Въведение
Известно явление, че линията на мълния между гръмотевичен пламък и земята, се смята, че има чисто електрически характер. Смята се, че механизмът за образуване на такава светкавица по принцип е същият като механизма за образуване на дълга искра, а именно: лавинообразно разпадане на въздуха при разрушаване на силата на електрическото поле.
Въпреки това, покълването на мълния е коренно различно от дългото искриране. Първо, каналът за провеждане на удар от мълния се формира при условия, когато силата на електрическото поле е много по-малка от необходимата за разрушаване на лавината. Второ, този канал не се формира наведнъж за цялата дължина между облака и земята, а чрез последователни натрупвания - със значителни паузи между тях. В рамките на традиционните подходи и двете обстоятелства все още не са намерили разумни обяснения, поради което дори как е възможна светкавицата по принцип остава загадка.
В тази статия ще се опитаме да запълним тези пропуски. Ще се опитаме да покажем, че гравитацията играе важна роля за осигуряване на възможността за електрически разряд между гръмотевичен пламък и земята. Ролята на гравитацията е тук, разбира се, не в гравитационния ефект върху свободно заредените частици, а във влиянието върху работата на програмите, които контролират поведението на тези частици, т.е. програми, осигуряващи електромагнитни явления. Това влияние на гравитацията се усеща, когато вертикалният мащаб на електрическото явление е доста грандиозен, а мълниите от облак към земя са точно такова явление. Свободно заредените частици между гръмотевична обвивка и земята се контролират съгласно стандартен алгоритъм: частици със заряд със същото име с излишък от заряд в долната част на облака са електрически „отблъснати“от него и частици със заряд, противоположен на този заряд, т.е.„Привлечени“към него. Но гравитацията кара този стандартен алгоритъм да работи по напълно парадоксален начин. Наличието на гравитация води до факта, че за частици, разделени с достатъчно голяма разлика във височината, едно и също име или различие на зарядите не е свойство, което е постоянно във времето. Честотата, с която знакът на заряда на тази частица се променя циклично по отношение на знака на излишния заряд, зависи от разликата във височината между излишния заряд в облака и свободно заредената частица. Съответно всяка такава частица изпитва променливи силови влияния - „до облака - от облака“. Това улеснява образуването на проводим канал за удар на мълния, тъй като видът на електрическото разпадане на въздуха не е лавинен, а високочестотен (ВЧ). Постепенното изграждане на проводимия канал (движението на водача на стъпките) също намира естествено обяснение.
Безсилието на традиционните подходи
Досега няма разумно обяснение как се появяват мълнии при съществуващите силни напрежения на електрическото поле.
Френкел, като илюстрира оскъдната недостатъчност на силата на електрическото поле за лавинообразно разпадане на въздуха между гръмотевичен пламък и земята, изложи хипотеза, че върхът на нарастващия пробив е усилвател на силата - поради силната нехомогенност на полето в близост до върха. Въпреки външната правдоподобност на този модел, той според нас има сериозен недостатък. Накрайникът усилва силата на полето, когато на този връх има излишен заряд. Но, както ще видим по-долу, каналът с йонизиран въздух се формира при условия, когато зарядите от облака все още не са успели да се придвижат до края на този канал и все още няма излишен заряд в този край. Как расте този канал, ако усилването на полето все още не работи? И откъде идва първата секция на проводимия канал,първата точка? Ето какво пишат съвременните автори за силата на електрическото поле при гръмотевична буря: „Ясно е, че в точката на стартиране на мълнията електрическото поле трябва да е достатъчно за увеличаване на електронната плътност в резултат на йонизацията на удара. Във въздух с нормална плътност това изисква Еаз"30 kV / cm; на надморска височина от 3 km (това е средната височина на началото на мълнията в Европа) - приблизително 20 kV / cm. Такова силно електрическо поле никога не е било измервано в гръмотевична буря. Най-високите цифри са регистрирани по време на ракетно звучене на облаци (10 kV / cm) … и при летене през облак на специално оборудван лабораторен самолет (12 kV / cm). В непосредствена близост до облак при гръмотевична буря, когато летите около него в самолет, се предвижда да бъде приблизително 3,5 kV / cm … Цифри от 1,4 до 8 kV / cm са получени при редица измервания, подобни по методология. " Ако тези числа не са твърде високи, те все още