УДК 533.9.03-551.594
Природу кульової блискавки
В. Н. Леонович
ФГУП "ФНПЦ Науково Дослідницький Інститут
Вимірювальних Систем ім. Ю.Є. Седакова "
На основі аналізу загальнодоступних відомостей про властивості Кульовий блискавки висунута гіпотеза, що дозволяє пояснити ці властивості. Наведено аргументи та обгрунтування того, що Кульова блискавка - це крапля рідкого атомарного водню.
Ключові слова: кульова блискавка; водень.
PACS: 52.80-Mr
1. ВСТУП
Про кульової блискавки (ШМ) зібрано великий обсяг інформації описового характеру. Весь цей матеріал являє собою звід свідків описів випадкових очевидців, тобто непідготовлених спостерігачів, більшість з яких, ймовірно, знаходилося в стані природного емоційного збудження. Однак, беручи до уваги ступінь збігу інформації за результатами опитування понад півтори тисячі свідків, виробленого І. Стахановим, збігаються дані можна вважати досить достовірними та придатними для проведення аналітичного дослідження з метою з'ясування природи ШМ.
До теперішнього часу опубліковано не менше десятка гіпотез за природою ШМ. Кожна з гіпотез акцентує увагу на деяких виділених властивості ШМ, в основному це випромінюють. Жодна з існуючих гіпотез не пояснює всі відомі властивості в комплексі.
Запропонована гіпотеза пояснює, або не суперечить, ні одній характеристиці, описаної свідками. Всі відомості про ШМ, використані в статті, отримані з особистих бесід автора з очевидцями або із засобів масової інформації, які посилаються в основному на роботи І. Стаханова.
2. АНАЛІТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПИС ГІПОТЕЗИ
Наведемо найбільш достовірні відомості про кульової блискавки.
1. ШМ це об'єкт кулеподібної форми діаметром 5 ... 30 см. Форма ШМ незначно змінюється, приймаючи грушоподібні або сплюснуті кулясті обриси. Дуже рідко ШМ спостерігався у формі тора.
2. ШМ світиться зазвичай помаранчевим кольором, відзначені випадки фіолетового забарвлення. Яскравість і характер свічення схожі зі світінням розпечених деревного вугілля, іноді інтенсивність світіння порівнюється зі слабкою електричною лампочкою. На тлі однорідного випромінювання виникають і переміщаються більш яскраво світяться області (відблиски).
3. Час існування ШМ від кількох секунд до десяти хвилин. Існування ШМ закінчується її зникненням, супроводжуваним іноді вибухом або яскравим спалахом, здатної викликати пожежа.
4. ШМ зазвичай спостерігається під час грози з дощем, але є окремі свідоцтва про спостереження ШМ під час грози без дощу. Відзначено випадки спостереження ШМ над водоймами при значній відстані від берега або будь-яких предметів.
5. ШМ плаває в повітрі і переміщується разом з повітряними потоками, але при цьому може здійснювати "дивні" активні переміщення, які явно не збігаються з рухом повітря.
При зіткненні з навколишніми предметами ШМ відскакує як слабо накачаний повітряну кульку або закінчує своє існування.
6. При зіткненні зі сталевими предметами відбувається руйнування ШМ, при цьому спостерігається яскрава, що триває декілька секунд, спалах, супроводжувана розлітаються світяться фрагментами, що нагадують зварювання металів. Сталеві предмети при подальшому огляді виявляються злегка оплавленими.
7. ШМ іноді проникає в приміщення через закриті вікна. Більшість свідків описує процес проникнення як переливання через невеликий отвір, дуже мала частина свідків стверджує, що ШМ проникає через неушкоджений віконне скло, при цьому практично не змінюючи своєї форми.
8. При короткому дотику ШМ до шкіри людини фіксуються незначні опіки. При контактах, що закінчилися спалахом або вибухом, зафіксовані сильні опіки, і навіть летальний результат.
9. Істотної зміни розмірів ШМ і яскравості світіння за час спостереження не відзначається.
10. Існують свідчення про спостереженні процесу виникнення ШМ з електричних розеток або діючих електроприладів. При цьому спочатку виникає світна точка, яка протягом кількох секунд збільшується до розміру близько 10 см. В усіх подібних випадках ШМ існує кілька секунд і руйнується із характерним бавовною без істотної шкоди для присутніх і навколишніх предметів.
