Kamuolinis žaibas yra iš kito matmens? Originalios ir net šiek tiek beprotiškos fizikų idėjos, kas gi slepiasi už iš vieno paslaptingiausių reiškinių

Vieną praėjusio amžiaus devintojo dešimtmečio pradžios vasaros dieną, paauglys sėdėjo kambaryje, pajūryje netoli Romos per langą stebėdamas popiečio audros šėlsmą.

Staiga, be jokio įspėjimo, kambario kampe pasirodė futbolo kamuolio dydžio švytinti sfera. Neskleisdama karščio ar kvapo, ji kybojo maždaug už metro nuo jo ir kiek aukščiau galvos. Berniukas buvo priblokštas.

Tamsiai geltono, visiškai nepermatomo kamuolio paviršių dengė permatomi lėtai raibuliuojančios šviesos sluoksniai. Jis kabojo ten maždaug 10 sekundžių ir išnyko taip pat tyliai, kaip ir pasirodė. Netgi nebuvo laiko jo išsigąsti.

Vaikystėje matytas vaizdas Andrea Aiello jaudina iki šiol – ir dabar, kaip fizikos teoretikas Max Planck šviesos mokslo institute Vokietijoje, šia tema jis vysto jau savo paties idėjas.

Labiausiai tikėtina, kad jis matė kamuolinį žaibą, retą atmosferos elektrinį reiškinį, galintį švelniai kyboti ore lauke ar pastato viduje ir netgi pereiti uždarytus langus. Mokslininkai visame pasaulyje šį fenomeną vertina rimtai, nors negali jo paaiškinti, atkuri ar patikimai dokumentuoti.

Hipotezių netrūksta, bet užtikrintumo mažai. Kai kas mano, kad fenomenas randasi iš galingų perkūnijų elektros. Kiti mano, kad juos gali sukurti Žemės klajojančios elektromagnetinės linijos. Tačiau bent jau kol kas jokia idėja negali paaiškinti visko, ką daro kamuoliniai žaibai. Gal metas panagrinėti egzotiškesnes alternatyvas?

Įprastų žaibų formavimosi principai nustatyti gan gerai: audros debesyje esančių dulkių ir ledo dalelių krūviai atsiskiria, teigiamai įelektrintos dalelės kyla viršun, o įgijusios neigiamą krūvį leidžiasi žemyn, iškiliuose žemės paviršiaus vietose sukeldamos teigiamą krūvį. Randasi galingi, plačiai pasklidę elektriniai laukai, kurie nuolat stiprėja, kol įtampa išlaisvinama kaip elektros blyksnis. Šie blyksniai yra žaibai, kuriuos ir matome per langus.

Bet šis paaiškinimas labai daug ką pašluoja po kilimu. Pavyzdžiui, vis dar nežinome, kaip dalelių susidūrimai ore išskiria krūvius, ar, kaip audros debesyje susiformuoja elektrinis laukas, kuris pakankamai stiprus ir kompaktiškas, kad galėtų sukelti žaibą. Kaip toks įprastas ir kasdienis reiškinys, žaibavimas vis dar stulbinamai paslaptingas. Tačiau nedaug jo pasireiškimų taip prastai suvokiami, kaip kamuoliniai žaibai.

Aiello toli gražu nėra vienintelis juos matęs. Apie kamuolinius žaibus nuolat pranešama jau ne vieną šimtmetį. Rusijos Caras Nikolajus II teigė vaikystėje matęs švytintį kamuolį, vėlyvą naktį audros metu praslinkusį per katedrą. Laura Ingalls Wilder, parašiusi Namelį prerijose, aprašė žiemą vykusią audrą, per kurią ugnies kamuolys riedėjo židinio kaminu namo viduje. Jie riedėjo medinėmis grindimis, tačiau nepaliko jokio ženklo. Fizikas Nikola Tesla netgi teigė sukūręs dirbtinį kamuolinį žaibą savo laboratorijoje Colorado Springse.

Tačiau, nepaisant tokių liudijimų, konkrečių įrodymų nedaug. Visi atvejai yra trumpi, ir nėra patikimų šio fenomeno nuotraukų ar video įrašų.

Nėra ir kokio nors kamuolinius žaibus fiksuojančio tinklo. Rachel Albrecht iš São Paulo universiteto Brazilijoje žaibų aptikimo sistemas panaudojo aktyviausioms pasaulyje žaibavimo vietoms žymėti.

Ji sako, kad palydovai ar įvairiausios antžeminės žaibų fiksavimo sistemos nefiksuoja kažką tokio blankaus, kaip kamuolinis žaibas, kurio ryškumas dažnai prilyginamas 100 vatų kaitrinei lemputei. Norint užfiksuoti kamuolinį žaibą, „tai turėtų vykti tiesiai prieš kamerą“, sako ji.

