束。他们利用激光驱动金属丝产生太赫兹表面波，再通过纳米针尖实现近场增强，在50纳米的尺度上制造出相对论级强度的太赫兹强场（超过10GV/m）。

科研团队同步将其注入至高速喷流氩气中，气体被迅速电离，形成可控的等离子体环境。于是，那个传说中的“光之茧”诞生了。

太赫兹电磁孤子的演化

从“球状闪电”到聚变能源

更精妙的是，研究团队通过自主搭建的时空分辨光谱诊断系统，完整捕捉了这个球形孤子的整个生命周期。其中，电子温度：从约6eV（约7万摄氏度）缓慢下降至0.5eV（约6千摄氏度）。这条缓慢下降的温度曲线说明，孤子内部存在的持续能量注入，正是被囚禁的太赫兹波在“喂”这个火球——如果不是这样，热等离子体本该在几纳秒内冷却殆尽。

这项研究的意义远不止于破解一个自然之谜。它第一次在实验室中实现了可重复、可诊断、可调控的球状电磁孤子，为太赫兹光子学、大气科学、地球物理学提供了全新的实验平台。

更重要的是，它揭示了一种极端电磁能量自约束的新机制——这恰恰是聚变能源领域梦寐以求的能力：如何让高温等离子体在不需要外部磁场的情况下，长时间维持高能量密度状态。

“这个球形孤子，展示了极端条件下电磁场与物质相互作用所呈现的物理美学。”科研人员告诉记者。百年来，球状闪电曾是传说、科幻、未解之谜。如今，它终于在一束太赫兹光与一缕氩气之间，被科学家的智慧“驯服”成一个微小的、发光的球体，静静地悬浮在实验室里。

原标题：《刘慈欣笔下的“球状闪电”，被上海科学家在实验室里“手搓”出来了！》

栏目编辑：马丹

来源：作者：新民晚报 郜阳