这幅法国插画展示了球状闪电通过窗户进入房间的现象，这种现象在历史上曾多次被记录下来。© Alamy Stock Photo

利维坦按：

文中提及的“圣艾尔摩之火”，又称巫火，在中国古时称作马祖火，是一种自古以来就常在航海时被海员观察到的自然现象，经常发生于雷雨中，在如船只桅杆顶端之类的尖状物上，产生如火焰般的蓝白色闪光。圣艾尔摩之火也会出现在牛羊等牲畜的角尖，或任何尖锐物体上。圣艾尔摩之火是一种电晕放电现象，由于周遭环境非常大的电势差（这在大雷雨中很常见），超越了空气的击穿电压（约每米300万伏），使得空气成为了导体（等离子体），并在导电的过程中放出强光。

1195年6月7日，一位来自坎特伯雷、名叫格维斯（Gervase）的英国本笃会修士，目睹了一场雷暴降临伦敦城。这显然超出了这位修士的想象：

“6月7日，大约下午六点左右，伦敦上空出现了浓密黑暗的云团，云团不断扩大，而四周却阳光明媚。在这云团中间，有一个像磨坊的开口，我不知道从哪里冒出了一股白色的物质。那股物质形成了一个球形，悬浮在泰晤士河和诺维奇主教住所之间。随后，一个火球落入河中；它旋转着，一次又一次地降落到主教家的墙下。”

大约400年后，1638年10月21日，另一场大风暴降临德文郡的荒原小镇怀德康比（Widecombe）。当时，许多镇上的居民正在参加教堂礼拜，突然发生了以下异常场景：

“……一声令人恐惧的巨响传来，雷声轰鸣，还有可怕的奇怪闪电……火焰般的闪电瞬间照亮了整个教堂，教堂里充满了浓烟和类似硫磺的气味。他们一开始看到一个巨大的火球从窗户进来，穿过教堂，这把全体会众吓坏了，他们中的大多数人都跌倒在座位上……”

后世佚名艺术家创作的木刻版画，再现了怀德康比教堂里的火球事件。© wikipedia

据目击者称，“巨大的火球”在教堂内乱窜，摧毁了石头和木梁，并点燃了信众的衣服。火球一度裂成两半，一半砸碎了一扇窗户，另一半消失在教堂内某处。这导致4人死亡，另有60人受伤，火球只留下了挥之不去的浓烟和刺鼻的硫磺味。

这是关于球状闪电最早的两次记录。球状闪电是最诡异、最罕见的自然现象之一。它通常被描述为一个漂浮的光球或火球，自行四处移动，随后突然消失。

鸟山石燕（Toriyama Sekien）《今昔画图续百鬼》中的人魂。© wikipedia

虽然关于球状闪电的首次书面记录仅可追溯到公元12世纪，但人类很可能自文明诞生之初就遇到了这种现象。例如，日本民间传说中提到了“人魂”（Hitodama），这是一种发光的球状物，人们相信这是逝者的灵魂，它们在夜间跟着人们。

赫尔曼·亨德里克（Hermann Hendrich）《鬼火与蛇》。© wikipedia

类似的还包括澳大利亚内陆的“明冥火灵”（Min Min Lights）和欧洲民间传说中的“鬼火”——一种在沼泽和湿地上闪烁的淡蓝绿色光。不过，后两种现象是不同的，明冥火灵可能是由汽车前灯和其他光源被冷空气层折射引起的；鬼火则是由沼泽气体如磷化氢、二磷烷和甲烷与空气接触后自燃引起的。

鬼火看起来可能是这样的。© Sean B. Palmer

除了罕见之外，球状闪电难以确定的另一个因素是，它在不同目击事件中表现出各种各样的特征。虽然球状闪电通常与雷暴有关，但在晴天也能看到，而且——有趣的是——在地震期间也经常看到。目击者描述说，这些球体的直径在几厘米到几米之间，颜色从淡蓝到黄色、橙色、红色甚至粉红色，形状从球形到长方形、盘状或棒状，还有多叶形。

