Iluminación del salón

El rayo en bola  es un fenómeno natural que parece una formación luminosa y flotante en el aire. Hasta la fecha no se ha presentado una teoría física unificada de la ocurrencia y el curso de este fenómeno. Existen muchas hipótesis [1] que explican el fenómeno, pero ninguna de ellas ha recibido un reconocimiento absoluto en el ámbito académico. En condiciones de laboratorio, se han obtenido fenómenos similares pero a corto plazo de varias maneras diferentes, por lo que la cuestión de la naturaleza de los rayos en bola permanece abierta. A principios del siglo XXI , no se ha creado una sola instalación experimental en la que se reproduzca artificialmente este fenómeno natural de acuerdo con las descripciones de testigos presenciales de la observación de un rayo en bola.

Se cree ampliamente que el rayo en bola es un fenómeno de origen eléctrico de naturaleza natural, es decir, es un tipo especial de rayo que existe desde hace mucho tiempo y tiene la forma de una bola que puede moverse a lo largo de una trayectoria impredecible, a veces sorprendente. para testigos oculares.

Tradicionalmente, la confiabilidad de muchos relatos de testigos presenciales de rayos en bola permanece en duda, incluyendo:

Las dudas sobre la confiabilidad de muchos testimonios complican el estudio del fenómeno y también crean motivos para la aparición de varios materiales sensacionalistas especulativos supuestamente relacionados con este fenómeno.

Según testigos presenciales, el rayo en bola suele aparecer en tormentas eléctricas , clima tormentoso ; a menudo (pero no necesariamente) junto con relámpagos regulares. En la mayoría de los casos, parece "salir" del conductor o es generado por un rayo común, a veces desciende de las nubes, en casos raros aparece repentinamente en el aire o, como informan los testigos, puede salir de algún objeto ( árbol, pilar) [2] .

Debido al hecho de que la aparición de un rayo en bola como un fenómeno natural es rara y los intentos de reproducirlo artificialmente en la escala de un fenómeno natural fallan, el material principal para estudiar el rayo en bola es la evidencia de testigos presenciales no preparados para las observaciones. En algunos casos, los testigos oculares tomaron fotografías o imágenes de video del evento.

Fenómeno y ciencia

Hasta 2010, la cuestión de la existencia de rayos en bola era fundamentalmente irrefutable . Así, en el prefacio del Boletín de la Comisión de la Academia Rusa de Ciencias para Combatir la Pseudociencia “En Defensa de la Ciencia”, No. 5, 2009, se utilizaron las siguientes fórmulas:

Por supuesto, todavía hay mucha oscuridad en el rayo en bola: no quiere volar a los laboratorios de científicos equipados con los dispositivos apropiados [3] .

La teoría del origen del rayo en bola, que cumple con el criterio de Popper , fue desarrollada en 2010 por los científicos austriacos Joseph Peer (Joseph Peer) y Alexander Kendl (Alexander Kendl) de la Universidad de Innsbruck . Publicaron en la revista científica Physics Letters A [4] la suposición de que la evidencia de un rayo en bola puede entenderse como la manifestación de fosfenos  , sensaciones visuales sin exposición a la luz en el ojo. Sus cálculos muestran que los campos magnéticos de ciertos relámpagos con descargas repetidas inducen campos eléctricos en las neuronas de la corteza visual, que a una persona le parecen relámpagos en forma de bola. Los fosfenos pueden aparecer en personas que se encuentran a una distancia de hasta 100 metros de la caída de un rayo [5] .

Al mismo tiempo, el 23 de julio de 2012, en la meseta tibetana , un rayo en bola cayó en el campo de visión de dos espectrómetros sin espacios , con la ayuda de los cuales los científicos chinos estudiaron los espectros de los rayos ordinarios. Como resultado, se registraron 1,64 segundos del brillo del rayo en bola y su espectro detallado. A diferencia del espectro de los rayos ordinarios, que contiene principalmente líneas de nitrógeno ionizado , el espectro de los rayos globulares está lleno de líneas de hierro , silicio y calcio , que son los principales constituyentes del suelo [7] [8] .

Esta observación instrumental probablemente significa que la hipótesis del fosfeno no es exhaustiva.

Según algunas observaciones, los testigos oculares informan no solo del componente óptico del fenómeno, sino también de un olor fuerte, una columna de humo después de un rayo de bola, chispas o salpicaduras de una sustancia de la superficie de la bola [9] . Estas circunstancias ponen en duda las hipótesis del plasma del rayo natural en bola. En casos excepcionales, los rayos en bola dejan huellas que pueden ser analizadas [10] . Entonces, el 19 de julio de 2003, un rayo en bola explotó en un área residencial, esparciendo bolas de metal, que luego fueron trasladadas al Instituto de Física de la Rama Siberiana de la Academia Rusa de Ciencias (Krasnoyarsk) [11] .