далеч не надвишават стойността, необходима за срив на лавина - дори и там, където започва мълния. „Дори и при мегаволтови напрежения на лабораторни генератори, стримерите растат само до няколко метра във въздуха. Напрежения в десетки мегаволта,провокиращите удари на мълнии са в състояние да увеличат дължината на стримери, в най-добрия случай до десетки метра, но не и до километри, над които обикновено нарастват мълниите “, пишат авторите. Те предлагат невероятен изход от безизходицата: "Единственото, което може да бъде предотвратено … гниенето на въздушна плазма в слабо електрическо поле е да се повиши температурата на газа в канала … до 5000-6000K" - и тогава те дават фантастични данни за това как температурата на повърхността на Слънцето може да ще бъде постигната и поддържана във формиращия проводим канал - до основния токов удар. В този случай авторите заобикалят въпроса как въздухът ще свети при толкова висока температура - в края на краищата не се наблюдава интензивно сияние при образуващия се проводим канал.върху която обикновено расте мълния”- пишат авторите. Те предлагат невероятен изход от безизходицата: "Единственото нещо, което може да бъде предотвратено … разпадането на въздушна плазма в слабо електрическо поле е да се повиши температурата на газа в канала … до 5000-6000K" - и след това да се дадат фантастични данни за това как температурата на повърхността на Слънцето може да бъде ще бъде постигната и поддържана във формиращия проводим канал - до основния токов удар. В този случай авторите заобикалят въпроса как въздухът ще свети при толкова висока температура - в края на краищата не се наблюдава интензивно сияние при образуващия се проводим канал.върху която обикновено расте мълния”- пишат авторите. Те предлагат невероятен изход от безизходицата: "Единственото нещо, което може да бъде предотвратено … разпадането на въздушна плазма в слабо електрическо поле е да се повиши температурата на газа в канала … до 5000-6000K" - и след това да се дадат фантастични данни за това как температурата на повърхността на Слънцето може да бъде ще бъде постигната и поддържана във формиращия проводим канал - до основния токов удар. В този случай авторите заобикалят въпроса как въздухът ще свети при толкова висока температура - в края на краищата не се наблюдава интензивно сияние при образуващия се проводим канал.това е да се повиши температурата на газа в канала … до 5000-6000K "- и тогава се дават фантастични оформления по темата как може да се достигне и поддържа температурата на повърхността на Слънцето във формиращия проводим канал - до главния токов удар. В този случай авторите заобикалят въпроса как въздухът ще свети при толкова висока температура - в края на краищата не се наблюдава интензивно сияние при образуващия се проводим канал.тя е да се повиши температурата на газа в канала … до 5000-6000K "- и тогава се дават фантастични оформления по темата как може да се достигне и поддържа температурата на повърхността на Слънцето във формиращия проводим канал - до основния токов удар. В този случай авторите заобикалят въпроса как въздухът ще свети при толкова висока температура - в края на краищата не се наблюдава интензивно сияние при образуващия се проводим канал.
Промоционално видео:
Добавяме, че по-рано имаше опити да се предложи механизъм, който би изиграл спомагателна роля при формирането на канала на проводимост и улесни разбиването на лавината. И така, Тверской дава връзка с Капцов, който излага теорията на Лоб и Мик. Според тази теория в главата на нарастващия канал на проводимост има възбудени йони - с енергии на възбуждане, надвишаващи йонизационните енергии на атомите. Тези йони излъчват фотони с къса вълна, които йонизират атомите - което допринася за образуването на проводимия канал. Без да отричаме съществуването на този механизъм, отбелязваме, че тук отново кинетичната енергия на електроните се изразходва за възбуждането на йони - което в противен случай би преминало директно към йонизацията на атомите. Индиректната йонизация чрез възбуждането на йони и излъчването на фотони с къси вълни е по-малко ефективна от директната йонизация чрез електронен удар. Следователно тази индиректна йонизация не улеснява разрушаването на лавината, а напротив, усложнява го, като дава загуби на енергия по време на образуването на лавина - особено ако вземем предвид, че йонизиращите фотони, без заряд, трябва да се разпръснат във всички посоки и каналът на проводимост нараства в предпочитана посока. И накрая, факт е: „излъчените йони“не помагат на дългите стримери да се образуват при лабораторни условия.