在许多情况下，这些球体完全无声无息地消失，而有时候，它们会发出很大的嗡嗡声或噼里啪啦的声音，然后伴随着剧烈的轰隆声消失。虽然球状闪电通常发生在陆地上，但在海上也曾遇到过，正如英国船员约翰·豪威尔（John Howell）在1726年12月所描述的那样：

“当我们在8月29日穿过佛罗里达湾时，一个巨大的火球从天而降，把我们的桅杆劈成了碎片，简直令人难以置信；还劈断了我们的主梁，以及水下的三块船板和甲板上的三块木板。一个人当场死亡，另一个人的手被炸飞，如果不是因为暴雨，我们的船帆早就被烧成一团火焰了。”

二十多年后，1749年，皇家海军战列舰“蒙塔古号”（HMS Montague）上的格雷戈里博士（Dr. Gregory）报告了以下事件：

“1749年11月4日，海军上将钱伯斯在蒙塔古号上，正午前不久，他观察到距离他们大约三英里处有一个巨大的蓝色火球。他们立刻降低了顶帆，但火球来的速度太快，他们还没来得及升起主帆，火球几乎垂直升起，并在离主锚链条大约四五十码的位置爆炸了，爆炸的声音仿佛上百门大炮同时发射，留下了强烈的硫磺味。爆炸将主桅杆炸成了碎片。五个人被击倒，其中一人伤势严重。在爆炸前，火球看起来像是个大磨盘一样大。”

近年来，球状闪电甚至在飞机上被目击到，著名的英国射电天文学家罗杰·克里夫顿·杰尼逊（R.C. Jennison）在1963年3月19日报告了以下目击事件：

“我坐在一架全金属客机（东方航空EA539航班，这里指美国东方航空，成立于1926年，至1991年倒闭，其一直是美国国内主要的航空公司。编者注）客舱前部附近，这是一架从纽约飞往华盛顿的深夜航班。飞机遭遇雷暴，突然被明亮的放电所笼罩。几秒钟后，一个直径略大于20厘米的发光球体从驾驶舱中出现，沿着飞机过道飞过，距离我约50厘米，在整个可观察到的距离内保持相同的高度和方向。”

其他一些著名人物也偶然遇到过球状闪电，包括英国神秘学家阿莱斯特·克劳利（Aleister Crowley）和俄国沙皇尼古拉二世，尼古拉二世小时候在彼得霍夫拜访祖父亚历山大二世时目睹了这一现象：

“我和祖父在小教堂礼拜期间，雷雨交加，一道道闪电接连闪过，雷声仿佛撼动了整个世界。突然间，天色昏暗，从敞开的门吹进来一阵风，吹灭了圣像前的蜡烛，雷声隆隆，比之前更响，我突然看到一个火球从窗户飞过来，直冲圣像的头顶。那球（闪电）在地上旋转了一圈，然后越过吊灯，飞出门外，进入公园。我的心都凉了，我看了一眼祖父——他的脸上异常平静。我觉得像我这样害怕是不合时宜的。人们只需看看正在发生的事情，并相信上帝的仁慈，就像我祖父那样。当闪电球穿过整个教堂，突然从门里飞出去时，我再次看着我的祖父。他脸上露出一丝淡淡的微笑，向我点了点头。我的恐慌消失了，从那时起，我不再害怕暴风雨了。”

这些不同的记录清楚地展示了球状闪电另一种令人困惑的特性。有时，这些光球似乎对周围环境毫无影响，可以轻松穿过墙壁和其他固体而不留痕迹，有时它们却极具破坏性，打碎窗户、引发火灾，甚至造成人员伤亡。更奇怪的是，它似乎对导电物体的影响远大于非导电物体：在许多关于球状闪电的报告中，金属物体如电表和金属管经常被猛烈地从房屋上扯下并被抛到街上。

球状闪电通过壁炉进入房间，摘自G·哈特韦格（G. Hartwig）《空中世界》（The Aerial World），1886年。© Weather & Radar

不过，在众多报道中大致一致的细节是，这些光球通常会留下类似硫磺的气味。

尽管球状闪电研究起来非常困难，但实际上它并不像人们普遍认为的那样罕见。在1960年发表于《美国物理学会等离子体物理分会论文集》（Division of Plasma Physics of the American Physical Society）的一项研究中，J·R·麦克纳利（JR McNally）分析了大约10000份目击者报告，并得出结论，世界上多达5%的人口在一生中的某个时刻见过球状闪电。这表明，这种现象实际上相当普遍，不过，地球非常大，并不总是有人——更不用说训练有素、装备精良的科学家——可以亲眼目睹它。