En 2020, en otro de estos singulares casos, se logró analizar la sustancia dejada por la extinta bola luminosa [10] . Se ha establecido que los fragmentos son compuestos de hierro, silicio y calcio con oxígeno. La información obtenida sobre la composición química está en buen acuerdo con los resultados de la espectrometría óptica de rayos en bola, realizada en 2012 por un grupo de científicos chinos en la meseta tibetana [6] . Además, en la composición de los fragmentos se encontraron aluminio, fósforo y titanio. La presencia de aluminio se predijo antes [6] . Por lo tanto, en el volumen de un rayo en bola puede haber una cantidad significativa de materia, y la densidad de esta sustancia en un rayo en bola puede exceder significativamente la densidad del entorno [10] . El autor del trabajo señala que es deseable aceptar el resultado obtenido con cierto grado de escepticismo y sin pretender ser sensacionalista, ya que es imposible verificar unívocamente el caso como un rayo de bola natural, y no como una falsedad de los hechos por parte de un testigo ocular.

Historial de observaciones

Una mención temprana de un fenómeno similar o que representa un rayo en bola se remonta al siglo XII [12] .

En la primera mitad del siglo XIX, el físico, astrónomo y naturalista francés Francois Arago , quizás el primero en la historia de la civilización, recopiló y sistematizó todas las evidencias de la aparición de relámpagos en bola conocidas en ese momento. En su libro, se describen 30 casos de observación de rayos en bola. Las estadísticas son pequeñas, y no sorprende que muchos físicos del siglo XIX, incluidos Kelvin y Faraday , se inclinaran a creer que se trataba de una ilusión óptica o de un fenómeno de naturaleza no eléctrica completamente diferente. Sin embargo, aumentó el número de casos, el detalle de la descripción del fenómeno y la confiabilidad de la evidencia, lo que atrajo la atención de los científicos, incluidos físicos famosos.

A fines de la década de 1940, el académico de la Academia de Ciencias de la URSS, Pyotr Leonidovich Kapitsa , trabajó en una explicación del rayo en bola .

El científico soviético I.P. Stakhanov [13] , quien, junto con S.L. Lopatnikov, publicó un artículo sobre los rayos en bola en la revista Knowledge is Power en la década de 1970. Al final de este artículo, adjuntó un cuestionario y pidió a los testigos presenciales que le enviaran sus recuerdos detallados de este fenómeno. Como resultado, acumuló extensas estadísticas, más de mil casos, lo que le permitió generalizar algunas de las propiedades de los rayos en bola y ofrecer su modelo teórico de los rayos en bola.

Evidencia histórica

Tormenta en Widecombe-in-the-Moore

El 21 de octubre de 1638, apareció un rayo durante una tormenta eléctrica en la iglesia del pueblo de Widecombe-in-the-Moor , Devon , Inglaterra. Testigos presenciales dijeron que una enorme bola de fuego de unos dos metros y medio de diámetro voló hacia la iglesia. Derribó varias piedras grandes y vigas de madera de las paredes de la iglesia. Luego, la pelota supuestamente rompió los bancos, rompió muchas ventanas y llenó la habitación de un humo espeso y oscuro con olor a azufre. Luego se partió por la mitad; la primera bola salió volando, rompiendo otra ventana, la segunda desapareció en algún lugar dentro de la iglesia. Como resultado, 4 personas murieron y 60 resultaron heridas. El fenómeno fue explicado por la "venida del diablo", o "fuego del infierno" y achacó de todo a dos personas que se atrevieron a jugar a las cartas durante el sermón.

Incidente a bordo del Montag

El tamaño impresionante del rayo se informa a partir de las palabras del médico del barco Gregory en 1749. El almirante Chambers, a bordo del Montag, subió a cubierta alrededor del mediodía para medir las coordenadas del barco. Vio una bola de fuego azul bastante grande a unas tres millas de distancia. Inmediatamente se dio la orden de arriar las gavias , pero la bola se movió muy rápido, y antes de que pudiera cambiar de rumbo, voló casi verticalmente y, estando a no más de cuarenta o cincuenta yardas (37-46 metros) sobre el aparejo, desapareció. con una poderosa explosión, que se describe como una salva simultánea de mil cañones. La parte superior del palo mayor fue destruida. Cinco personas fueron derribadas, una de ellas recibió múltiples contusiones. La pelota dejó un fuerte olor a azufre; antes de la explosión, su valor alcanzaba el tamaño de una piedra de molino.

Muerte de Georg Richmann

En 1753, Georg Richmann , miembro de pleno derecho de la Academia de Ciencias de San Petersburgo , murió a causa de la caída de un rayo en bola. Inventó un dispositivo para estudiar la electricidad atmosférica, por lo que cuando escuchó en la próxima reunión que se avecinaba una tormenta eléctrica, se fue urgentemente a casa con un grabador para capturar el fenómeno. Durante el experimento, una bola de color naranja azulado salió volando del dispositivo y golpeó al científico justo en la frente. Hubo un rugido ensordecedor, similar al disparo de un arma. Richman cayó muerto, y el grabador quedó aturdido y derribado. Más tarde describió lo sucedido. Una pequeña mancha de color carmesí oscuro permaneció en la frente del científico, su ropa estaba chamuscada, sus zapatos estaban rotos. Los postes de la puerta se hicieron añicos y la puerta misma salió volando de sus bisagras. Más tarde, M. V. Lomonosov inspeccionó personalmente la escena .