Netgi be tiesioginių įrodymų, kuriais galėtų remtis, Martin Uman iš Floridos universiteto tiki šio fenomeno ypatingumu. Umanas beveik visą savo 50 metų karjerą skyrė žaibų tyrimui ir surinko šimtus liudijimų apie susidūrimus su tokiomis šviečiančiomis sferomis, kaip Aiello regėtoji.

Mėlynas rutulys nuo mokinio piršto, karinio tanklaivio centru riedantis baltas rutulys, virš inžinieriaus kompiuterio kybantis geltonas rutulys. „Yra ne vienas publikuotas straipsnis, aprašantis kamuolinius žaibus komercinio lėktuvo viduje, kur visi keleiviai matė jį skriejant tarp kėdžių eilių,“ sako Umanas.

„Kamuolys kabojo ten maždaug 10 sekundžių ir išnyko taip pat tyliai, kaip ir pasirodė. Netgi nebuvo laiko išsigąsti.“

Antimaterijos meteoritai

Nors bet kurio susitikimo su kamuoliniu žaibu detalės atrodo neįtikimos, Umanas mano, kad per amžius susikaupę tūkstančiai panašių pranešimų rodo esant realų fenomeną, kuriam nėra tvirto mokslinio paaiškinimo.

Kamuolinius žaibus bandyta paaiškinti dešimtimis protą apsukančių idėjų, nuo mažų juodųjų bedugnių iki antimaterijos meteoritų, bet labiau tikėtina, kad tai kažkas paprastesnio. Umanas įtaria, kad kamuoliniai žaibai yra efektas standartinių žaibų elektros išlydžio, kartkartėmis pradedančio leistas chemines reakcijas, sukuriančias švytinčias sferas.

Pavyzdžiui, kai kurie tyrėjai mano, kad žaibui trenkus į dirvą, kurioje daug silicio dioksido ir anglies, galėtų susiformuoti gryno slicio nanodalelių debesėlis, kuris, oksiduodamasis galėtų skleisti šviesą ir šilumą. Tačiau visi paaiškinimai, kuriuose remiamasi karštomis dujomis, turi savų problemų. O būtent, pranešama apie vietoje kabančius, slenkančius horizontaliai ir judančius prieš vėją kamuolinius žaibus – nieko tokio karštos dujos atlikti negalėtų.

„Daugiau šios srities teorijų nebereikia,“ sako Karl Stephan, elektros inžinierius iš Teksaso valstijos universiteto. „Šiai sričiai reikia eksperimentų ir instrumentinių stebėjimų, galinčių pateikti daugiau stebėjimo duomenų.“ Būtent todėl Stephanas beveik du dešimtmečius stengėsi kamuolinį žaibą sukurti eksperimentiškai, išbandydamas daugybę elektros išlydžiu paremtų hipotezių.

Viename eksperimente Stephanas tikrino idėją, kurią kai kurie tyrėjai vadina galutiniu kamuolinio žaibo paaiškinimu. Trumpai gyvuojantys karštų jonizuotų dujų kamuoliai, vadinami Gatchino plazmoidais, gali būti sukuriami, aukštos įtampos išlydžiui įvykus šalia sūraus vandens paviršiaus. Stephanui pavyko nukreipti šiuos plazmos darinius horizontaliai, tačiau jie išnyko po sekundės dalies, kaip ir visos karštos dujos, pastebimai kildamos. „Nufotografavus – atrodo labai panašu į tai, kaip žmonės apibūdina kamuolinius žaibus,“ pažymi Stephanas. „Bet nemanau, kad tai visas paaiškinimas, ar netgi didžioji paaiškinimo dalis.“

Umanas irgi atliko kamuolinių žaibų kūrimo elektros išlydžiais eksperimentus. Leisdamas mažas raketas su pritvirtintomis vielomis į aktyvias perkūnijas, jis sukėlė tūkstančius žaibų, kurie paskui buvo nukreipti į kruopščiai sukurtą įrangą. Per vieną vasarą, tikėdamasis sukurti kamuolinį žaibą, jis nukreipė žaibus į dešimtis skirtingų medžiagų, tarp kurių buvo sūraus vandens telkiniai, įvairiausi metalai ir netgi šikšnosparnių guanas. Nors jam su komanda ir pavyko sukurti kelias sferines kibirkštis – nors ir gerokai per trumpas, kad jos galėtų būti kamuoliniais žaibais – ir tokią pačią kylančią plazmą, kaip sukūrė Stephanas ir kiti, ieškomo fenomeno sukurti jiems vienareikšmiškai nepavyko.