Но не само растежът на проводимия канал е загадка при съществуващите силни напрежения на електрическото поле - прекъсването на този растеж със значителни паузи между последователните натрупвания остава не по-малко загадка. Schonland пише: „Продължителността на паузата между последователни стъпки за стъпаловиден лидер варира изненадващо малко … В 90% от многото проучени лидери той пада в диапазона между 50 и 90 м сек. Следователно е трудно да се приеме обяснение на паузата, която не включва основен механизъм за изхвърляне на газ. По този начин паузата трудно може да бъде свързана с някакво свойство на заряда в облака, което захранва лидера, тъй като това трябва да даде широк спектър от паузи от светкавица до светкавица. По същата причина всяка интерпретация трябва да бъде изхвърлена.въз основа на трептения в канала между облака и върха на лидера или на импулси, движещи се по този канал. От такива обяснения се увеличава продължителността на паузата с увеличаване на дължината на канала, но такова увеличение не се наблюдава”(нашият превод). Но все още не е предложено разумно обяснение на паузите, основано на "механизма за изхвърляне на газ от фундаментален характер". Човек пише: „За да заблудят напълно читателя, в литературата за„ теорията “на мълнията, лабораторните данни, много от които са противоречиви, често се екстраполират, за да„ обяснят “явленията на мълнията. Общото плачевно състояние е илюстрирано от различни теории на стъпческия водач … В повечето литературни източници за светкавицата на думатаОт такива обяснения се увеличава продължителността на паузата с увеличаване на дължината на канала, но такова увеличение не се наблюдава”(нашият превод). Но все още не е предложено разумно обяснение на паузите, основано на "механизма за изхвърляне на газ от фундаментален характер". Човек пише: „За да заблудят напълно читателя, в литературата за„ теорията “на мълнията, лабораторните данни, много от които са противоречиви, често се екстраполират, за да„ обяснят “явленията на мълнията. Общото плачевно състояние е илюстрирано от различни теории на стъпческия водач … В повечето литературни източници за светкавицата на думатаОт такива обяснения се увеличава продължителността на паузата с увеличаване на дължината на канала, но такова увеличение не се наблюдава”(нашият превод). Но все още не е предложено разумно обяснение на паузите, основано на "механизма за изхвърляне на газ от фундаментален характер". Човек пише: „За да заблудят напълно читателя, в литературата за„ теорията “на мълнията, лабораторните данни, много от които са противоречиви, често се екстраполират, за да„ обяснят “явленията на мълнията. Общото плачевно състояние е илюстрирано от различни теории на стъпческия водач … В повечето литературни източници за светкавицата на думата„За да заблудят напълно читателя, в литературната„ теория “на литературата лабораторните данни, много от които са противоречиви, често се екстраполират, за да„ обяснят “светкавичните явления. Общото плачевно състояние е илюстрирано от различни теории на стъпческия водач … В повечето литературни източници за светкавицата на думата„За да заблудят напълно читателя, в литературната„ теория “на литературата лабораторните данни, много от които са противоречиви, често се екстраполират, за да„ обяснят “светкавичните явления. Общото плачевно състояние е илюстрирано от различни теории на стъпческия водач … В повечето литературни източници за светкавицата на думата пилот-лидер и стример заместват обясненията на физическия смисъл на явленията. Но да назовеш не означава да обясняваш. " И накрая, ето още един цитат: „Многобройните хипотези относно механизма за стъпков лидер са толкова несъвършени, неубедителни и често просто смешни, че дори няма да ги обсъждаме тук. Днес ние не сме готови да предложим собствен механизъм”.
Накратко, това са съвременните възгледи на науката за физиката на мълнията. Нека сега представим алтернативен подход.
Как гравитацията пречи на електромагнитните явления
Динамиката на свободните заряди е добре проучена за случаите, когато участващите заредени частици са приблизително в същия гравитационен потенциал. Но ако участващите частици са достатъчно широко разпръснати по височината, тогава естеството на динамиката на безплатните заряди се оказва коренно различно.
Според концепцията за "дигиталния" физически свят елементарният електрически заряд не е енергийна характеристика, а е само марка за частица, идентификатор за програми, които осигуряват електромагнитни явления. Етикетът за зареждане на частица се реализира физически доста просто. Той представлява квантови пулсации с електронна честота f e, чиято стойност се определя по формулата на Броли hf e = m e c 2, където h е константата на Планк, m eе масата на електрон, c е скоростта на светлината. Положителният или отрицателният знак на елементарен заряд се определя от фазата на квантовите пулсации с честота на електроните: пулсациите, които идентифицират зарядите от един знак, са във фаза, но те са антифазни към пулсации, които идентифицират заряди от различен знак.
Ясно е, че само пулсации, които имат еднаква честота, могат постоянно да бъдат точно във фаза или антифаза. Ако честотите на двете пулсации се различават, тогава тяхната фазова разлика се променя с времето, така че състоянията на тяхната фаза и антифаза се редуват последователно с разликата на честотата.
Нека сега си припомним, че гравитацията според нашия модел е организирана по такъв начин, че масите от елементарни частици и съответните честоти на квантовите пулсации зависят от гравитационния потенциал - нараствайки, докато се издигат по протежение на локалната вертикала. Така че за близо земното пространство отношението е валидно.
където R е разстоянието до центъра на Земята, е ¥ е честотата на квантовата пулсации "в безкрайността", G е гравитационната константа, М е масата на Земята, с е скоростта на светлината.
Сравнявайки критерия за идентифициране на еднотипно различие на заряди и зависимостта на електронната честота от гравитационния потенциал, получаваме парадоксални последици. Електронните честоти на частици в един и същ гравитационен потенциал са еднакви, следователно, противоположните заряди, разположени на една и съща височина, трябва да бъдат непрекъснато различни, а едноименните трябва да са с едно и също име. Но трябва да има различна ситуация за две частици, разделени от височината DH. Относителната разлика между техните електронни честоти, както следва от (1), е
където g е локалното ускорение на гравитацията, f e = 1,24 × 10 20 Hz е локалната стойност на електронната честота. За тези две частици състоянията на фаза и антифаза на електронните пулсации се повтарят циклично и периодът на повторение е 1 / D f e. Това означава, че за програми, които контролират заредени частици, зарядите на нашите две частици, един спрямо друг, трябва последователно да се окажат с едно и също име, а след това за разлика.