El incidente de Warren Hastings

Una publicación británica informó que en 1809 el Warren Hastings fue "atacado por tres bolas de fuego" durante una tormenta. La tripulación vio a uno de ellos bajar y matar a un hombre en cubierta. El que decidió tomar el cuerpo fue golpeado por la segunda bola; fue derribado y tenía quemaduras menores en su cuerpo. La tercera bola mató a otra persona. La tripulación notó que después del incidente había un olor repugnante a azufre sobre la cubierta.

Descripción en Lightning and Glow de Wilfried de Fontvieille

El libro de un autor francés informa acerca de 150 encuentros con relámpagos en bola: “Aparentemente, los relámpagos en bola se sienten fuertemente atraídos por los objetos metálicos, por lo que a menudo terminan cerca de las barandas de los balcones y las tuberías de agua y gas. No tienen un color específico, su tono puede ser diferente; por ejemplo, en Köthen en el Ducado de Anhalt , el rayo era verde. M. Colon, vicepresidente de la Sociedad Geológica de París, vio descender lentamente la bola por la corteza de un árbol. Tocando la superficie del suelo, saltó y desapareció sin una explosión. El 10 de septiembre de 1845, en el valle de Correze, un rayo cayó sobre la cocina de una de las casas del pueblo de Salagnac. La pelota rodó por toda la habitación sin causar ningún daño a las personas que estaban allí. Cuando llegó al granero que bordeaba la cocina, de repente explotó y mató a un cerdo encerrado accidentalmente allí. El animal no estaba familiarizado con las maravillas del trueno y el relámpago, por lo que se atrevió a oler de la forma más obscena e inapropiada. Los relámpagos no se mueven muy rápido: algunos incluso los han visto detenerse, pero esto no hace que las bolas sean menos destructivas. Un rayo que voló hacia la iglesia de la ciudad de Stralsund, durante la explosión, arrojó varias bolas pequeñas, que también explotaron como proyectiles de artillería.

Remarque en la literatura de 1864

En la edición de 1864 de Una guía para el conocimiento científico de las cosas familiares, Ebenezer Cobham Brewer habla sobre el "rayo en bola". En su descripción, el rayo aparece como una bola de fuego de gas explosivo que se mueve lentamente, que a veces desciende a la tierra y se mueve a lo largo de su superficie. También se observa que las bolas pueden dividirse en bolas más pequeñas y explotar "como un disparo de cañón".

Otras pruebas
  • En una serie de libros para niños de la escritora Laura Ingalls Wilder , hay una referencia al rayo en bola. Aunque las historias de los libros se consideran ficticias, la autora insiste en que realmente sucedieron en su vida. Según esta descripción, durante una ventisca de invierno, aparecieron tres bolas cerca de la estufa de hierro fundido. Aparecieron en la chimenea, luego rodaron por el suelo y desaparecieron. Al mismo tiempo, Caroline Ingalls, la madre del escritor, los perseguía con una escoba.
  • El 30 de abril de 1877 un rayo en bola voló hacia el templo central de Amritsar (India) - Harmandir Sahib. El fenómeno fue observado por varias personas hasta que la pelota salió de la habitación por la puerta principal. Este incidente está representado en la puerta Darshani Deodi.
  • El 22 de noviembre de 1894, en la ciudad de Golden, Colorado (EE. UU.), apareció un rayo en bola, que duró un tiempo inesperadamente largo. Como informó el diario Golden Globe: “El lunes por la noche, se pudo observar un fenómeno hermoso y extraño en la ciudad. Se levantó un fuerte viento y el aire pareció llenarse de electricidad. Aquellos que estaban cerca de la escuela esa noche pudieron ver las bolas de fuego volar una tras otra durante media hora. Este edificio alberga máquinas eléctricas y de dinamo de quizás la mejor fábrica del estado. Probablemente, el pasado lunes llegó una delegación a los presos de las dinamos directamente desde las nubes. Definitivamente, esta visita fue un éxito, así como el frenético juego que iniciaron juntos.
  • En julio de 1907, en la costa oeste de Australia, un rayo en bola cayó sobre un faro en Cape Naturalist. El farero Patrick Baird perdió el conocimiento y el fenómeno fue descrito por su hija Ethel.
  • El encuentro con el rayo en bola se describe en la historia "Ball Lightning" del escritor e investigador ruso del Lejano Oriente Vladimir Arsenyev . [catorce]

