Физика и магия вакуума. Древнее знание прошлых цивилизаций
Шрифт:
Если камера заполнена воздухом, в состав которого входит электроотрицательный элемент кислород, тогда будет происходить следующее. Свободные электроны плазмы после прекращения грозового разряда, то есть после прекращения процесса ионизации, участвуют в двух реакциях: 1) некоторые из них рекомбинируют с положительными ионами азота и кислорода, в результате чего получаются обычные атомы; 2) другие прилипают к атомам кислорода, которые не были ионизированы электрическим разрядом, и тем самым создают отрицательные ионы. Первая реакция называется рекомбинацией, вторая — прилипанием. Потери заряженных частиц в ходе этих реакций определяются произведением так называемой скорости реакции на концентрацию реагирующих частиц. Скорости реакций рекомбинации и прилипания незначительно отличаются друг от друга, зато концентрации частиц различаются на порядки. Какой бы мощностью ни обладал электрический разряд, он в лучшем случае ионизирует один атом из ста. Поэтому
Если в объеме имеется лишь один ион, а все другие частицы являются нейтральными атомами, поведение иона ничем не отличается от поведения атомов: он также будет участвовать в хаотическом броуновском движении и перемещаться по всей камере. Если в объеме имеются два иона разных знаков, на их броуновское движение будет накладываться медленный дрейф частиц навстречу друг другу под влиянием электростатических сил притяжения. Когда ионы сблизятся, они рекомбинируют с образованием нейтрального атома. Казалось бы, чем больше концентрация ионов, тем чаще будут происходить акты рекомбинации, и тем быстрее должна падать концентрация заряженных частиц. Однако, такая тенденция справедлива лишь до определенного значения концентрации ионов, а при ее превышении скорость реакций рекомбинации резко падает.
Это происходит по следующей причине. Ионы, как уже отмечалось, участвуют в хаотическом броуновском движении. Когда два иона разных знаков оказываются в непосредственной близости один от другого, они не обязательно летят навстречу друг другу прямо в лоб. Чаще всего они летят в разных плоскостях и по инерции пролетают мимо. Конечно, траектория их полета изгибается навстречу друг другу, но из-за сравнительно большой массы и инерции изгибается незначительно и ионы разлетаются. Если других заряженных частиц рядом не будет, тогда ионы замедляются до полной остановки и начинают двигаться в обратном направлении навстречу друг другу. Наконец, они сталкиваются и рекомбинируют. Но если рядом окажутся другие заряженные частицы, тогда наши ионы оказываются в сфере притяжения этих частиц и „забывают“ о своем предыдущем „знакомстве“. Затем они точно также пролетают по инерции мимо этих частиц, попадают в сферу притяжения других частиц, от них перескакивают к третьим частицам и так далее. В этом случае вероятность их рекомбинации резко снижается. Но снижается не до нуля. Вследствие того, что рано или поздно обязательно случается ситуация, когда ионы будут лететь навстречу друг другу в лоб, они когда-нибудь прорекомбинируют. Этот эффект резкого падения скорости рекомбинации называется дебаевским экранированием плазмы (частицы плазмы экранируются друг от друга).
Если мощность разряда мала, концентрация ионов оказывается недостаточной для включения механизма дебаевского экранирования и ион-ионная рекомбинация протекает быстро. Но если мощность разряда превысит некоторый предел, концентрация заряженных частиц плазмы достигает такого значения, что скорость реакций рекомбинации резко падает, а время жизни плазмы резко возрастает.
Теперь вернемся к шаровым молниям и проанализируем этот феномен с точки зрения всего того, что было сказано о дебаевском экранировании. Когда случается разряд обычной линейной молнии, возникает ион-электронная плазма, а содержащийся в воздухе кислород и водяной пар инициируют процесс преобразования ион-электронной плазмы в ион-ионную. При высокой мощности разряда включается механизм дебаевского экранирования и заряженные частицы практически перестают рекомбинировать. Вследствие того, что плазма создается из воздуха, она имеет одинаковую с воздухом плотность. По этой причине гравитационные силы уравновешиваются выталкивающими силами Архимеда и плазма оказывается в состоянии невесомости. В этом случае на нее действуют только силы поверхностного натяжения. Под их влиянием плазма сворачивается в шар и далее существует в форме шара. Несмотря на то, что реакции рекомбинации внутри такого плазменного шара протекают с малой скоростью, они все же протекают и концентрации заряженных частиц постепенно снижаются. Когда концентрации ионов приближаются к определенному пределу, дебаевское экранирование выключается и скорость рекомбинации резко растет. Этот процесс нарастает лавинообразно и плазменный шар взрывается.
