Загадки грозовых молний
Грозовая молния это сложное природное явление, сопровождаемое множеством эффектов и вторичных явлений. При изучении сложных явлений обычно применяется стандартный прием – разложение сложного явления на несколько более простых, которые и исследуются независимо друг от друга. После раздельного исследования непременно должен следовать комплексный анализ и, возможно, дополнительное исследование.
С грозовой молнией всё началось стандартно, т. е. идет раздельное исследование нескольких частных её проявлений. В формате частных решений считается, что хорошо изучено: как происходит электронно-ионный разряд, как формируется электромагнитная вспышка, как происходит звуковой удар, как образуется озон,- но вот как образуется шаровая молния (ШМ), до сих пор является загадкой.
ШМ не единственное грозовое явление, механизм возникновения которого не изучен. В верхних слоях атмосферы обнаружены другие, пока не очень понятные грозовые явления: эльфы, джеты, спрайты,- но никто не считает их загадочными. А вот ШМ загадочна, да кроме того и опасна.
Несмотря на всеобщее внимание и интерес, исследования ШМ ведутся только энтузиастами, без плана, без целевого финансирования, случайным образом. Создается впечатление, что кто-то упорно сдерживает изучение этого явления. Более того, общественное мнение, а вместе с ним и мнение энтузиастов-исследователей, исподволь направляется в тупиковое русло, рассматривающее шаровую молнию в формате плазмы, хотя любой грамотный специалист по плазме знает, что плазму за счет её внутренних процессов нельзя удержать в конечном заданном объеме ни доли секунды [1].
Авторскую статью о природе ШМ, которую некоторые специалисты оценили как открытие на кончике пера, журнал УФН отказался публиковать, ссылаясь на отзыв независимого рецензента. Вот эта рецензия дословно.
О статье
«ПРИРОДА ШАРОВОЙ МОЛНИИ».
В статье рассматривается теория шаровой молнии, основой которой является так называемый металлический водород, т. е. система связанных атомов водорода с одинаковым направлением атомных спинов. Это метастабильная система и она привлекает автора высокой удельной энергией возбуждения, которая далее выделяется при распаде системы. В качестве аргумента в защиту своей позиции автор выдвигает представленный в Интернете анализ экспериментов с атомами цезия, где в магнитной ловушке при низкой температуре собирались кластеры атомов цезия с одинаковым направлением электронного спина, содержащие вплоть до 40 тысяч атомов. Однако если бы автор ознакомился с оригинальными работами на эту тему, проведенными десятки лет назад, он обнаружил бы большие проблемы в создании такого способа хранения энергии. Во-первых, атомы с заданным направлением спина заранее приготовляются, и только такие атомы вводятся в ловушку. Во-вторых, хотя переворот спина атома при столкновении двух атомов с одинаковым направлением спина запрещен, этот канал открывается в следующих порядках магнитных взаимодействий для атомных частиц, причем механизмы, снимающие этот запрет, могут быть разными и в свое время были анализированы в соответствующих работах. В реальных экспериментах этот запрет частично усиливается низкими температурами и высокими магнитными полями магнитной ловушки. В-третьих, в отличие от макроскопических систем, где времена распада выражаются через плотность метастабильных частиц, в данной системе первый акт распада повышает температуру системы и тем самым ускоряет последующие распады. Тем самым время жизни рассматриваемой системы зависит от полного числа метастабильных атомов, и именно этим объясняется наноколичество накопленных атомов в магнитной ловушке в реальных экспериментах.
Сказанное выше показывает трудности создания метастабильных атомных макро-систем, и поэтому, хотя соответствующие исследования ведутся десятки лет и используют уникальную экспериментальную технику, продвижение на этом пути в последние десятилетия происходят медленно. Что же касается связи этих систем с шаровой молнией и, в частности, рассмотренного автором образования металлического водорода при возбуждении воды, то это противоречит физике протекающих при этом процессов и является фантазией автора, так что о публикации такой статьи в научном журнале не может быть речи.
Конец рецензии.
Рецензия вручена автору статьи без подписи рецензента; она была отстрижена ножницами. Редакция журнала охраняет покой своих наемных сотрудников от судебных разбирательств за клевету, выразившуюся в утверждении «основой которой является так называемый металлический водород». Причем здесь «металлический водород»?