Evidencia contemporánea

  • Durante la Segunda Guerra Mundial, los pilotos informaron de extraños fenómenos que podrían interpretarse como relámpagos en bola [15] . Vieron pequeñas bolas moviéndose a lo largo de una trayectoria inusual. Estos fenómenos comenzaron a llamarse foo fighters ( en ruso "algunos luchadores" ).
Los submarinistas informaron repetida y consistentemente de pequeñas bolas de fuego que ocurrían en el espacio cerrado de un submarino. Aparecían cuando se encendía, apagaba o encendía incorrectamente la batería , o en caso de desconexión o conexión incorrecta de motores eléctricos de alta inductividad. Los intentos de reproducir el fenómeno utilizando la batería de repuesto del submarino terminaron en falla y explosión.
  • El 6 de agosto de 1944, en la ciudad sueca de Uppsala , un rayo en bola atravesó una ventana cerrada, dejando tras de sí un agujero redondo de unos 5 cm de diámetro. El fenómeno fue observado por los residentes locales, y también funcionó el sistema de seguimiento de descargas de rayos, que se encuentra en el departamento para el estudio de la electricidad y los rayos en la Universidad de Uppsala . [dieciséis]
  • En 1954, el físico Tar Domokos (Domokos Tar) observó un rayo en una fuerte tormenta eléctrica. Describió lo que vio con suficiente detalle: “Sucedió en un cálido día de verano en la isla de Margarita en el Danubio . Hacía entre 25 y 27 grados centígrados, el cielo se cubrió rápidamente de nubes y se acercaba una fuerte tormenta. El trueno se escuchó en la distancia. Se levantó el viento, empezó a llover. El frente de tormenta se movía muy rápido. Cerca no había nada donde uno pudiera esconderse, solo había un arbusto solitario cerca (de unos 2 m de altura), que fue doblado por el viento hasta el suelo. La humedad subió a casi el 100% debido a la lluvia. De repente, justo en frente de mí (a unos 50 metros de distancia), un rayo cayó al suelo (a una distancia de 2,5 metros del arbusto). Nunca había escuchado un rugido así en mi vida. Era un canal muy brillante de 25-30 cm de diámetro, era exactamente perpendicular a la superficie de la tierra. Estuvo oscuro durante unos dos segundos, y luego apareció una hermosa bola con un diámetro de 30-40 cm a una altura de 1,2 m. Apareció a una distancia de 2,5 m del rayo, por lo que este golpe estaba justo en el medio entre la bola y el casquillo. La bola brillaba como un pequeño sol y giraba en sentido contrario a las agujas del reloj. El eje de rotación era paralelo al suelo y perpendicular a la línea "arbusto - lugar de impacto - bola". El orbe también tenía uno o dos verticilos o colas rojizos que salían hacia la parte posterior derecha (hacia el norte), pero no tan brillantes como el propio orbe. Se vertieron en la bola después de una fracción de segundo (~0,3 s). La bola misma se movía lentamente y con una velocidad constante horizontalmente a lo largo de la misma línea desde el arbusto. Sus colores eran nítidos y su brillo constante en toda su superficie. No hubo más rotación, el movimiento se realizó a una altura constante ya una velocidad constante. No noté ningún cambio de tamaño. Pasaron unos tres segundos más: la pelota desapareció instantáneamente y en completo silencio, aunque debido al ruido de la tormenta eléctrica, es posible que no la haya escuchado. El propio autor supone que la diferencia de temperatura dentro y fuera del canal del rayo ordinario con la ayuda de una ráfaga de viento formó una especie de anillo de vórtice , a partir del cual se formó el rayo en bola observado [17] .
  • El 17 de agosto de 1978, un grupo de cinco escaladores soviéticos (Kavunenko, Bashkirov , Zybin, Koprov, Korovkin) descendieron de la cima del monte Trapezia y se detuvieron para pasar la noche a una altitud de 3900 metros. Según V. Kavunenko, maestro de deportes de clase internacional en montañismo, un rayo de bola de color amarillo brillante del tamaño de una pelota de tenis apareció en una carpa cerrada, que durante mucho tiempo se movió aleatoriamente de un cuerpo a otro, emitiendo un sonido crepitante. Uno de los atletas, Oleg Korovkin, murió en el acto por el contacto de un rayo con la zona del plexo solar , el resto pudo pedir ayuda y fue trasladado al hospital de la ciudad de Pyatigorsk con un gran número de quemaduras de cuarto grado de origen inexplicable. El caso fue descrito por Valentin Akkuratov en el artículo "Encuentro con una bola de fuego" en la edición de enero de la revista " Tecnología para la Juventud " de 1982 [15] .
  • En el verano de 1980 en el pueblo. Tyarlevo (Calle Musicalnaya), después de una tormenta eléctrica, un rayo en bola asustó a la residente de verano Anna Ilyinichna Morozova (nacida en 1903), según la mujer, una bola de aproximadamente 0,5-1 metros de diámetro se cernía sobre el techo (ruberoide plano) del cobertizo ubicado en su sitio, y luego rodó hacia abajo para aterrizar en su dirección (la mujer misma inmediatamente se apresuró a esconderse en la casa), la pelota voló hacia el área vecina ("rodó hacia los vecinos").
  • En 2008, un rayo en bola voló a través de la ventana de un trolebús en Kazán . La conductora, Lyalya Khaibullina [18] , con la ayuda de un validador , la arrojó al final de la cabina, donde no había pasajeros, ya los pocos segundos se produjo una explosión. Había 20 personas en la cabina, nadie resultó herido. El trolebús se averió, el validador se calentó y se puso blanco, pero siguió funcionando [18] .
  • 2011, el pueblo de Gofitskoye, distrito de Labinsk, territorio de Krasnodar, Rusia . En primavera-verano, alrededor de las 15-17 horas, hora de Moscú, el cielo estaba cubierto de nubes, lo que creaba la sensación del comienzo del crepúsculo. Uno de los testigos ayudó a un amigo a llevar ovejas al patio. Sosteniendo las puertas abiertas hacia el exterior, miraron hacia las alturas en el este hacia el pueblo de Otvazhnaya, y ambos notaron una bola luminosa que se acercaba desde lejos (unos 500 m). Voló desde el lado del pueblo de Akhmetovskaya (distrito de Labinsky) sobre la parte este del pueblo. Gofitsky paralelo al río Bolshaya Laba a una altura de 7-10 ma una velocidad de 15-30 km/h, es decir, mucho más lento que en caída libre. La trayectoria de vuelo era recta, con cierta inclinación hacia el horizonte. La pelota se fue hacia abajo. La observación duró varios minutos. La pelota del tamaño de una pelota de baloncesto (unos 25 cm de diámetro) y del color del metal al rojo vivo brillaba como un fuego, pero no había llama. Se acercó a la puerta, "filtró" a través del espacio entre su marco y el soporte con bisagras, cambiando su forma, como una sustancia líquida. Luego, la bola salió por completo del otro lado de la puerta, tomó su forma anterior, voló otros 1,5-2 m, aterrizó en el pavimento de asfalto del edificio y se quemó con un silbido. No había rastros de impacto en las puertas y en el asfalto. En el lugar de aterrizaje, los testigos presenciales encontraron pequeños fragmentos que parecían escoria. El caso y la investigación correspondiente fueron publicados en la revista de la Academia Rusa de Ciencias " Priroda " [10] .
  • El 10 de julio de 2011, en la ciudad checa de Liberec , apareció un rayo en bola en el edificio de control de los servicios de emergencia de la ciudad. Una pelota con una cola de dos metros saltó al techo directamente desde la ventana, cayó al piso, rebotó nuevamente al techo, voló 2-3 metros, luego cayó al piso y desapareció. Esto asustó a los empleados, quienes olieron el cableado quemado y creyeron que se había iniciado un incendio. Todas las computadoras colgaron (pero no se rompieron), el equipo de comunicación estuvo fuera de servicio durante la noche hasta que lo arreglaron. Además, se destruyó un monitor [19] .
  • El 4 de agosto de 2012, un rayo en bola asustó a un aldeano en el distrito de Pruzhany de la región de Brest [20] . Según el periódico "Rayonnyya Budni", un rayo en bola voló hacia la casa durante una tormenta eléctrica. Además, como le dijo a la publicación la anfitriona de la casa, Nadezhda Vladimirovna Ostapuk, las ventanas y puertas de la casa estaban cerradas y la mujer no podía entender cómo entró la bola de fuego en la habitación. Por suerte, la mujer se dio cuenta de que no debía hacer ningún movimiento brusco y se quedó donde estaba, mirando los relámpagos. Un rayo en bola voló sobre su cabeza y se descargó en el cableado eléctrico de la pared. Como resultado de un fenómeno natural inusual, nadie resultó herido, solo la decoración interior de la habitación resultó dañada, informa el periódico.