Kiti kamuolinių žaibų teoretikai pačiais žaibais remiasi mažiau. Robert Cameron iš Strathclydo universiteto, JK, mano, kad kamuolinius žaibus galėtų sukurti elektromagnetiniai mazgai: kol kas neregėtos elektromagnetinių linijų pynės, kurios galėtų būti pakankamai galingos jonizuoti orą. 2018 metais Cameronas publikavo savo teorinį darbą ir tada susisiekė su Stephanu ir Wolfgang Löffler iš Leideno universiteto Nyderlanduose šią idėją tobulinti ir potencialiai sukurti šiuos mazgus laboratorijoje.

„Eksperimentais žaibai buvo nukreipti į dešimtis skirtingų medžiagų, tarp kurių buvo sūrus vanduo, metalai ir net šikšnosparnių guanas“

Elektriniai mazgai

Į pensiją išėjęs fizikas ir nepriklausomas kamuolinių žaibų tyrinėtojas Herbert Boerner tiki, kad Camerono mazgai idealiai dera su jo paties idėja, kad itin stiprių perkūnijų sukurti galingi, plačiai pasklidę elektros laukai yra pirminė kamuolinių žaibų priežastis.

Boerneris tyrė kelis atvejus, kai vienu metu buvo sukurta daug sferinių objektų. Susiejęs šiuos atvejus Europos žaibų aptikimo archyvais, jis išsiaiškino, kad kamuoliniai žaibai gali pasirodyti už kelių kilometrų nuo ten, kur vyksta žaibavimas iš debesų į žemę, kas paskatino jį manyti, kad kamuolinius žaibus sukelia audros elektrinis laukas, o ne atskiri žaibai. Tačiau kol neaptiko Camerono straipsnio, jis neturėjo supratimo, kaip stiprus elektrinis laukas galėtų sukurti kamuolinį žaibą. „Tuomet staiga viskas stojo į savo vietas,“ sako jis.

Savo 2019 metų knygoje apie kamuolinius žaibus, Boerneris aiškina, kad Camerono mazgų hipotezė galėtų apimti jo koncepciją, jei audros elektrinis laukas pakankamai stiprus ištraukti elektronų debesį iš žemės. Tuomet šis debesis galėtų veikti kaip natūrali antena, nukreipianti elektromagnetinio spinduliavimo impulsą iš žaibo į mazgą.

„Manau, esminė idėja tikrai gera, nes veikia. Pats tai paskaičiavau,“ Löffleris atsiliepia apie Camerono idėją. Visgi jis nemano, kad šie mazgai paaiškina kamuolinius žaibus taip, kaip tai daro Boerneris. Camerono darbas Stephaną labiau domina kaip grynai elektromagnetinė mįslė, nei kamuolinių žaibų priežastis. Jis sako, kad norint paaiškinti pakankamai ilgą kamuolinio žaibo gyvavimą, jį sukuriančio įprasto žaibo skleidžiamas spinduliavimas turėtų būti mikrobangų ruože – o manyti, kad perkūnija kuria mikrobangas, nėra jokio pagrindo.

Jei kamuoliniai žaibai nesileidžia paaiškinami paprastai, gal vertėtų kreiptis į mačiusius juos savo akimis. Kaip, ko gero, vienintelis pripažintas tyrėjas, stebėjęs šį reiškinį tiesiogiai, Aiello turi savo idėjų.

Vienas iš labiausiai Aiello paauglystėje regėto švytinčio rutulio aspektų buvo tai, kad jis atrodė sukurtas iš šviesos ir kabėjo ramiai. Bet kadangi šviesa masės neturi, fizikos dėsniai reikalauja, kad ji nuolat judėtų. „Aiškinu tai taip, kad šviesa juda, tačiau papildomame matmenyje,“ dėsto jis. Kaip neįprastai mąstyti įpratęs kvantų fizikas, Aiello problemą mato geometriškai. Trimačio kamuolinio žaibo skerspjūvis būtų dvimatis skritulys. Iš to logiškai seka, kad vienu matmeniu didesniame išmatavime, keturmačio kamuolinio žaibo skerspjūvis būtų trimatė sfera. Tad, jei papildomo matmens žaibas galėtų įsiveržti į mūsų erdvėlaikį per kirmgraužą, ji atrodytų kaip švytintis, trimatis šviesos rutulys. Aiello savo idėjos dar nepublikavo, bet tiki, kad šį procesą įmanoma paaiškinti matematiškai.

Umanas, Stephanas ir Boerneris sutaria, kad tokios idėjos, kaip Aiello yra ilgos nepatikrinamų hipotezių istorijos, kai kamuolinių žaibų paslaptį bandoma paaiškinti be patikimų įrodymų, pasitelkiant kokią nors naują ir egzotišką fiziką, dalis. Bet šypsodamasis Stephanas gūžteli pečiais ir pripažįsta: „negaliu to atmesti.“

• O jums ar teko matyti kamuolinį žaibą? Kai kurie šiame pasakojime paminėti tyrėjai renka tokių atvejų liudijimus. Apie savo atvejį galite pranešti šiuo adresu – bit.ly/2GDCbgD