Такъв подход на пръв поглед противоречи на концепцията за абсолютния знак на елементарния заряд, присъща на определена частица. Но това противоречие е очевидно. Следователно един електрон на всяка височина се държи като собственик на елементарен отрицателен заряд, тъй като за всеки гравитационен потенциал, освен стойността на електронната честота, се програмират и две текущи противоположни фази на пулсации с тази честота, които задават два знака на електрическия заряд - и текущата фаза на пулсации за електрона винаги съответства на отрицателен заряд. В този смисъл отрицателният знак на електронния заряд е абсолютен. Превключваемостта на знаците за зареждане е с относително естество; тя се проявява в двойки свободно заредени частици, които са достатъчно разположени във височината.
Преди да обясним какво означава „достатъчно разстояние по височина“, нека отбележим, че при условия на вертикален градиент на електронната честота, дори при пренебрежима разлика във височината, разделяща два електрона, техните електронни честоти се различават и фазовата разлика на техните електронни пулсации се променя с времето. Ако за двойка такива електрони едно и също име-различие на заряди по отношение един на друг би се случило само в моментите на точна фазова антифаза на техните електронни пулсации, тогава тяхното взаимно „отблъскване-привличане“би било осигурено само в тези отделни моменти от време. И така, с разлика във височината от 1 см, два електрона биха се „почувствали“един друг за кратко време с периодичност, според (2), около 7 ms. И това не се наблюдава в опита: те се "чувстват" един друг постоянно.
От това заключаваме: предприети са специални мерки, за да се гарантира, че заредените частици, които са с различен гравитационен потенциал и имат различни електронни честоти, непрекъснато показват своите заряди един спрямо друг. Логично е да се приеме, че едноименното различие на зарядите се определя не за точна фазова антифаза на електронните пулсации, а за по-широки фазови коридори. А именно, зарядите се считат за едноименни, ако разликата на фазите за съответните квантови пулсации при честотата на електроните пада в интервала 0 ± (p / 2) - и за разлика от това, ако тази фазова разлика пада в интервала p ± (p / 2). В резултат на такова определение на едноименното различие на зарядите, практически всички заредени частици, разположени на различни височини, ще бъдат постоянно обхванати от програмния контрол,отговорен за електромагнитните явления.
Но, както ни се струва, работата на тези програми е радикално опростена, като елиминира необходимостта от разработване на взаимни промени в знаците на таксите, разделени от малки разлики във височината. За това чрез софтуерно манипулиране на фазите на квантовите пулсации на електронни честоти се организират съседни хоризонтални слоеве - с дебелина приблизително няколко десетки метра, в които тези пулсации, въпреки малко разпространение на честотата, се появяват квази-във фаза. Във всеки от тези слоеве, които ще наречем квазифазови слоеве, текущата фаза на пулсации във височината на центъра на слоя е референтната, а пулсациите, възникващи над и под центъра на този слой, се импулсират във фаза, така че да останат в 0 ± (p / 2) с пулсации в центъра на слоя - както е показано схематично на фиг. Подобни фазови манипулации не нарушават честотния градиент, който осигурява гравитацията, но задават постоянна равномерност на зарядите за всички свободни електрони, разположени в рамките на един квазифазен слой. В същото време циклични промени на едноименното различие на зарядите в свободните електрони настъпват само за тези от тях, които са в различни слоеве квази-във фаза - с честота, равна на разликата на електронните честоти във височините на средата на тези слоеве.равна разлика на електронните честоти във височините на средата на тези слоеве.равна разлика на електронните честоти във височините на средата на тези слоеве.
Фигура: 1
Ако нашият модел е правилен, тогава излишъкът от пространствен заряд в атмосферата, разположен в един слой от квази-инфаза, трябва да доведе до циклични ефекти на сила "нагоре и надолу" върху свободно заредената частица под него. Ако площта на излишния заряд обхваща няколко слоя квази-във фаза, тогава зарядите на всеки слой трябва да доведат до ефект със собствена честота - и честотният спектър на общия ефект трябва да бъде съответно по-широк. Тогава статичните космически заряди в атмосферата - от самия факт на тяхното присъствие - трябва да генерират широколентов шум в електронното оборудване и особено ефективно в радиоприемното оборудване. И така, когато горната граница на областта на презареждане е на 3 km над радиоприемника, горната честота на лентата на шума, която може да се генерира в приемника, етрябва да е около 40 MHz. Има ли такива шумове на практика?