Більшість статей та повідомлень про ШМ починаються з інформації про те, що природа ШМ невідома, а трохи далі випливає твердження, що ШМ це плазма. Спеціально для авторів, яким важко заглянути в довідники та енциклопедії, наводжу наступну добірку.
"Плазма по ряду ознак дуже схожа з газом. Вона і розріджена, і текуча. Загалом плазма нейтральна, так як вона містить однакову кількість негативно і позитивно заряджених частинок."
"Плазма - нормальна форма існування речовини при температурі близько 10 000 градусів і вище. До 100 тис. град. Це холодна плазма, а вище - гаряча".
Утримання плазми в заданому відкритому обсязі є складним технічним завданням.
"Експерименти на досвідчених термоядерних установках йдуть у різних країнах, але добитися потрібної температури і часу утримання плазми поки не вдалося." Мова йде про час, що не перевищує 1 с.
Цілком очевидно, що плазма в повітрі не може створити кулясту структуру, і тим більше зберігати її кілька хвилин.
При пошуку рішення, що розкриває природу ШМ, був застосований метод дослідження "чорної скриньки", зі зрозумілих причин використовує тільки наявні спостереження, без можливості застосування додаткових, цілеспрямованих випробувань. Однак, накопичених даних достатньо і вони дуже різнопланові, що і дозволило знайти пропоноване нижче рішення. У статті не наводиться послідовність міркувань, узагальнень і висновків, які призвели до рішення, а тільки сам результат.
Обгрунтування істинності рішення проведено методом порівняння передбачуваних властивостей гіпотетичного об'єкта з найбільш достовірними властивостями реальної ШМ.
Пропонована формула рішення.
Кульова блискавка - це велика крапля рідкого атомарного водню, що знаходиться в збудженому нерівноважному стані.
Щільність рідкого водню приблизно дорівнює щільності навколишнього повітря.
Це незвичайний стан, саме по собі є предметом відкриття, викликане збудженим станом атомів водню, характеризується великим індукованим дипольним моментом. Утворення такого водню відбувається внаслідок процесу електролізу води під дією полів і струмів природного, грозовий лінійної блискавки.
Оцінимо наукову обгрунтованість висунутого припущення.
При дослідженнях електричного розряду над водною поверхнею [1], зареєстровано розщеплення молекул води та освіта атомарного водню. При цьому спостерігалося розщеплення спектральної лінії водню, схоже з ефектом Штарка. Ефект Штарка спостерігається в електричних полях різного типу і залежить від амплітуди цих полів. Крім того, для атомарного водню Ефект Штарка супроводжується утворенням індукованого дипольного моменту атомів, зумовленого порушенням симетрії збудженої електронної оболонки.
Квантова теорія в принципі не розглядає еліптичні орбіти електронів в атомі. І це цілком обгрунтовано, але тільки не для атома водню, де електрон всього один і заборона Паулі практично вироджується. Природно припустити, що електрон, отримавши ударне збудження, переходить не на кругову орбіту, відповідну порушеній станом, а на добре виражену еліптичну орбіту.
Є й інші експериментальні свідоцтва. Наведемо фрагмент із статті [2].
"Головна особливість ридберговских станів - універсальний для всіх атомів характер, тобто всі подібні атоми за властивостями схожі. ... Виявилося, газ збуджених атомів конденсується, конденсована збуджений стан енергетично більш вигідне порівняно з газовим (як в металі, електрон не належить окремій атому). У 1990 р. К. Гаман, Дж.Петтерсон і Л. Холмлід з Гетеборзького університету експериментально спостерігали великі кластери з порушених атомів цезію, маса яких досягала приблизно 40 тисяч атомної маси цезію. Для теорії тут цікаві два моменти. По-перше - пошуки і розробка нових підходів до аналізу збудженого стану, в якому збуджень настільки багато, що вони не можуть більше розглядатися як незалежні. Такі умови часто спостерігаються (можливо, в кульової блискавки). По-друге - власне створення теорії конденсованого збудженого стану речовини. Закладено тільки її контури, поле для роботи лише позначено. "
Кінець цитати.
Таким чином, наше припущення зводиться до припущення про існування залишкового індукованого дипольного моменту атомів, достатнього для формування атомарних зв'язків, що забезпечують рідке агрегатний стан атомарного водню при нормальних кліматичних умовах. Природна блискавка, як генератор накачування для отримання таких характеристик, явище цілком відповідне. Лабораторне виробництво рідкого атомарного водню при нормальних кліматичних умовах може мати і не таку природу, але кінцевий результат залишиться тим же самим.
3. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ
Простежимо життєвий цикл гіпотетичного об'єкта (краплі рідкого атомарного водню), об'ємом один літр, і порівняємо його передбачувані властивості з наведеним вище описом природного ШМ.
Отже, при попаданні блискавки у водойму, в утворився у воді струмоведучих каналі (стримери) відбудеться електроліз води та освіта атомарного водню, який може сконденсуватися в рідину, з питомою вагою, що збігається з питомою вагою повітря. Ця рідина виштовхується з води у кулястої формі або, набагато рідше, у формі тора (за аналогією з димними клубами імпульсних процесів).
Якщо ж блискавка потрапить не у водойму, а в предмет з великою поверхнею, змоченою водою (крона дерева), то також можна очікувати утворення достатньої кількості порушеної атомарного водню та конденсацію його, при сприятливих умовах, в рідину, але в цьому випадку скоріше за все в формі кулі.
Утворився об'єкт буде плавати (літати) в повітрі, випромінюючи помаранчеве, блакитне або фіолетове свічення (спектральні лінії випромінювання атомарного водню).
У рівноважному стані енергія температури тіла рівномірно розподіляється по всіх ступенях свободи внутрішньої структури тіла. У нашому випадку стан суто нерівноважний. Рухливість електронів оболонки атомів водню відповідає дуже високій температурі, тоді як всі інші міри свободи рідкого водню відповідають температурі, яка мало відрізняється від нормальної. Такий стан призводить до видимості ефекту "холодного світіння".
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Процес випромінювання повинен супроводжуватися явищем, схожим на випаровування. Нормалізуватися в процесі випромінювання атоми, втрачають дипольний момент, а значить і міжатомні зв'язку, переходять в газоподібний стан і вільно залишають об'єкт, згораючи в кисні навколишнього повітря. Згоряння, що відбувається в безпосередній близькості від поверхні об'єкта, буде викликати на рівномірному тлі спектрального випромінювання додаткові, що переміщаються світлі відблиски, а також реактивний руховий імпульс із змінним вектором тяги, що буде викликати ефект самовільного переміщення об'єкта.
Інтенсивність зовнішнього згоряння визначається швидкістю випаровування водню і незначна (адже обсяг ШМ практично не змінюється в часі), але викликати слабкі опіки при короткочасному контакті без порушення поверхневого шару цілком здатна. При порушенні поверхневого шару, без подальшого руйнування об'єкта, може статися змочування поверхні тіла людини рідким воднем, і тоді ефект можна порівняти з дією напалму.
Величина залишкового дипольного моменту збуджених атомів водню визначає температуру кипіння формованої рідини. Якщо в процесі випромінювання амплітуда дипольних моментів атомів зменшується поступово, то це повинно приводити до поступового зниження температури кипіння відповідної рідкої фракції і до її скипанню в момент, коли точка кипіння зрівняється з температурою об'єкта. При розпаді об'єкта відбудеться утворення хмари газоподібного атомарного водню з обсягом, що перевищує об'єм об'єкта майже у тридцять разів (з умови рівності питомих ваг і величини обсягу газових молей, рівної 24л). У процесі змішування утворився газоподібного водню з атмосферним киснем можливе утворення гримучого газу з подальшим вибухом або сильної спалахом, здатної викликати пожежа. Закриті приміщення створюють більш сприятливі умови для вибуху в останній фазі.
Оскільки в природних умовах ШМ знаходиться в постійному контакті з киснем повітря без істотних наслідків, то звідси випливає висновок, що рідкий атомарний водень інертний по відношенню до молекулярного кисню. Проте, як відомо поверхню сталевих предметів є каталізатором для реакції H 1 + H 1 = H 2 (реакція використовується на практиці для зварювання металів, тому що йде з виділенням тепла, 400 кДж на 1 моль H 2, це так звана атомно- водневе зварювання), тому при контакті рідкого атомарного водню зі сталевими предметами утворюється природна атомно-воднева пальник. При повному "згоранні" об'єкта об'ємом 1 л виділитися близько 250 кДж тепла. Навіть при 70% втрат цього достатньо, щоб декілька оплавити сталеві предмети з незначною масою (коса, вила тощо), тим більше що в присутності кисню ця реакція може супроводжуватися реакцією горіння H 2 в кисні з утворенням води. За оцінкою І. Стаханова, при такому характерному оплавленні металевих предметів споживається близько 50 кДж тепла.