Цитата из Физической энциклопедии:
«МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВОДОРОД - совокупность фаз высокого давления водорода, обладающих металлическими свойствами. Возможность перехода водорода в металлическую фазу была впервые теоретически рассмотрена Ю. Вигнером и X. Б. Хантингтоном в 1935г. B дальнейшем по мере развития методов электронной теории металлов уравнение состояния металлических фаз водорода исследовалось теоретически. … При атмосферном давлении и низких температуpax водород существует в виде диэлектрического молекулярного кристалла, при повышении давления происходит переход в кристаллическое металлическое состояние. При этом в зависимости от температуры возможны 3 фазы M. в. При температуре T = 0 К и давлении r = 300-100 ГПа металлизация сопровождается перестройкой кристаллической структуры, диссоциацией молекул H2 и металлический кристалл становится атомарным. При T > 10 К возможна металлизация с сохранением структуры молекулярного кристалла. При дальнейшем повышении давления или температуры наступает плавление металлической фазы и образуется жидкий атомарный M. в.»
А вот феноменологическая формула ШМ, приведенная в статье, которую можно рассматривать как максимально краткое изложение статьи.
«Шаровая молния - это большая капля жидкого атомарного водорода, находящегося в возбужденном неравновесном состоянии.
Плотность жидкого водорода приблизительно равна плотности окружающего воздуха».
В статье о ШМ речь идет о конденсации возбужденного газа, происходящей при благоприятных, но нормальных климатических условиях. Ни каких намеков на низкую температуру или сверхвысокое давление.
Нужно быть основательно зашоренным или проинструктированным, чтобы в цитате о конденсации возбужденных газов случайное и косвенное упоминание об исследованиях с цезием выдать за основной аргумент автора. Вот фрагмент с цитатой из работы , которая использована в статье «Природа шаровой молнии»:
Имеются и другие экспериментальные свидетельства. Приведем фрагмент из статьи [2]. «Главная особенность ридберговских состояний – универсальный для всех атомов характер, т. е. все подобные атомы по свойствам схожи. … Оказалось, газ возбужденных атомов конденсируется, конденсированное возбужденное состояние энергетически более выгодно по сравнению с газовым (как в металле, электрон не принадлежит отдельному атому). В 1990 г. К. Аман, Дж. Петтерсон и Л. Холмлид из Гётеборгского университета экспериментально наблюдали большие кластеры из возбужденных атомов цезия, масса которых достигала примерно 40 тысяч атомной массы цезия. Для теории здесь интересны два момента. Во-первых – поиски и разработка новых подходов к анализу возбужденного состояния, в котором возбуждений настолько много, что они не могут больше рассматриваться как независимые. Такие условия часто наблюдаются (возможно, в шаровой молнии). Во-вторых – собственно создание теории конденсированного возбужденного состояния вещества. Заложены только ее контуры, поле для работы лишь обозначено». Конец цитаты.
Проблемы искусственных, сложно создаваемых цезиевых кластеров не имеют к ШМ никакого отношения, т. к. это природное образование. Рецензент явно хорошо начитан, но работает как автомат (по программе). Он, естественно, не замечает, что термин «металлический водород» это нонсенс. Протонно-электронная смесь, без всяких признаков атома, не может называться водородом и не является таковым. Это скорее плазма, которую действительно можно назвать холодной.
В результате прогресса техники измерений, в 1985 году обнаружена еще одна загадка грозовой молнии. Речь об объемном импульсе нейтронов, сопровождающем грозовой разряд. Достаточно подробно этот эффект описан в статье «Загадка», опубликованной А. Кислицыным в Интернете 24.09.2013г. на сайте «Техно сообщество России». Оказывается, что каждый разряд молнии сопровождается интенсивным, ненаправленным потоком медленных нейтронов. В современных представлениях о физико-химических процессах, сопровождающих разряд молнии, для образования свободных нейтронов места не находится. Не находится места для них и в моделях возможных ядерных реакций, приведенных в [3].
Образование свободных нейтронов в соответствии с установившимися стереотипами мыслится только как результат расщепления атомных ядер, что непременно должно сопровождаться образованием соответствующих изотопов или осколков атомных ядер. Но никаких изотопов и осколков после разряда обнаружить не удается.