Подобный сценарий разыгрывается всегда на открытом воздухе после особенно мощного разряда линейной молнии. Однако, имеются многочисленные сообщения о возникновении шаровой молнии
В 60х — 70х годах прошедшего столетия в Америке были разработаны так называемые пуговичные двигатели, которые по своим весо-габаритным характеристикам значительно превосходили другие образцы плазменных реактивных двигателей. Представьте себе пуговицу и вставленные в ее отверстия две иголки и вы получите самое общее представление о конструкции пуговичных двигателей. Если иглы изготовить из металла низкого электрического сопротивления, а их концы соединить прослойкой металла с высоким сопротивлением, тогда при подаче на иглы высокого напряжения металлическая прослойка испарится и между концами игл образуется облачко плазмы. Это облачко под действием электромагнитного поля выгибается наружу, отрывается от электродов и с огромной скоростью устремляется прочь, создавая реактивную силу. Сами иглы при этом не испаряются вследствие низкого электрического сопротивления. Практически тот же самый механизм действует при возникновении шаровой молнии из розетки.
Между электродами розетки всегда имеется электрическое напряжение. В обычных условиях напряженность электрического поля розетки недостаточна для появления из нее шаровой молнии. Но когда рядом бушует гроза, напряжение поля может резко колебаться из-за грозовых разрядов. Если напряжение подскочило до слишком высокого значения, а в окружающей среде находится много мелкой водяной пыли, которая может играть роль металлической прослойки в пуговичных двигателях, начинается образование плазменного облака на розетке с последующим включением механизма дебаевского экранирования. Силы электромагнитного поля отталкивают плазменное облако, так что создается впечатление, будто шаровая молния просачивается откуда-то снаружи через розетку. Чем больше будет объем плазменного облака, тем больше окажется сила электромагнитного отталкивания. Наконец, огненный шар отрывается от розетки и начинает свое странствие по комнате. Но если воздух в комнате сухой и водяной пыли в нем мало, плазменное облако не образуется.
Из-за практически одинаковой плотности шаровой молнии и окружающего воздуха огненный шар находится в состоянии невесомости и может реагировать на любые движения воздуха. Если человек пугается и пробует убежать, он создает за собой поток воздуха и молния втягивается в этот поток. Создается впечатление, будто молния стремится догнать человека. А тот факт, что скорость движения шаровой молнии намного меньше скорости плазмы, вылетающей из пуговичного двигателя, объясняется сопротивлением окружающего воздуха. Все электроракетные двигатели предназначены для работы в открытом космосе, в атмосфере они работать не могут. И измерения скорости вылета плазменной струи из электрореактивного двигателя всегда выполняют в барокамере с откачанным воздухом.
Иногда бывают случаи, когда шаровые молнии не реагируют на движение воздуха и даже летят ему навстречу. Это происходит по следующей причине. Вследствие того, что плазма состоит из ионов разных знаков, под действием электростатических полей тело молнии поляризуется и становится большим диполем: на одной стороне шара скапливаются отрицательные ионы, на другой стороне положительные. Такой диполь должен двигаться в сторону, где напряженность поля максимальна. Но окончательный итог будет зависеть от соотношения между скоростью ветра и градиентом напряженности поля. При большой скорости ветра и малом градиенте поля решающее влияние оказывает ветер и молния послушно летит туда же, куда движется воздух. В противном случае молния движется в сторону большей напряженности поля и не обращает внимания на движение воздуха.
Этот же эффект объясняет „любовь“ шаровой молнии к электрическим проводам: многие очевидцы наблюдали, как молния притягивается к проводу и катится по нему, не отрываясь. Электрические провода также создают электрическое поле, напряженность которого максимальна у самого провода. Поэтому не удивительно, что молния, однажды „оседлав“ провод, уже не слезет с него. А куда она потом будет катиться, зависит от того, на каком из концов провода напряженность поля больше.
Известна также приверженность шаровых молний к местам тектонических разломов. Особенно часто огненные шары вылетают из мест разломов при землетрясении. Здесь работает иной механизм. Пласты пород по разные стороны разлома никогда не бывают в спокойном состоянии, они постоянно трутся друг о друга. Как говорят геофизики, „разлом дышит“. А при трении пород друг о друга всегда возникает статическое электричество: одна плита заряжается положительно, другая — отрицательно.