Усі кількісні оцінки, наведені вище, зроблені для об'єкта складається з чистого рідкого водню. Однак, для дотримання коректності, ми повинні припустити наявність в даному об'єкті розчинених домішок, на приклад, азоту чи власне повітря. У цьому випадку всі наведені оцінки потрібно розглядати як верхні межі можливих значень, а істинні значення залежатимуть від відсотка домішок.
Виходячи з факту, що атомарний водень добре розчиняється в деяких твердих речовинах, не можна заперечувати можливість того, що структура рідкого атомарного водню здатна забезпечити властивість проникнення об'єкта через тонке скло без помітної зміни форми об'єкта. Сам факт такого проникнення вимагає додаткової перевірки, але не знаходиться в явному протиріччі з пропонованою моделлю.
Здатність об'єкта перетікати через малі отвори під дією перепаду тиску (протягу) не викликає сумнівів.
При попаданні грозовий лінійної блискавки в електропроводку і при наявності там вологи, припустимо припустити освіта рідкого водню в дуже малій кількості в невеликих порожнинах. При наявності протягу або слабкого тління з виділенням диму з такої маленької порції може "видути" міхур (за типом мильного). Такий об'єкт, зовні, буде дуже схожий на кулястий. Однак, через малу обсягу формуючого речовини час життя його значно скоротиться (до декількох секунд), і вибуховий ефект при руйнуванні буде багаторазово слабше і, мабуть, можна порівняти з сильним бавовною.
З вище викладеного випливає, що всі передбачувані властивості гіпотетичного об'єкта і властивості природного ШМ практично збігаються. Збіг настільки різних властивостей і якостей, навряд чи може бути випадковим, і є достатнім доказом вірності висунутої гіпотези. Гіпотеза не пояснює причину збіги щільності рідкого водню з щільністю повітря, але, швидше за все, ніякої причини немає, це простий збіг.
Підіб'ємо підсумок:
-ШМ є краплею рідкого атомарного водню, що утворився в результаті електролізу води лінійної атмосферної блискавкою;
-Що становить ШМ атомарний водень знаходиться в збудженому стані і виробляє спонтанне світлове випромінювання, обумовлене не середньою температурою, а нерівноважної температурою електронів оболонки атомів;
-Збуджений атомарний водень має індукований дипольний момент, величина якого достатня для утворення його рідкого агрегатного стану при нормальних атмосферних умовах;
-Рідкий атомарний водень має питому вагу, практично збігається з питомою вагою навколишнього повітря;
-Рідкий атомарний водень при нормальних атмосферних умовах є інертним по відношенню до молекулярного кисню повітря.
Слід додати. Рідкий водень ШМ, будучи елементом таблиці Менделєєва, виділяється з інших елементів тим, що його структура найбільш близька до плазмових структурам. Моментальний знімок структури протонів і електронів в ШМ мало чим буде відрізнятися від структури плазми рівною щільності. Крім того, зв'язку електронів з ядром у ШМ явно ослаблені, а це дозволяє зробити припущення, що рідкий атомарний водень міг би виявитися корисним в якості проміжного продукту для отримання деяких типів плазми.
4. ВИСНОВОК
Високий ступінь збігу властивостей гіпотетичного об'єкта з властивостями ШМ, є достатньою підставою для проведення практичних досліджень для підтвердження висунутої гіпотези.
Запропонована модель дозволяє провести цілеспрямовані дослідження та оптимізувати умови їх проведення. Для створення штучної ШМ в лабораторних умовах необхідно вирішити два основні завдання: по-перше, створити електричний розряд з необхідними характеристиками, по-друге, створити сприятливі умови для конденсації в краплю атомарного водню.
Перша проблема вирішується вибором (або створенням) технічних засобів з необхідними характеристиками, які ще потрібно визначити методом проб. Для вирішення другого, мабуть, знайдеться безліч варіантів. Можна запропонувати загальну рекомендацію, за якою необхідно створити над водою замкнутий ізольований простір з атмосферою без кисню (чистий вуглекислий газ або суміш азоту з вуглекислим газом) для виключення можливості утворення гримучого газу, а розряд виробляти або під водою, або з повітря у водяний фонтан. Важка атмосфера з вуглекислого газу буде сприяти конденсації водню у вершині обмежує конуса. У змішаній атмосфері азоту та вуглекислого газу можливе спостереження плаваючою ШМ. Температура середовища, в якій буде відбуватися конденсація водню, повинна бути якомога менше.