Появяват се шумове
Известно е, че радиоприемът на средни и особено на дълги вълни се намесва в допълнение към т.нар. свистяща атмосфера и други характерни смущения, които акустично се проявяват като шум (шумолене) и пропукване. Тези смущения рязко се увеличават с приближаването на местна гръмотевична буря и отслабват, докато тя отстъпва, но е ясно, че не са причинени от локални светкавични заряди. В действителност, имайки импулсен характер, отделните зауствания дават съответно отделни краткотрайни смущения - докато въпросният шум се характеризира с непрекъснатост във времето. Гениално обяснение, което беше включено в почти всички учебници, декларира, че този шум е резултат от изхвърляне на мълнии, възникващи по цялото земно кълбо наведнъж - в крайна сметка, според някои оценки, около 100 светкавици удрят повърхността на Земята всяка секунда. Но нелепо остава въпросът защо намесата поради светкавици, отдалечени на огромни разстояния, рязко се увеличава, когато се приближи местна гръмотевична буря.
Богатият опит на радиолюбителите може да бъде допълнен от тъжния опит на авиаторите. Инструкции и заповеди регулират действията на екипажа, когато въздухоплавателното средство навлиза в зоната на повишена електрификация на атмосферата - поради опасност от повреда на въздухоплавателното средство при изхвърляне на статично електричество. Терминът „щети на въздухоплавателни средства от електрически заряди извън зоните на гръмотевична дейност“е типичен тук. В действителност в значителен процент от случаите, особено в студения сезон, зоните на повишена атмосферна електрификация се образуват при липса на гръмотевични вълни и ако регионите за космически заряди нямат ясно изразени граници, те не пораждат изблици на екраните на въздушни и наземни радари. Тогава ударът на самолета в зоната на повишена електрификация на атмосферата не се прогнозира, а се определя от пилотите в действителност, най-важният признак за което е появата на силна радиосмущение, т.е.които отново се появяват като шум и пропукване в слушалките на пилотите. Причината за този шум и напукване е силната електрификация на самолета, т.е. излишен заряд върху него. Може да се предположи, че изхвърлянето на статично електричество от въздухоплавателното средство (корона) генерира шум и пропукване в използваната радиочестотна лента. Но не забравяйте, че напълно подобни шумове и пукания - при напълно сходни условия на повишена електрификация на атмосферата - също се получават от наземни радиоприемници, за които не е подходящо да се говори за силна електрификация.че напълно аналогични шумове и пропукване - при напълно аналогични условия на повишена електрификация на атмосферата - се дават и от наземни радиоприемници, за които не е подходящо да се говори за силна електрификация.че напълно аналогични шумове и пропукване - при напълно аналогични условия на повишена електрификация на атмосферата - се дават и от наземни радиоприемници, за които не е подходящо да се говори за силна електрификация.
Сравнявайки опита на радиолюбителите и авиаторите, стигаме до извода, че основната причина за горните шумове както в наземното, така и в бордовото оборудване всъщност е една и съща и че тази причина не е известна на науката, тъй като не е свързана нито с разряди на мълнии в цялото земно кълбо, нито с електрификацията на самолета. Ние свързваме тази причина с локални обемни заряди в атмосферата, самото присъствие на които е достатъчно за редуване на силовите ефекти върху свободно заредените частици, съгласно гореописания механизъм.
За тока на електроните по дълъг вертикален проводник
Ако горният модел е правилен за честотно-фазовото поведение на квантовите пулсации в свободните електрони, разпределени по височината, тогава традиционните концепции за потенциалната разлика - за електрически явления, включващи големи разлики във височината, губят своето значение. Например, оставете вертикален проводник да се простира през няколко слоя квазифазова фаза. Тогава няма смисъл да казваме, че към неговите краища се прилага някаква постоянна потенциална разлика. Всъщност за каква постоянна потенциална разлика можем да говорим, ако знаците на електронните заряди в горния и долния край на проводника се окажат с едно и също име, а за разлика от тях - с честота, да речем, 1 MHz? В този случай е правилно да се говори просто за концентрацията на излишно количество електрони в един от краищата на проводника - т.е. използвайте концептуалния апарат,върху която е изградена логиката на програмите, които елиминират посочената неоднородност в разпределението на заряда, придвижвайки излишните електрони по проводника.
Но дори когато се използва правилната терминология, се изисква обяснение: как например електрическите линии работят между точки с големи разлики в кота - т.е. подобно на ток от електрони (особено постоянен) тече през проводник, в съседните участъци на който зарядите на електрони не винаги са с едно и също име, но превключват между състояния със същото име и различие при радиочестота.
Нека разгледаме случая с такава дължина на вертикален проводник, при която ускорението на гравитацията g може да се счита за постоянно. Тогава, както може да се предположи, дебелините на участващите квази-инфазни слоеве са еднакви и следователно разликите df e между честотите на референтните пулсации в съседните слоеве са еднакви. При равни p ширини на фазовите коридори, които дават идентификация на същото име или различие на зарядите (виж по-горе), две състояния в проводника ще се заменят взаимно с периодичност 1 / df e. А именно, полупериодът ще продължи с едно и също име на електронните заряди във всички слоеве, а останалите полупериодични знаци на електронните заряди ще се редуват от слой на слой - докато всеки от слоевете може да бъде взет за еталон.