有些研究人员非常幸运。例如，1965年，苏联大气化学家米哈伊尔·德米特里耶夫（Mikhail Dmitriev）在俄罗斯西北部阿尔汉格尔斯克附近进行探险时，一道闪电击中了他营地附近的地面。闪电中冒出一个直径约16厘米的火球，它在离地面不远的地方盘旋了一会儿，然后飞过营地，一路噼里啪啦地响。随后它飞进附近的树林消失不见，留下一缕深蓝色烟雾和一股刺鼻的气味。德米特里耶夫迅速使用一组真空气袋对烟雾进行采样。后来发现，这些样本中的臭氧和二氧化氮含量比正常值高出50到100倍。这些气体通常由高压放电产生。

2022年10月，空客机长路易斯·安德烈斯（Luis Andress）在迈阿密飞往丹佛的航班上拍下了令人惊叹的“圣艾尔摩之火”。© Luis Andress/SWNS

事实上，球状闪电常常与另一种更常见的“圣艾尔摩之火”（St. Elmo’s Fire）相混淆。“圣艾尔摩之火”是一种蓝色的电晕放电，经常出现在船的桅杆或飞机机翼上。不过，它们几乎肯定是不同的现象，因为圣艾尔摩之火需要一个尖锐的点或边缘来克服周围空气的击穿电位，而球状闪电则完全是分离和稳定的。

手拿火球的特斯拉，沃里克·戈布尔（Warwick Goble）绘，1899年。© wikimedia

由于在自然环境中观察球状闪电极其困难，大多数研究都集中尝试在实验室中复制这一现象。首先成功的人之一是大家最喜爱的塞尔维亚“疯狂”科学家尼古拉·特斯拉（Nikola Tesla），他在1904年3月5日的《电气世界与工程师》（Electrical World and Engineer）杂志上宣称：

“我从未见过火球，但为了弥补这种遗憾，我后来成功地确定了其形成模式并人工制造了它们。”

当时的报纸报道还称，为了取悦客户，特斯拉经常制作直径几厘米的闪电球。不过，对特斯拉来说，这种现象只是他研究无线能量传输的意外副产品，他对此话题的论述很少。我们不得不指出，当时媒体关于特斯拉的报道大部分都被高度夸张了，因此这些说法应该谨慎对待。尽管如此，特斯拉的诱人实验仍然为后世的球状闪电研究者们提供了灵感。

下一个认真研究球状闪电的重要人物是英国物理学家詹姆斯·L·塔克（James L. Tuck）。

作为爆炸物专家，塔克是二战期间曼哈顿计划中英国代表团的一员。战后，塔克留在洛斯阿拉莫斯国家实验室，深入参与早期的核聚变研究。在此期间，塔克听许多二战潜艇人员说，当他们关闭连接潜艇电池与电动机的开关时，无意间产生了球状闪电。这些火球在甲板上方盘旋了好一会儿，有时还会烧伤他们的腿。这些故事引起了塔克的兴趣，他认为解决球状闪电的神秘面纱可能有助于破解另一个更重要的科学难题。

詹姆斯·塔克的或然器。© science photo

当时，大多数核聚变研究都基于“压缩”原理——利用磁场来限制和压缩等离子体，诱发原子聚变并释放能量。不像后来像甜甜圈形的托卡马克（Tokamak）反应堆那样，早期的实验没有试图长时间约束等离子体，而是尽快引发核聚变，并在等离子体消散之前收集能量。不幸的是，所有最早的实验性核聚变反应（如莱曼·斯皮策[Lyman Spitzer]的仿星器[Stellarator]，以及詹姆斯·塔克的或然器[Perhapsatron]）都因等离子体内部的不稳定性而以一次次失败告终。

