"Знания-сила".

начало, часть 1 из 2
см. часть 2.

Что нам известно о шаровой молнии? Как правило, это одиночное, стабильное и долгоживущее образование в форме шара, обладающее большой светимостью и подвижностью. Наблюдаемый «огненный шар» — эфемерная, иногда вращающаяся масса «газа», который, как показал И.П. Стаханов, по плотности близок к воздуху. По размеру и цвету его часто сравнивают с крупным апельсином. Если шар прозрачен, то кроме его радиальной структуры (концентрические слои, которые имеют различные цвета, яркость и скорость вращения, возрастающие к центру) в нем просматривается очень яркий и компактный источник света — ядро.

В процессе существования это аномальное атмосферное явление (ААЯ), как правило, «не привязано» к проводникам или каким-нибудь другим телам. В атмосфере и помещениях, молния, свободно перемещаясь в пространстве, сохраняет размер, форму и цвет. Изменение хотя бы одного из этих параметров — предвестник её распада. Он может произойти либо с оглушительным взрывом, либо совершенно бесшумно. Добавим, что шаровая молния, проявляя электрические свойства, всегда является излучателем в радиочастотном диапазоне и иногда ее наблюдение сопровождается интенсивными акустическими эффектами. Заканчивая портрет шаровой молнии, необходимо сказать, что она ведет себя как автономное образование, не нуждающееся во внешнем подводе энергии и несущее огромный электрический заряд.

В чем тут дело? Какие загадки таит в себе это аномальное атмосферное явление? В чем причины неудач поиска его сущности? Сделаем анализ методологии построения самой известной теории шаровой молнии. Эта теория принадлежит академику П.Л. Капице. Её исходной точкой послужил экспериментально открытый физический эффект — образование и свечение парящих в нитогроне сверхвысокочастотных (СВЧ) разрядов. Факел СВЧ-разряда внешне очень похож на шаровую молнию. Для отыскания сущности ААЯ П.Л. Капица применил теорему вириала. В современной интерпретации она звучит так: «Для устойчивого существования замкнутой плазменной системы (сгустка), то есть для самоудержания её от распада, необходимо и достаточно, чтобы в ней гравитационная потенциальная энергия, определяемая как энергия взаимного тяготения всех частиц ее составляющих, внутренняя энергия плазмы, а также энергия электрического и магнитного полей, излучаемых системой, были взаимно уравновешены».

Иными словами, физический смысл теоремы вириала заключается в том, что источником энергии замкнутой плазменной системы, находящейся в равновесии, является гравитационная потенциальная энергия (для любой замкнутой системы она же равна энергии связи частиц её составляющих). То есть гравитационная потенциальная энергия системы расходуется на нагрев вещества, из которого она состоит, и на электромагнитное излучение.

Опираясь на внешнее сходство шаровой молнии с СВЧ-разрядом и введя критерий их подобия — плотность энергии, П.Л. Капица сделал очевидное допущение: энергия ААЯ аккумулирована в плазме, из которой в обоих случаях состоит «огненный шар». Поэтому в теореме вириала, записанной для любой известной и по размерам, и по массе шаровой молнии (макросистемы), в соответствии с формулами теории гравитаций можно пренебречь величиной гравитационной потенциальной энергии в силу ничтожности ее величины. При этом она, теряя изначально заложенный в неё физический смысл, трансформируется в фундаментальный закон физики — закон сохранения энергии. Идентификация явления природы и физического эффекта состоялась!

Однако возник парадокс. Из замкнутой макросистемы, находящейся в равновесии, исчез источник её энергии.

Тем не менее, П.Л. Капица, используя закон сохранения энергии и сверхнадёжные экспериментальные данные, теоретически разгромил все известные до него концепции о физической природе шаровой молнии и создал свою — «волноводную». В соответствии с ней шаровая молния — плазмоид, который образуется в атмосфере Земли и располагается в пучности электрического поля мощной стоячей СВЧ-радиоволны, подпитываясь её энергией. Таким образом, для реализации ААЯ нужен внешний источник электромагнитного излучения, которым могут служить грозовые тучи.

Широкомасштабные экспериментальные поиски необходимых СВЧ-радиоволн в атмосфере Земли до, во время и после грозы не увенчались успехом. Увы, теория не состоялась.