Интересуваме се от въпроса: ако, да речем, постоянен излишък от електрони се поддържа в горния край на нашия проводник, тогава какъв ще бъде характерът на получения ток на електрони в проводника? На интервали от време с идентичността на заряда от край до край е очевидно, че електроните ще се движат надолу по целия проводник. На времеви интервали с редуващи се слоеве по слой признаци на електронни заряди ситуацията ще бъде по-сложна. В слоеве, където зарядите на електрони ще бъдат с едно и също име с излишния заряд в горната част, електроните ще се движат надолу, а в слоевете, където ще бъдат противоположни, ще се движат нагоре. Обърнете внимание, че токът на "отрицателните" електрони надолу и токът на "положителните" електрони нагоре са еквивалентни. И всеки детектор ще открие в нашия проблем същия постоянен ток навсякъде в проводника - ако пренебрегнем кондензацията и разреждането на свободни електрони,които ще бъдат получени в кръстовищата на слоевете за всеки интервал от време със знаци за променлив заряд на слой по слой. И тези кондензации-разреждания наистина ще бъдат незначителни, тъй като скоростта на придвижване на електроните в проводниците, дори със силни токове, е само няколко сантиметра в секунда.
По този начин, разминаването в знаците на зарядите на електрони, за което говори нашия модел, на практика не влияе върху процеса на движение на излишните електрони по дълъг вертикален проводник. Но мълния пробива въздух, който при нормални условия не е проводник. За да стане възможен удар на мълния, във въздуха трябва да се образува проводим канал, т.е. канал с достатъчно висока степен на йонизация.
Как се създават условия за високочестотно разпадане на въздуха под гръмотевична буря
В долната част на гръмотевичния облак, от който започва образуването на проводим канал за удар на мълния, се концентрира излишък от заряд - като правило отрицателен. Вертикалната дължина на зоната на концентрация на този заряд може да бъде 2-3 км.
Изглежда, че тази мощна концентрация на заряд трябва да причини електрически дрейф на свободно заредени частици, присъстващи в малки количества в непроницаемия въздух между облака и земята. Действието на статичната сила върху свободните електрони би било по-ефективно, отколкото върху йони - в сравнение с които, електроните имат по-малка инертност и по-голяма подвижност. Но в литературата за атмосферното електричество не открихме никакво споменаване на дрейфа на атмосферните електрони под гръмотевичен плащ към земята - и този дрейф не може да остане незабелязан. И никой от авторите не зададе въпроса: защо няма такъв дрейф?
Нашият модел лесно обяснява този парадокс с факта, че мощната концентрация на заряда в атмосферата не води до ефект на статична сила върху свободно заредените частици отдолу, а до променлив знак - освен това в широка честотна лента, определена от вертикалната степен на концентрацията на заряда. При такова въздействие при полученото движение на атмосферни електрони няма компонент, съответстващ на постоянен ток - както в проводник с излишък от заряда в единия край - тези електрони изпитват само високочестотна „неравномерност“.
Но тази „неравномерност“на атмосферните електрони осигурява, по наше мнение, формирането на проводим канал за удар на мълния. Ако кинетичната енергия на свободните електрони в резултат на високочестотна експозиция е достатъчна за ударна йонизация на въздушните атоми, тогава се получава безелектрично високочестотно разрушаване. Добре известно е, че HF разбивка се случва при много по-ниски силови полета, отколкото лавинна разбивка, като всички останали са равни. Това обяснява тайната на образуването на проводим канал за удар на мълния при напрежения, които далеч не са достатъчни за срив на лавина.
Уместно е да добавим, че Н. Тесла шокира съвременниците си със зрелището на дългите изхвърляния във въздуха, причинени от него изкуствено - той дори беше наречен „властелинът на мълнията“. Известно е, че тайната на Tesla се състоеше не само в използването на много високи напрежения, но и в редуването на тези напрежения при честоти от десетки kHz и по-високи. По този начин видът на въздушен срив в мълнията на Tesla безспорно е бил високочестотен.
Но да се върнем към HF разпадането на въздуха, което образува проводящия канал за удар от мълния от облак към земята. Ясно е, че при една и съща плътност на свободни електрони на цялата височина между облака и земята, разрушаването на ВЧ на първо място ще се случи там, където поради въздействието на ВЧ електроните имат максимална кинетична енергия. Между облака и земята енергията на атмосферните електрони се оказва максимална в зоната, непосредствено съседна на „дъното“на облака: първо, там е максималната интензивност на HF ефекта, и второ, плътността на въздуха е минимална там, което благоприятства ускоряването на електроните. Ето защо в нашия случай HF разбиването започва от дъното на гръмотевичната обвивка. Но не пониква веднага на цялата височина между облака и земята - покълва само дължината на една стъпка при „лидера на стъпките“.
Какво определя дължината на стъпката на лидера
И така, каналът за провеждане на удар от мълния от облак към земята започва да нараства от зоната, съседна на „дъното“на гръмотевичната обвивка. Изглежда, че HF разрушаването, развиващо се от облака към земята, може да разрасне канала на проводимост наведнъж за цялата дължина, която позволява интензивността на експозицията на ВЧ - този интензитет би бил достатъчен, за да осигури необходимата степен на йонизация на въздуха. Но този подход не взема предвид специфичните условия, които съществуват на границите на квази-инфазните слоеве.