Попробуем разобраться. Исходные данные обнадеживают. Среда разряда известна - это воздух. Учитывая плотность потока нейтронов, приведенную в [3], можно допустить, что множественные, но ничтожные, примеси воздуха в процессе не участвуют. Остаются следующие химические элементы: азот - N
, кислород - O, углекислый газ - CO и вода - HO. При отсутствии изотопов и осколков простая логика предлагает единственный вариант образования свободных нейтронов. Совершенно ясно, что в рассматриваемой ситуации, не нарушая законов сохранения, свободный нейтрон может образоваться только из протона, являющегося ядром водорода.
Природа протонов и электронов такова, что не позволяет им «упасть» друг на друга в свободном состоянии, даже при обязательном кулоновском притяжении. Столкновению противодействуют магнитные взаимодействия и большая подвижность (увертливость) частиц. Попробуйте вставить нитку в тонкую трубку, из которой идет слабый встречный поток воздуха – и вам многое станет ясно.
Ситуация круто меняется, если протон не свободен. Магнитные взаимодействия обладают свойством, которое можно определить как эффект ахиллесовой пяты - всегда существует траектория, обеспечивающая благоприятное сближение.
Протоны водорода в составе молекулы воды находятся в связном состоянии. Природный ускоритель электронов (канал грозовой молнии) бомбардирует ядра водорода молекулы воды по разным направлениям, и при удаче реализует ядерную реакцию поглощения электрона протоном. На общем фоне столкновений-рассеиваний эти реакции можно рассматривать как результат туннельного перехода (формулам физический смысл не важен, а туннельный переход физического смысла не имеет). На экспериментальную проверку этого эффекта до сих пор не решился ни один исследователь. А всего-то необходимо провести анализ результата облучения воды электронами на предмет присутствия свободных нейтронов.
Образовавшиеся нейтроны, получив механический импульс от поглощенного электрона, формируют азимутально-ненаправленный поток медленных грозовых нейтронов.
Столкновение атомов водорода из состава молекул воды с электронами, без поглощения электронов, могут вызывать электролиз воды, сопровождающийся образованием и отделением перевозбужденных атомов водорода. Физический смысл перевозбуждения состоит в том, что в результате энергичного «столкновения» электрон водорода преодолевает все квантованные уровни и переходит на эллиптическую, не квантованную, орбиталь. При этом формируется усредненный электрический диполь атомарного водорода, который способствует, при благоприятных условиях, образованию метастабильного и необычного фазового состояния атомарного водорода, а именно, жидкое состояние при нормальных климатических условиях. Подробнее об этом в [4].
Предложенная модель конденсации, опирающаяся на дипольные взаимодействия, подтверждается качественными результатами лабораторных исследований, отчет о которых представлен в [5].
Остаточный атомарный кислород, образующийся в результате ударного грозового электролиза воды, формирует озон и обычный молекулярный кислород.
Судьба потока медленных нейтронов, как автор надеется, всем понятна.
Вот такая картина вырисовывается в результате комплексного анализа частных явлений, происходящих при разряде грозовой молнии. Теперь несложно организовать целевые эксперименты, которые позволят уточнить ситуацию. Например, произвести сравнительное лабораторное озонирование сухого и влажного воздуха. Если озонирование сухого воздуха не произойдет, значит, атмосферный кислород не участвует в процессе электролиза, и образование озона грозовой молнией связано только с гидролизом воды.
Не хочется заключение статьи посвящать критике, но читатель вправе спросить, кому это нужно сдерживать исследование ШМ, да и природу нейтронного потока тоже. Ответ традиционный – сдерживают те, кому это выгодно, а выгодно тем, кто делает вид, что пытается удержать (приручить) плазму. Ложное представление о ШМ как о плазменном объекте является для общественного мнения обнадеживающим примером, а в электорат, формирующий общественное мнение, входят и финансисты, которые выделяют деньги на фантастические (дутые) проекты.
Нижний Новгород, октябрь 2013г.
E: *****@***ru
Источники информации
1. Интернет, Физическая энциклопедия.
2. / «Строение и свойства атома водорода», Интернет.
3. / «Загадка», Интернет: сайт «Техно сообщество России».
4. / «Природа шаровой молнии», Интернет http://www. *****/rus/catalog/pages/10184.html.
5. , , / Статья «Удар атмосферного электрического разряда о водную поверхность» в материалах совещания: «Физика атмосферы: электрические процессы, радиофизические методы исследований». Типография Института прикладной физики РАН.
6. / «О физической природе шаровой молнии». М. Энергоиздат, 1972.
