世界首次！我科学家造出“类球状闪电”

来源：《解放日报》　2026年04月17日       本报记者黄海华

　　提起球状闪电，很多人会联想到刘慈欣的科幻小说《球状闪电》。书中将其描绘成能吞噬生命、呈现量子态的神秘存在；在现实世界中，球状闪电更是堪称最“科幻”的自然现象之一。与普通闪电不同，它能长时间稳定存在，大小与篮球、足球相近。

　　由于球状闪电出现随机、难以预测，极难被精密的科学仪器直接观测，其能量来源与形态维持机制始终是未解之谜，困扰了人类两百多年。法拉第、特斯拉以及诺贝尔物理学奖得主卡皮察等科学家都曾尝试给出解释，但核心问题始终悬而未决：一团炽热的等离子体，为何能在空气中稳定存在而不迅速耗散？又是什么机制将其束缚成稳定的球形？

　　北京时间4月16日，中国科学院上海光学精密机械研究所（以下简称上海光机所）团队在《自然·光子学》发表最新研究成果，首次在实验室条件下捕获了尺度近毫米级、寿命达百纳秒量级的球状电磁孤子，其形状、状态和发光特性与自然界中的球状闪电高度相似，为揭示球状闪电的自然之谜提供了关键实验证据与物理解释。

　　记者在研究团队用高速摄像系统捕捉到的画面中看到：黑暗中，只见一个明亮的白色发光体，被一层幽蓝的外壳团团包裹，形成了一个球形的能量体，从小到大、飘忽不定、逐渐膨胀。慢慢地，球体变成了蓝色的粗颗粒状，最终耗散。

　　“这个蓝色的外壳，就是像太阳一样的燃烧等离子体，它如同一个无形的‘光之茧’，将电磁波紧紧包裹在中间，最终形成了一个直径约百微米、寿命达百纳秒的能量球。”上海光机所研究员田野解释说，“这个能量球缓慢膨胀，发出的光谱覆盖从紫外到红外的宽波段，完全符合理论预言的电磁孤子行为。经物理标度变换，该电磁孤子可对应自然界中直径几十厘米、持续数秒的球状闪电。”

　　在实验室里制造“类球状闪电”有多难？据了解，过去的实验用红外光波只能产生微米级、皮秒级的微小结构，与天然球状闪电相差甚远。

　　上海光机所团队跳出传统思路，放弃红外光波，改用波长更长的太赫兹波开展实验。研究人员利用超强飞秒激光驱动金属丝产生超强太赫兹表面波，借助纳米针尖将太赫兹场强放大到100亿伏/米以上，同时将其注入至高速喷流氩气中，氩气被太赫兹强场瞬间电离成等离子体，随后，太赫兹的电磁辐射压推动周围等离子体形成一层致密的等离子体壳，将部分太赫兹电磁能量束缚在其中，最终形成近毫米级、寿命达百纳秒的稳定光球。

　　值得一提的是，刘慈欣在小说中将球状闪电的本质设定为“宏电子”。现实中的真相究竟如何？上海光机所团队给出了清晰答案：球状闪电的本质是电磁波被囚禁于等离子体空腔所形成的稳定结构——电磁孤子。强电磁场能量被一层薄薄的等离子体外壳包裹，外壳压力和内部电磁场的辐射压达成精妙平衡。即便没有外部持续供能，它也能自主维持球状结构并缓慢燃烧发光。这种自我稳定的特殊结构，正是球状闪电能够长时间存在的核心秘密。

　　业内专家认为，该研究不仅为破解球状闪电这一科学悬案提供了关键实验证据，也揭示了极端电磁能量约束的基础物理机制，为聚变能源、高能量密度物理及能量存储等相关领域研究提供了新的参考。