Всъщност нека разгледаме свободен електрон, който на ускоряващия етап на действието на RF пресича границата между съседни квази-инфазни слоеве. Ако в момента на преминаване на границата в тези съседни слоеве има същото име на зарядите на електроните, тогава с нашия електрон няма да се случи нищо особено - ускоряващият етап на въздействието на ВЧ ще продължи. Но ако преходът на границата падне върху разликата в зарядите на електроните в съседните слоеве, тогава резултатът от такъв преход на границата ще бъде незабавна фазова инверсия на HF ефекта: етапът на ускоряване ще бъде заменен с ускоряващ. В този случай електронът няма да може да възприе HF ефекта напълно, за разлика от електроните, които се колебаят в рамките на един квазифазен слой или преминават границата между тях, когато зарядите на електрони в тях са със същото име.
От това следва, че на границите между съседни квазифазни слоеве има гранични слоеве, в които някои от свободните електрони имат кинетични енергии, много по-ниски от тези, осигурени от действието на RF за останалите електрони. Тъй като намалената кинетична енергия на един електрон означава и неговата намалена способност да йонизира въздуха, в граничните слоеве ефективността на йонизацията се намалява - приблизително наполовина. Следователно има голяма вероятност разрушаването на ВЧ, достигайки до региона с намалена йонизационна ефективност в граничния слой, да не може да премине през този регион и развитието на разрушаването на ВЧ ще спре там.
Тогава стъпките на по-голямата част от лидерите на стъпки трябва да започнат и завършат на граничните слоеве между слоевете квази-инфаза. И по средната дължина на водещата стъпка може да се прецени дебелината на квазифазовите слоеве - като се вземе предвид, че ако една стъпка пада върху един квазифазен слой, тогава дължината на стъпката трябва да се увеличи, когато стъпката се отклони от вертикалната посока. За съжаление в литературата не намерихме данни, които да ни позволят да потвърдим или опровергаем тезата за увеличаването на дължината на стъпката на лидера, когато тя се отклонява от вертикалата. Съществуват обаче индикации, че почти хоризонталната линейна светкавица се образува по-свободно - без онези строги ограничения за дължината на стъпките на водача, които са в сила за светкавиците от "облак до земя". В действителност, като се има предвид, че дължината на мълнията от облак до земя е средно 2-3 км, "дължината на мълнията,случилото се между облаците, достигна 15-20 км и дори повече.
Ако нашите разсъждения са правилни, тогава дебелината на квази-инфазните слоеве трябва да е малко по-малка от средната дължина на лидерната стъпка. Различните автори дават малко по-различни стойности за средната дължина на стъпката - като приблизителна стойност ще наречем цифрата 40 m. Ако тази цифра не е далеч от истината, тогава няма да бъдем много грешни, ако наречем стойността от 30 m като приблизителна стойност за дебелината на квазифазовите слоеве.
Какво се случва в паузите между натрупването на проводящия канал
Опитът показва, че след следващото изграждане на проводимия канал по дължината на един етап от лидера - което отнема около 1 ms - има пауза преди изграждането на следващия етап; тези паузи продължават приблизително 50 ms. Какво се случва по време на тези паузи?
Отговорът подсказва себе си: по време на тези паузи свободните електрони се придвижват от облака по целия оформен канал на проводимост, като запълването на ново разширено сечение до самия му край, така че в този край концентрацията на излишните електрони е достатъчна за разрушаването на граничния слой между съседни квазифазови слоеве. Откриваме потвърждение на тезата за напредването на електроните по проводящия канал в паузите между натрупването на лидерните стъпки в Шонланд, който пише за съвпадението на скоростта на стъпалния лидер със скоростта на дрейфа на свободните електрони - като се има предвид плътността на въздуха и силата на електрическото поле. Тук Шонланд говори за средната скорост на стъпаловиден лидер, но този лидер напредва с къси хвърляния и преобладаващо през останалото време, в което "почива". И ако получената средна скорост на лидера на стъпките е равна на скоростта на напредване на електроните, това означава, че електроните се движат по новите разрастващи се секции на проводящия канал точно по време на следващите паузи - в края на краищата, със своята скорост на отклонение, те просто нямаше да имат време да продължат по новата секция по време на неговото формиране.
И наистина разграждането на HF образува нов участък на проводимия канал само чрез увеличаване на степента на йонизация на въздуха в него - броят на свободните електрони и положителните йони се увеличава, но остава равен един на друг. Следователно първоначално в новата секция на проводящия канал няма излишен заряд - и за вливането му е необходимо време. Ето защо, по наше мнение, моделът на Frenkel за усилване на полето на върха на нарастващата разбивка е неработещ. За подобно подобряване на полето е необходим излишък на върха. Но виждаме, че натрупването на проводимия канал се случва при липса на излишен заряд на върха на нарастващото разпадане - тези излишни заряди се вливат със значително закъснение.