Естественно, после этого не только возродились разгромленные конценпции, а родились и новые, например, кластерные. Б.М. Смирнов считает, что шаровая молния может существовать только за счет внутренней энергии «плазмы», из которой состоит всеми наблюдаемый эфемерный «огненный шар». Но такая концепция имеет ещё больший скрытый недостаток. Он состоит в том, что концепция Б.М. Смирнова накладывает очень жесткие ограничения абсолютно на все параметры ААЯ. Причем эти ограничения вытекают только из фундаментальных законов физики и химии, но отнюдь не из наблюдений и не подкрепляются среднестатистическим портретом ААЯ. Отсюда, например, следует, что запас энергии шаровой молнии никак не может превышать 1000 килоджоулей.

Ну а как же быть с достоверными фактами, в которых по самым скромным оценкам запас энергии ААЯ превышает указанный предел в 100 и даже в 1000 раз?

Такое положение, как известно, привело к антагонистическому разделению концепций о физической природе шаровой молнии, а их известно уже более трехсот, на низко- и высокоэнергетические. Низкоэнергетические базируются на законе сохранения энергии и поэтому не способны объяснить энергозапас ААЯ, превышающий миллион джоулей. Высокоэнергетические — на допущениях, позволяющих тем или иным способом обойти закон сохранения энергии.

Подводя итоги анализа, видим, что существующие представления о физической природе шаровой молнии, базирующиеся на законе сохранения энергии, ущербны. Они до сих пор не привели никого к однозначному и убедительному ответу на два фундаментальных и вечных вопроса решаемой проблемы. Что является источником энергии шаровой молнии? И где он все-таки находится: то ли внутри нее, то ли снаружи?

В поисках выхода из сложившейся ситуации и построения образной модели ААЯ примем качественно новое допущение. Оно заключается в том, что шаровая молния — естественное природное тело, которое в соответствии с определением академика В. И. Вернадского имеет свои границы, свои законы развития, существует только в своей среде, неразрывно с ним связанной, сохраняясь за счёт динамического равновесия внешних и внутренних процессов, и является логически замкнутой природной системой.

Общеизвестным примером естественных природных тел, а следовательно и наиболее вероятным аналогом ААЯ, являются звёзды - объекты мегамира. Однако проводить только масштабную аналогию по внешнему сходству (шаровые молнии, как и звёзды, — устойчивые, светящиеся и вращающиеся «газовые шары»), как мы убедились выше, опасно. Дело в том, что элементарная оценка массы шаровой молнии по формулам астрофизики, например, при запасе энергии в 20 килоджоулей дает величину массы «огненного шара» в несколько десятков тонн. Этот результат противоречит не только наблюдениям, но и здравому смыслу.

Вот здесь-то и вскрывается методологическая ловушка для всех известных концепций о физической природе шаровой молнии. Она требует либо упрощения теоремы вириала до закона сохранения энергии в соответствии с допущением П. Л. Капицы, либо огромной массы «огненного шара», что явно противоречит наблюдаемым фактам.

Чтобы пойти дальше в формулировании задачи и установлении аналогии, нам, кроме внешнего сходства объектов, необходимо найти существенные признаки, которые позволяют объединить ААЯ и звёзды в класс естественного природного тела.
• Во-первых, сравниваемые объекты, имея чёткие границы, существуют в различных средах. Звёзды — в вакууме, ААЯ — в газовой среде, например, атмосфере Земли.
• Во-вторых, их объединяет структура. Звёзды состоят из компактного и массивного ядра (его масса равна 99,99 процента от массы всей звезды) — источника энергии, атмосферы — зоны диссипации (рассеяния) энергии ядра по каналу электромагнитного излучения и фотосферы (тонкий слой атмосферы), в которой формируется доходящий до нас непрерывный спектр оптического излучения.

Отличие же структуры ААЯ от звезды, как следует из наблюдений, состоит в том, что у шаровой молнии, как правило, имеется несколько фотосфер. Самая яркая (интенсивная) внутренняя — ядро и наружная, то есть видимая внешняя граница эфемерной оболочки. Если по наружной фотосфере ААЯ, как мы убедились выше, нельзя проводить аналогию, то о его компактном ядре (объекте макромира) этого сказать мы просто не можем. Здесь нужен анализ.

Понимая, что различие количества фотосфер у сравниваемых объектов обусловлено различием сред, в которых они находятся, мы можем сформулировать тезис: шаровая молния — сложный объект макромира, который состоит из компактного ядра (светящейся точки) — естественного природного тела и эфемерной оболочки — локальной области атмосферы Земли. Иными словами, ядро — источник энергии ААЯ — микрозвезда в макромире, а эфемерная оболочка шаровой молнии — возмущенная, локальная область атмосферы Земли.

Отсюда вывод: аналогом звезды, то есть естественным природным телом в шаровой молнии, является только её компактное ядро.