Reproducción artificial del fenómeno

Descripción general de los enfoques de reproducción artificial

Dado que existe una conexión clara en la aparición de un rayo en bola con otras manifestaciones de la electricidad atmosférica (por ejemplo, un rayo ordinario), la mayoría de los experimentos se llevaron a cabo de acuerdo con el siguiente esquema: se creó una descarga de gas (es ampliamente conocido sobre el resplandor de las descargas de gas), y luego se buscaron las condiciones en las que la descarga luminosa pudiera existir como un cuerpo esférico. Pero los investigadores solo tienen descargas de gas a corto plazo de forma esférica, que viven durante un máximo de unos pocos segundos, lo que no se corresponde con los relatos de testigos presenciales de rayos en bola naturales. A. M. Khazen planteó la idea de un generador de rayos esféricos, que consiste en una antena transmisora ​​de microondas, un conductor largo y un generador de pulsos de alto voltaje [21] .

Lista de declaraciones

Se han hecho varias afirmaciones sobre la producción de rayos en bola en los laboratorios, pero en general ha habido una actitud escéptica hacia estas afirmaciones en el entorno académico. La pregunta sigue abierta: "¿Son los fenómenos observados en condiciones de laboratorio idénticos al fenómeno natural del rayo en bola"?

  • Los trabajos de Tesla [22] a finales del siglo XIX pueden considerarse los primeros experimentos y afirmaciones . En su breve nota, informa que, bajo ciertas condiciones, al encender una descarga de gas, luego de desconectar el voltaje, observó una descarga luminosa esférica con un diámetro de 2-6 cm. Sin embargo, Tesla no informó los detalles de su experiencia. , por lo que es difícil reproducir esta instalación. Testigos presenciales afirmaron que Tesla podía hacer bolas de fuego durante varios minutos, mientras las tomaba en sus manos, las metía en una caja, las tapaba con una tapa y las volvía a sacar...
  • Los primeros estudios detallados de una descarga luminosa sin electrodos fueron realizados recién en 1942 por el ingeniero eléctrico soviético Babat : logró obtener una descarga de gas esférica dentro de una cámara de baja presión durante unos segundos.
  • Kapitsa pudo obtener una descarga de gas esférica a presión atmosférica en un medio de helio . Los aditivos de varios compuestos orgánicos cambiaron el brillo y el color del resplandor.