莱曼·斯皮策的仿星器。© Princeton Plasma Physics Laboratory

当时，人们普遍认为球状闪电也是一种等离子体——一种由高温电离气体组成的超高温物质。但与仿星器和或然器不同，球状闪电中的等离子体不知何故能够连续几分钟保持完全封闭和稳定。塔克认为，找出其中的原因可能就是解决核聚变问题的关键。幸运的是，他很快就在洛斯阿拉莫斯的储藏室里发现了一套完整的潜艇电气系统。

塔克说服了一群同事，在一个废弃的测试掩体中安装了这套设备，接下来的两年半里，他们对电池进行了数千次充电和放电，并将结果记录在胶片上。大多数实验只产生了一阵普通的火花，但在复查某次测试的胶片时，塔克在其中四帧中发现了一个发光的白色球体，直径约4厘米，快速地沿着地面上方移动。不幸的是，实验掩体随后被拆除，塔克无法继续他的实验。他于1973年从洛斯阿拉莫斯退休，1980年去世，享年70岁。

塔克与众多人分享了他的球状闪电照片，其中一位是来自马萨诸塞州布罗克顿（Brockton）的独立实验者罗伯特·K·戈尔卡（Robert K. Golka）。作为尼古拉·特斯拉的追随者，戈尔卡一心想实现特斯拉的梦想，即通过无线方式向世界各地传输电力，并将核聚变能发展为未来清洁、无限的能源。

戈尔卡和他的特斯拉线圈。© rdmenzies

1974年，戈尔卡搬到犹他州温德沃（Wendover），在温德沃空军基地附近一个60万平方英尺的废弃机库里安顿下来。在这里，他用军队剩余零件和当地垃圾场的废料组装了世界上最大的特斯拉线圈。在接下来的几年里，他多次启动这个巨大的线圈，产生了长达数米的2000万伏闪电。但只有在极少数情况下，这种令人印象深刻的灯光秀才能产生类似球状闪电的东西。

1980年，戈尔卡的实验戛然而止。美国空军曾以象征性每年1美元的价格将机库租给他，后来将机库转让给温德沃镇，温德沃镇随即将租金提高了2400%。这引发了戈尔卡和温德沃镇之间漫长而激烈的法律纠纷，温德沃镇的居民和政府认为戈尔卡不过是个不劳而获的疯子。

最后，戈尔卡离开了温德沃，回到了马萨诸塞州，他决定复制詹姆斯·塔克的潜艇电池实验。但那个时候，二战潜艇电池已经相当难以获得了。于是，戈尔卡联系了波士顿和缅因铁路公司的总裁，成功说服他提供两台机车、几节货车车厢和一英里半的铁轨。戈尔卡在1985年3月的《无线电电子》杂志中写道：

为了进行实验，我将一个潜艇断路器接入了机车下方1600马力柴油发电机和2000马力电机之间的高压电路中。通过打开断路器（使用长扫帚柄），就能够产生球状闪电。

打开断路器的效果非常惊人。机车驾驶室的温度会立即从60°F升至110°F。您可以想象，人们迫切地想离开车厢呼吸新鲜空气。当然，我不能这样做，因为火车仍在行驶（时速约20英里），而结果可能是火车冲出轨道并摧毁实验装置……这可能是有史以来在行驶的火车上进行的第一次等离子体物理实验！

真是一个疯狂的家伙。

基于这些实验，戈尔卡对球状闪电背后的物理现象得出了一些有趣的结论：

“在无数次重复实验后，我终于确信火球效应是由于湍流的消除。事实上，我发现当我关闭驾驶室的门窗时，最有可能出现这种效果……我现在认为这更像是一个粒子旋转流，而不是高压静电效应；也就是说，更像一个巨大的等离子体旋涡甜甜圈，中间有一个小洞，而不是一个静电球体。现在，航空工程领域中有许多现象，尤其是流体动力学方面，还没有被完全理解。其中一个就是旋涡的物理特性。人们可以在烟环内吹出另一个烟环，且内环可以来回移动。你还可以吹出静止不动的烟环。在液体中，环可以形成球体和其他形状。”

戈尔卡继续对球状闪电、无线能量传输、聚变和其他项目进行实验——尽其所能地凑齐资金和设备——直到2018年去世，享年80岁。这里需要注意的是，作为一名无隶属的独立研究人员和“边缘科学”社区的成员，戈尔卡的方法和结论应该受到一定的怀疑。