Для підтвердження гіпотези зовсім не потрібно повторювати природну "технологію". Можна спробувати отримати атомарний водень, з необхідними характеристиками, будь-яким іншим способом, на приклад, виробляючи багаторазовий електричний розряд в середовищі водню. Може виявитися, що технологія атомно-водневої зварювання вже давно як проміжного продукту "горіння" використовує речовина, яке формує ШМ.
Автор готовий розглянути будь-які пропозиції щодо співпраці у проведенні необхідних досліджень для підтвердження гіпотези про водневої природі ШМ і буде вдячний кожному, хто проведе ці дослідження самостійно і повідомить про це.
Практична порада. Якщо Ви не можете залишити приміщення, куди проникла ШМ, постарайтеся спалити її за допомогою металевого предмета (лижна палиця, швабра з власником, підстаканник на пляшці), закривши обличчя і руки щільною товстою тканиною. Діяти треба швидко.
Вперше стаття опублікована в журналі "Інженер".
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1) А. М. Анпілов, Е. М. Бархударов, В. А. Копйов, І. А. Коссе
Стаття "Удар атмосферного електричного розряду об водну поверхню" в матеріалах наради: "Фізика атмосфери: електричні процеси, радіофізичні методи досліджень".
Друкарня Інституту прикладної фізики РАН.
2) К. А. Дергобузов: Будова та властивості атома водню, Інтернет.
3) А.М. Прохоров: Велика Радянська Енциклопедія (3 редакція).
Природу кульової блискавки
В. Н. Леонович
ФГУП "ФНПЦ Науково Дослідницький Інститут
Вимірювальних Систем ім. Ю.Є. Седакова "
На основі аналізу загальнодоступних відомостей про властивості Кульовий блискавки висунута гіпотеза, що дозволяє пояснити ці властивості. Наведено аргументи та обгрунтування того, що Кульова блискавка - це крапля рідкого атомарного водню.
Ключові слова: кульова блискавка; водень.
PACS: 52.80-Mr
1. ВСТУП
Про кульової блискавки (ШМ) зібрано великий обсяг інформації описового характеру. Весь цей матеріал являє собою звід свідків описів випадкових очевидців, тобто непідготовлених спостерігачів, більшість з яких, ймовірно, знаходилося в стані природного емоційного збудження. Однак, беручи до уваги ступінь збігу інформації за результатами опитування понад півтори тисячі свідків, виробленого І. Стахановим, збігаються дані можна вважати досить достовірними та придатними для проведення аналітичного дослідження з метою з'ясування природи ШМ.
До теперішнього часу опубліковано не менше десятка гіпотез за природою ШМ. Кожна з гіпотез акцентує увагу на деяких виділених властивості ШМ, в основному це випромінюють. Жодна з існуючих гіпотез не пояснює всі відомі властивості в комплексі.
Запропонована гіпотеза пояснює, або не суперечить, ні одній характеристиці, описаної свідками. Всі відомості про ШМ, використані в статті, отримані з особистих бесід автора з очевидцями або із засобів масової інформації, які посилаються в основному на роботи І. Стаханова.
2. АНАЛІТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПИС ГІПОТЕЗИ
Наведемо найбільш достовірні відомості про кульової блискавки.
1. ШМ це об'єкт кулеподібної форми діаметром 5 ... 30 см. Форма ШМ незначно змінюється, приймаючи грушоподібні або сплюснуті кулясті обриси. Дуже рідко ШМ спостерігався у формі тора.
2. ШМ світиться зазвичай помаранчевим кольором, відзначені випадки фіолетового забарвлення. Яскравість і характер свічення схожі зі світінням розпечених деревного вугілля, іноді інтенсивність світіння порівнюється зі слабкою електричною лампочкою. На тлі однорідного випромінювання виникають і переміщаються більш яскраво світяться області (відблиски).
3. Час існування ШМ від кількох секунд до десяти хвилин. Існування ШМ закінчується її зникненням, супроводжуваним іноді вибухом або яскравим спалахом, здатної викликати пожежа.
4. ШМ зазвичай спостерігається під час грози з дощем, але є окремі свідоцтва про спостереження ШМ під час грози без дощу. Відзначено випадки спостереження ШМ над водоймами при значній відстані від берега або будь-яких предметів.