Estas observaciones llevaron a la idea de que los relámpagos en bola también son un fenómeno creado por oscilaciones de alta frecuencia que ocurren en las nubes tormentosas después de un relámpago ordinario. De esta forma, se suministró la energía necesaria para mantener el brillo continuo del rayo en bola. Esta hipótesis fue publicada en 1955. Unos años más tarde tuvimos la oportunidad de retomar estos experimentos. En marzo de 1958, ya en un resonador esférico lleno de helio a presión atmosférica, en el modo resonante con intensas oscilaciones continuas del tipo Hox, surgió una descarga ovalada de gas que flotaba libremente. Esta descarga se formó en la región del campo eléctrico máximo y se movió lentamente en un círculo que coincidía con la línea de fuerza.

Texto original  (inglés)[ mostrarocultar] Estas observaciones nos llevaron a sugerir que la bola de rayos puede deberse a ondas de alta frecuencia, producidas por una nube de tormenta después de la descarga de un rayo convencional. Así se produce la energía necesaria para sostener la extensa luminosidad, observada en un relámpago de bola. Esta fue una hipótesis publicada en 1955. Después de algunos años estábamos en condiciones de reanudar nuestros experimentos. En marzo de 1958 en un resonador esférico lleno de helio a presión atmosférica en condiciones de resonancia con intensas oscilaciones de H se obtuvo una descarga de gas libre, de forma ovalada. Esta descarga se formó en la región del máximo del campo eléctrico y se movió lentamente siguiendo las líneas circulares de fuerza. - Un fragmento de la conferencia Nobel de Kapitza.
  • La literatura [23] describe un esquema de la instalación, en el que los autores obtuvieron de forma reproducible ciertos plasmoides con una vida útil de hasta 1 segundo, similar a un rayo de bola "natural".
  • Nauer [24] en 1953 y 1956 reportó la producción de objetos luminosos cuyas propiedades observadas coinciden completamente con las de las burbujas de luz.

Intentos de explicación teórica

En nuestra era, cuando los físicos saben lo que sucedió en los primeros segundos de la existencia del Universo y lo que está sucediendo en los agujeros negros que aún no han sido descubiertos, todavía tenemos que admitir con sorpresa que los principales elementos de la antigüedad -aire y agua - siguen siendo un misterio para nosotros.

— I. P. Stajanov[ aclarar ]

La verificación experimental de las teorías existentes es difícil. Incluso si contamos solo los supuestos publicados en revistas científicas serias, la cantidad de modelos teóricos que describen el fenómeno y responden estas preguntas con diversos grados de éxito es bastante grande.

Clasificación de las teorías

  • Sobre la base de la ubicación de la fuente de energía que respalda la existencia de un rayo en bola, las teorías se pueden dividir en dos clases:
    • asumiendo una fuente externa;
    • lo que sugiere que la fuente está dentro de un rayo en bola.

