《三體》里的「球狀閃電」：科學家們真的造了一個量子版

還記得《三體》第一章提到的「球狀閃電」嗎？作者在小說中虛構了一個「宏原子」的概念，來解釋「球狀閃電」的存在。

宏原子具有原子的一般特徵，在發生核聚變後，宏原子及被其能量毀滅的物質，會呈量子狀態，其位置只能用概率來描述，是一團概率雲。

小說《三體》章節中提到的「球狀閃電」

而現實生活中，球狀閃電（ball lightning）至今都是一個無法解釋的大氣電學現象（atmospheric electrical phenomenon），通常會伴隨雷暴天氣出現，且持續時間比一般的瞬間閃電長的多。在早期的相關報道中，球狀閃電被描述為一個「最終會走向爆炸的球體」，有時會使人喪命，且結束後會有硫的氣味。

1901年時關於球狀閃電的描繪

直到20世紀60年代，儘管世界各地都有關於球狀閃電的報道，但很多科學家還是對這種現象持懷疑態度。如今的人們已可以通過各種手段，在實驗中里做出人造球狀閃電，但作為一種自然現象，還是沒有一個統一且權威的解釋。一是各種撲面而來的報道在描述上有很大差異，二是這一現象的出現頻率很低又不可預測，所以並不具備良好的觀察條件。再者，是否真的存在天然的球狀閃電，都是一個待考證的爭議性話題。

上世紀90年代，有一種觀點認為：球狀閃電其實是一團等離子體（plasma），其磁場就像多個封閉圓環套在一起打了一個的「結」，因此結構更加穩定，不易分崩離析，而這可能也是球狀閃電能夠持續數秒，而普通閃電僅能閃現數十微秒的原因。

雖然科學家們無意模仿球狀閃電的這個模型結構，但他們目前正在研究的一種名叫skyrmion的粒子（中文譯為「斯格明子」）卻恰巧驗證了這個假說的可能性。

斯格明子閃電球

斯格明子是英國物理學家托尼-斯格明（Tony Skyrme）於1962年首次發現並提出的，具有微型磁場，環繞著原子結構。而近期的實驗中，科學家們做的出量子力學新結構——3D版skyrmion，無意間造出了「量子版球狀閃電」。

3D版skyrmion的磁場模型

實驗中，研究人員將原子冷卻到極低的溫度，使其變為玻色－愛因斯坦凝聚態（Bose-Einstein）—— 愛因斯坦於1924年左右預言的一種新物態，指「原來不同狀態的原子突然『凝聚』到同一狀態。

然後所有原子會失去個性，擁有相同的量子態，並具備自旋（spin）的屬性，如同微小的磁體一般。此時再用經過特殊設計的電磁場影響這些原子，可使它們的自旋量子屬性發生變化，最終形成了電磁場結，也就是咱們說的三維斯格明子。

更多實驗詳情可參見：

https://www.sciencenews.org/node/195720?mode=magazine&context=194446

研究人員表示，這種可能存在於球狀閃電中的三維磁場結，或許會在科學家們日後針對聚變反應堆內的等離子體發電設計更好的控制方案時有所幫助。

Anyway，看來以後不能再用「我要瘦成一道閃電」來表達減肥意願了，畢竟「胖成一團閃電」其實也沒毛病，噗~

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