Нека да подчертаем, че именно моделът на движението на електрони от облака по проводящия канал по време на паузи между последователни натрупвания на този канал дава най-простият и логичен отговор на въпроса как се поддържа висока степен на йонизация в канала по време на тези паузи - когато механизмът, осигуряващ бързото разпадане, т.е. вече не могат да се справят със загубата на йони в резултат на рекомбинация и дифузия. Според нас именно настъпването на излишните електрони създава допълнителни йони чрез ударна йонизация и по този начин допринася за поддържане на състоянието на проводимост в канала.
Добавяме, че движението на свободните електрони в паузите между натрупванията на проводящия канал се случва не само по протежение на земята, през който ще настъпи основният токов шок, но и по всички разклонени канали в задния край. Това визуално се доказва от пълното сходство на растежа на много канали наведнъж - когато все още не е ясно кой от тях ще бъде каналът на основния токов шок.
Основен токов шок
Когато каналът на проводимост между гръмотевичната обвивка и земята е напълно оформен, основният токов удар (или няколко токови удара) възниква по него. Понякога в литературата основният токов шок е изключително неуспешно наречен удар с обратен ток или обратен разряд. Тези термини са подвеждащи, създавайки впечатление, че при обратен разряд, електрони се движат в обратна посока на тази, в която каналът на проводимост расте и в който те се движат, докато расте. Всъщност при "обратен разряд" електрони се движат в посока "напред", движейки се от облака - т.е. от зоната на прекомерната им концентрация - на земята. "Обратното" на този разряд се проявява изключително чрез наблюдаваната му динамика. Факт е, че веднага след образуването на проводим канал между облака и земята, т.е.изпълнен с излишни електрони, основният токов удар се развива по такъв начин, че на първо място, електроните започват да се движат в най-близките до земята участъци на канала, след това - в по-високи участъци и т.н. В този случай ръбът на зоната на интензивна луминесценция, който се генерира от тези мощни движения на електрони, се движи отдолу нагоре - което дава основание на други автори да говорят за „обратен разряд“.
Блясъкът по време на главния токов шок има интересни характеристики. „Щом лидерът достигне Земята, основният разряд веднага възниква, разпространявайки се от Земята към облака. Основният разряд е много по-интензивен при луминесценция и беше наблюдавано, че докато основният разряд се движи нагоре, тази луминесценция намалява, особено когато преминава през точките на разклоняване. Увеличение на сиянието никога не се наблюдава, тъй като изпускането се движи нагоре. Ние обясняваме тези особености с факта, че в началните етапи на тока на основния ток електронният ток в основния канал на проводимост, простиращ се от облака към земята, се подава от електронните потоци от задънените клонове - точно както реката се захранва от потоци, вливащи се в нея. Тези течения, захранващи токовия шок в основния канал, наистина са "обратни":електроните след това се връщат от задните клони към главния канал.
Видеозаписите на мълния от облак към земя при бавно движение са свободно достъпни в Интернет. Те ясно показват, чрез слабо разпространяващо се сияние, динамиката на напредването на електроните по нарастващите проводими канали - с обилно разклоняване. И накрая, по основния канал възниква ярко светещ разряд, първоначално придружен от сияние в страничните клони - което умира много по-бързо от блясъка в основния канал, тъй като електроните от облака сега не влизат в страничните клони, а се движат по основния канал в земята.
заключение
Ние не твърдим, че покриваме изцяло явленията, които се случват при удара на мълния. Разгледахме само случая на типична линейна светлина от облак към земя. Но за първи път дадохме системно обяснение на физиката на такава светкавица. Разрешихме гатанката на самата възможност за светкавица при силата на електрическото поле, които далеч не са достатъчни за лавинообразно разпадане на въздуха - в края на краищата разбивката тук се оказва не лавинна, а високочестотна. Ние посочихме причината за това разпадане на RF. И обяснихме защо тази разбивка пониква в последователни сегменти, със значителни паузи между тях.
Всички тези обяснения се оказаха директни последици от представите ни за естеството на електричеството и за организацията на гравитацията - с някои изясняващи предположения. Ключовата роля изигра идеята за организацията на гравитацията, защото светкавиците ни се явяват като гравитационно-електрическо явление. Поразително е, че феноменът на мълния между гръмотевичен пламък и земята се оказва важно доказателство за коректността на две основни понятия на „дигиталния“физически свят наведнъж, за същността на електричеството и гравитацията - в края на краищата мълнията намира разумно обяснение въз основа на зашиването на тези две концепции.
Добавяме, че горната физика на линейни мълнии между гръмотевичен пламък и земята може да послужи за отправна точка за обяснение на природата на други видове мълнии. Например, редовността на подреждането на слоеве със специални условия на йонизация на въздуха може да играе ключова роля при формирането на т.нар. мъниста с цип.
Автор: А. А. Гришаев, независим изследовател