Revisión de las teorías existentes

  • Hipótesis de S. P. Kurdyumov sobre la existencia de estructuras disipativas en medios que no están en equilibrio: “... Las manifestaciones más simples de los procesos de localización en medios no lineales son vórtices... Tienen un cierto tamaño, tiempo de vida, pueden surgir espontáneamente cuando fluyen alrededor de cuerpos , aparecen y desaparecen en líquidos y gases en regímenes de intermitencia cercanos al estado turbulento. Los solitones que surgen en varios medios no lineales pueden servir como ejemplo. Aún más difíciles (desde el punto de vista de ciertos enfoques matemáticos) son las estructuras disipativas… en ciertas partes del medio, puede tener lugar la localización de procesos en forma de solitones, autoondas, estructuras disipativas… es importante señalar… localización de procesos sobre el medio en forma de estructuras que tienen una forma determinada, la arquitectura”. [25]
  • Hipótesis de Kapitza P.L. sobre la naturaleza resonante del rayo en bola en un campo externo: surge una onda electromagnética estacionaria entre las nubes y la tierra , y cuando alcanza una amplitud crítica , se produce una ruptura de aire en algún lugar (la mayoría de las veces, más cerca de la tierra) , un gas se forma la descarga. En este caso, el rayo en bola resulta estar "ensartado" en las líneas de fuerza de una onda estacionaria y se moverá a lo largo de superficies conductoras. La onda estacionaria es entonces responsable del suministro de energía del rayo en bola. ( "... Con un voltaje suficiente del campo eléctrico, deberían surgir las condiciones para una ruptura sin electrodos, que, por medio de la absorción resonante de ionización por el plasma, debería convertirse en una bola luminosa con un diámetro igual a aproximadamente una cuarta parte del longitud de onda" ). [26] [27]
  • Hipótesis de V. G. Shironosov: se propone un modelo resonante autoconsistente de bola relámpago basado en los trabajos e hipótesis de: S. P. Kurdyumova (sobre la existencia de estructuras disipativas localizadas en medios que no están en equilibrio); Kapitsa P. L. (sobre la naturaleza resonante del rayo en bola en un campo externo). El modelo resonante del rayo en bola de P. L. Kapitza, habiendo explicado mucho lógicamente, no explicó lo principal: las razones de la aparición y la existencia a largo plazo de intensas oscilaciones electromagnéticas de onda corta durante una tormenta eléctrica. Según la teoría expuesta, en el interior de los rayos en bola, además de las oscilaciones electromagnéticas de onda corta propuestas por P. L. Kapitza, existen importantes campos magnéticos adicionales de decenas de megaersteds . En una primera aproximación, el rayo esférico puede considerarse como un plasma autoestable, que se "mantiene" a sí mismo en sus propias variables resonantes y campos magnéticos constantes. El modelo autoconsistente resonante del rayo en bola hizo posible explicar no solo sus muchos misterios y características cualitativa y cuantitativamente, sino también, en particular, delinear el camino para la producción experimental de rayos en bola y formaciones resonantes de plasma autosuficientes similares controladas. por campos electromagnéticos. Es curioso notar que la temperatura de tal plasma autónomo en la comprensión del movimiento caótico será "cercana" a cero debido al movimiento síncrono estrictamente ordenado de partículas cargadas. En consecuencia, la vida útil de dicho rayo esférico (sistema resonante) es grande y proporcional a su factor de calidad. [28]
  • Una hipótesis fundamentalmente diferente es la de Smirnov B.M., quien ha estado lidiando con el problema de los rayos en bola durante muchos años. En su teoría, el núcleo de la bola de rayos es una estructura de panal entretejido, una especie de aerogel , que proporciona un marco fuerte con poco peso. Solo los filamentos del esqueleto son filamentos de plasma, no de un cuerpo sólido. Y la reserva de energía del rayo en bola está completamente oculta en la enorme energía superficial de una estructura microporosa de este tipo. Los cálculos termodinámicos basados ​​en este modelo no contradicen los datos observados. [29]
  • Otra teoría explica todo el conjunto de fenómenos observados por los efectos termoquímicos que se producen en el vapor de agua saturado en presencia de un fuerte campo eléctrico. La energía del rayo en forma de bola aquí está determinada por el calor de las reacciones químicas que involucran moléculas de agua y sus iones . El autor de la teoría está seguro de que da una respuesta clara al enigma del rayo en bola. [treinta]
  • La hipótesis de Dyakov A. V. asume la presencia en el rayo natural de una cantidad significativa de materia en estado sólido o líquido de agregación, así como la posibilidad de procesos químicos similares a la combustión de mezclas de termitas [10] . Basado en el análisis de muchos relatos de testigos oculares, el autor llega a la conclusión de que la densidad de la materia en un rayo en bola puede exceder significativamente la densidad del medio ambiente, mientras que la levitación de la formación luminosa se vuelve paradójica. Esta hipótesis está respaldada no solo por la composición química casi idéntica de los fragmentos con los resultados de [6] espectrometría óptica de otro rayo de bola natural, sino también por una serie de trabajos sobre la introducción de sílice, hierro, arcilla, suelos y otros sustancias naturales en un plasmoide de laboratorio: ¡resultó que los aerosoles de óxidos de hierro finamente dispersos no reducen la vida útil del plasmoide! [31]
  • La siguiente teoría sugiere que los rayos esféricos son iones de aire pesados ​​positivos y negativos formados durante un rayo normal, cuya recombinación se evita por su hidrólisis. Bajo la influencia de las fuerzas eléctricas, se juntan en una bola y pueden coexistir durante mucho tiempo hasta que su "abrigo de piel" de agua se derrumba. Esto también explica el hecho de que el color diferente del rayo en bola y su dependencia directa del tiempo de existencia del propio rayo en bola: la tasa de destrucción de los "abrigos de piel" de agua y el comienzo del proceso de recombinación de avalancha.