5. ШМ плаває в повітрі і переміщується разом з повітряними потоками, але при цьому може здійснювати "дивні" активні переміщення, які явно не збігаються з рухом повітря.
При зіткненні з навколишніми предметами ШМ відскакує як слабо накачаний повітряну кульку або закінчує своє існування.
6. При зіткненні зі сталевими предметами відбувається руйнування ШМ, при цьому спостерігається яскрава, що триває декілька секунд, спалах, супроводжувана розлітаються світяться фрагментами, що нагадують зварювання металів. Сталеві предмети при подальшому огляді виявляються злегка оплавленими.
7. ШМ іноді проникає в приміщення через закриті вікна. Більшість свідків описує процес проникнення як переливання через невеликий отвір, дуже мала частина свідків стверджує, що ШМ проникає через неушкоджений віконне скло, при цьому практично не змінюючи своєї форми.
8. При короткому дотику ШМ до шкіри людини фіксуються незначні опіки. При контактах, що закінчилися спалахом або вибухом, зафіксовані сильні опіки, і навіть летальний результат.
9. Істотної зміни розмірів ШМ і яскравості світіння за час спостереження не відзначається.
10. Існують свідчення про спостереженні процесу виникнення ШМ з електричних розеток або діючих електроприладів. При цьому спочатку виникає світна точка, яка протягом кількох секунд збільшується до розміру близько 10 см. В усіх подібних випадках ШМ існує кілька секунд і руйнується із характерним бавовною без істотної шкоди для присутніх і навколишніх предметів.
Більшість статей та повідомлень про ШМ починаються з інформації про те, що природа ШМ невідома, а трохи далі випливає твердження, що ШМ це плазма. Спеціально для авторів, яким важко заглянути в довідники та енциклопедії, наводжу наступну добірку.
"Плазма по ряду ознак дуже схожа з газом. Вона і розріджена, і текуча. Загалом плазма нейтральна, так як вона містить однакову кількість негативно і позитивно заряджених частинок."
"Плазма - нормальна форма існування речовини при температурі близько 10 000 градусів і вище. До 100 тис. град. Це холодна плазма, а вище - гаряча".
Утримання плазми в заданому відкритому обсязі є складним технічним завданням.
"Експерименти на досвідчених термоядерних установках йдуть у різних країнах, але добитися потрібної температури і часу утримання плазми поки не вдалося." Мова йде про час, що не перевищує 1 с.
Цілком очевидно, що плазма в повітрі не може створити кулясту структуру, і тим більше зберігати її кілька хвилин.
При пошуку рішення, що розкриває природу ШМ, був застосований метод дослідження "чорної скриньки", зі зрозумілих причин використовує тільки наявні спостереження, без можливості застосування додаткових, цілеспрямованих випробувань. Однак, накопичених даних достатньо і вони дуже різнопланові, що і дозволило знайти пропоноване нижче рішення. У статті не наводиться послідовність міркувань, узагальнень і висновків, які призвели до рішення, а тільки сам результат.
Обгрунтування істинності рішення проведено методом порівняння передбачуваних властивостей гіпотетичного об'єкта з найбільш достовірними властивостями реальної ШМ.
Пропонована формула рішення.
Кульова блискавка - це велика крапля рідкого атомарного водню, що знаходиться в збудженому нерівноважному стані.
Щільність рідкого водню приблизно дорівнює щільності навколишнього повітря.
Це незвичайний стан, саме по собі є предметом відкриття, викликане збудженим станом атомів водню, характеризується великим індукованим дипольним моментом. Утворення такого водню відбувається внаслідок процесу електролізу води під дією полів і струмів природного, грозовий лінійної блискавки.
Оцінимо наукову обгрунтованість висунутого припущення.
При дослідженнях електричного розряду над водною поверхнею [1], зареєстровано розщеплення молекул води та освіта атомарного водню. При цьому спостерігалося розщеплення спектральної лінії водню, схоже з ефектом Штарка. Ефект Штарка спостерігається в електричних полях різного типу і залежить від амплітуди цих полів. Крім того, для атомарного водню Ефект Штарка супроводжується утворенням індукованого дипольного моменту атомів, зумовленого порушенням симетрії збудженої електронної оболонки.