  • Según otra teoría, el rayo esférico es una sustancia de Rydberg [32] [33] . Grupo L.Holmlid. se dedica a la preparación de la sustancia de Rydberg en el laboratorio hasta ahora no con el propósito de producir rayos en forma de bola, sino principalmente con el propósito de obtener potentes corrientes de electrones e iones, utilizando el hecho de que la función de trabajo de la sustancia de Rydberg es muy pequeña , unas pocas décimas de un electrón volt . La suposición de que el rayo en bola es una sustancia de Rydberg describe muchas más de sus propiedades observadas, desde la capacidad de aparecer en diferentes condiciones, de consistir en diferentes átomos, hasta la capacidad de atravesar paredes y restaurar una forma esférica. El condensado de la sustancia de Rydberg también se utiliza para explicar los plasmoides obtenidos en nitrógeno líquido [34] . Se utilizó un modelo de rayo esférico basado en solitones espaciales de Langmuir en un plasma con iones diatómicos [35] .
  • Un enfoque inesperado para explicar la naturaleza de los rayos en bola ha sido propuesto desde 2003 por Torchigin V.P., según el cual el rayo en bola es un fenómeno óptico y es luz ordinaria que circula en la atmósfera del aire [33]. Tal luz se introduce en la atmósfera terrestre en la dirección del aumento de la densidad del aire. Esta propiedad explica completamente todas las anomalías de los rayos en bola. Desde 2003, se han publicado más de tres docenas de artículos en las principales revistas internacionales, en los que se explican todas las anomalías conocidas de los rayos en bola. En VP Torchigin Ball Lightning como una burbuja de luz: existencia y estabilidad. Optik 193 (2019) 162961 proporciona una lista completa de documentos sobre este enfoque. El autor cree que el objeto en forma de luz circulante es el único objeto conocido considerado como un rayo en bola, que tiene un conjunto completo de propiedades anómalas observadas de un rayo en bola. Cualquier objeto que incluya partículas (plasma, cúmulos, etc.) no puede alcanzar a un avión en vuelo, no puede moverse contra el viento, no puede ingresar a las habitaciones a través del vidrio sin dañarlas, no tiene órganos de los sentidos, no puede encontrar un agujero en la pared para entrar la habitación a través de él. Los fenómenos responsables de la ocurrencia y comportamiento anómalo de los rayos en bola se conocían en el siglo XIX. Entonces se podría resolver el misterio del rayo en bola.
  • En cuanto a los intentos de reproducir rayos en bola en el laboratorio, Nauer [24] en 1953 y 1956 reportó la producción de objetos luminosos cuyas propiedades observadas coinciden completamente con las de las burbujas de luz. Las propiedades de las burbujas de luz se pueden obtener teóricamente sobre la base de las leyes físicas generalmente aceptadas. Los objetos observados por Nauer no están sujetos a la acción de campos eléctricos y magnéticos, emiten luz desde su superficie, pueden sortear obstáculos y permanecer intactos después de penetrar a través de pequeños agujeros. Nauer sugirió que la naturaleza de estos objetos no tenía nada que ver con la electricidad. La vida útil relativamente corta de tales objetos (varios segundos) se explica por la baja energía almacenada debido a la baja potencia de la descarga eléctrica utilizada. Con un aumento de la energía almacenada, aumenta el grado de compresión del aire en la cubierta de la burbuja de luz, lo que conduce a una mejora en la capacidad de la fibra para limitar la luz que circula por ella y al correspondiente aumento de la vida útil. de la burbuja de luz. La obra de Nauer es única el caso cuando la confirmación experimental de la teoría apareció 50 años antes de la teoría misma.
  • M. Dvornikov [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] desarrolló un modelo de rayo en bola basado en oscilaciones no lineales esféricamente simétricas de partículas cargadas en plasma. Estas oscilaciones se consideraron en el marco de la mecánica clásica [35] [37] [38] y cuántica [36] [39] [40] [41] [42] . Se encuentra que las oscilaciones de plasma más intensas ocurren en las regiones centrales de los rayos en bola. Se ha sugerido [39] [41] [42] que los estados ligados de partículas cargadas que oscilan radialmente con espines orientados de manera opuesta pueden surgir en un rayo en bola, que es análogo a los pares de Cooper, que a su vez pueden conducir a la aparición de una fase superconductora. relámpago de bola interior. Previamente, la idea de la superconductividad en los rayos esféricos se expresó en [43] [44] . Asimismo, en el marco del modelo propuesto, se estudió la posibilidad de ocurrencia de rayos en bola con núcleo compuesto [40] .
  • Los científicos austriacos de la Universidad de Innsbruck, Josef Peer y Alexander Kendl, en su trabajo, publicado en la revista científica Physics Letters A [45] , describieron el efecto de los campos magnéticos que surgen de la descarga de un rayo en el cerebro humano. Según ellos, los llamados fosfenos aparecen en los centros visuales de la corteza cerebral  , imágenes visuales que aparecen en una persona cuando se exponen fuertes campos electromagnéticos al cerebro o al nervio óptico. Los científicos comparan este efecto con la estimulación magnética transcraneal (TMS), cuando se envían impulsos magnéticos a la corteza cerebral, provocando la aparición de fosfenos . La TMS se usa a menudo como un procedimiento de diagnóstico en un entorno ambulatorio. Por lo tanto, los físicos creen que cuando a una persona le parece que un rayo en bola está frente a él, en realidad se trata de fosfenos . “Cuando alguien se encuentra a unos cientos de metros de un rayo, puede aparecer una mancha blanca en los ojos durante unos segundos”, explica Kendl. “Esto sucede bajo la influencia de un impulso electromagnético en la corteza cerebral”.
  • El matemático ruso M. I. Zelikin propuso una explicación del fenómeno del rayo en bola basándose en la hipótesis aún no confirmada de la superconductividad del plasma [44] .
  • A. M. Khazen [46] [47] desarrolló un modelo de bola de rayos como un grupo de plasma con una permitividad no uniforme que está estacionario en el campo eléctrico de una tormenta eléctrica. El potencial eléctrico se describe mediante una ecuación como la ecuación de Schrödinger .
  • En 1982, GP Gladyshev propuso un modelo físico y químico del rayo en bola [48] [49] [50] . Según este modelo, el rayo esférico es una llama de difusión de combustión de nitrógeno sustentada por corrientes atmosféricas directas. El modelo es consistente con los cálculos y datos conocidos.
  • En los trabajos de G. D. Shabanov, por ejemplo [51] [52] , se da una hipótesis compleja sobre el surgimiento y la derivación de las características del "rayo de bola promedio" y los experimentos que lo confirman.

Notas

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