Квантова теорія в принципі не розглядає еліптичні орбіти електронів в атомі. І це цілком обгрунтовано, але тільки не для атома водню, де електрон всього один і заборона Паулі практично вироджується. Природно припустити, що електрон, отримавши ударне збудження, переходить не на кругову орбіту, відповідну порушеній станом, а на добре виражену еліптичну орбіту.
Є й інші експериментальні свідоцтва. Наведемо фрагмент із статті [2].
"Головна особливість ридберговских станів - універсальний для всіх атомів характер, тобто всі подібні атоми за властивостями схожі. ... Виявилося, газ збуджених атомів конденсується, конденсована збуджений стан енергетично більш вигідне порівняно з газовим (як в металі, електрон не належить окремій атому). У 1990 р. К. Гаман, Дж.Петтерсон і Л. Холмлід з Гетеборзького університету експериментально спостерігали великі кластери з порушених атомів цезію, маса яких досягала приблизно 40 тисяч атомної маси цезію. Для теорії тут цікаві два моменти. По-перше - пошуки і розробка нових підходів до аналізу збудженого стану, в якому збуджень настільки багато, що вони не можуть більше розглядатися як незалежні. Такі умови часто спостерігаються (можливо, в кульової блискавки). По-друге - власне створення теорії конденсованого збудженого стану речовини. Закладено тільки її контури, поле для роботи лише позначено. "
Кінець цитати.
Таким чином, наше припущення зводиться до припущення про існування залишкового індукованого дипольного моменту атомів, достатнього для формування атомарних зв'язків, що забезпечують рідке агрегатний стан атомарного водню при нормальних кліматичних умовах. Природна блискавка, як генератор накачування для отримання таких характеристик, явище цілком відповідне. Лабораторне виробництво рідкого атомарного водню при нормальних кліматичних умовах може мати і не таку природу, але кінцевий результат залишиться тим же самим.
3. ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ
Простежимо життєвий цикл гіпотетичного об'єкта (краплі рідкого атомарного водню), об'ємом один літр, і порівняємо його передбачувані властивості з наведеним вище описом природного ШМ.
Отже, при попаданні блискавки у водойму, в утворився у воді струмоведучих каналі (стримери) відбудеться електроліз води та освіта атомарного водню, який може сконденсуватися в рідину, з питомою вагою, що збігається з питомою вагою повітря. Ця рідина виштовхується з води у кулястої формі або, набагато рідше, у формі тора (за аналогією з димними клубами імпульсних процесів).
Якщо ж блискавка потрапить не у водойму, а в предмет з великою поверхнею, змоченою водою (крона дерева), то також можна очікувати утворення достатньої кількості порушеної атомарного водню та конденсацію його, при сприятливих умовах, в рідину, але в цьому випадку скоріше за все в формі кулі.
Утворився об'єкт буде плавати (літати) в повітрі, випромінюючи помаранчеве, блакитне або фіолетове свічення (спектральні лінії випромінювання атомарного водню).
У рівноважному стані енергія температури тіла рівномірно розподіляється по всіх ступенях свободи внутрішньої структури тіла. У нашому випадку стан суто нерівноважний. Рухливість електронів оболонки атомів водню відповідає дуже високій температурі, тоді як всі інші міри свободи рідкого водню відповідають температурі, яка мало відрізняється від нормальної. Такий стан призводить до видимості ефекту "холодного світіння".
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Спектр атомарного водню |
400 |
500 |
600 |
700 |
Процес випромінювання повинен супроводжуватися явищем, схожим на випаровування. Нормалізуватися в процесі випромінювання атоми, втрачають дипольний момент, а значить і міжатомні зв'язку, переходять в газоподібний стан і вільно залишають об'єкт, згораючи в кисні навколишнього повітря. Згоряння, що відбувається в безпосередній близькості від поверхні об'єкта, буде викликати на рівномірному тлі спектрального випромінювання додаткові, що переміщаються світлі відблиски, а також реактивний руховий імпульс із змінним вектором тяги, що буде викликати ефект самовільного переміщення об'єкта.
Інтенсивність зовнішнього згоряння визначається швидкістю випаровування водню і незначна (адже обсяг ШМ практично не змінюється в часі), але викликати слабкі опіки при короткочасному контакті без порушення поверхневого шару цілком здатна. При порушенні поверхневого шару, без подальшого руйнування об'єкта, може статися змочування поверхні тіла людини рідким воднем, і тоді ефект можна порівняти з дією напалму.
Величина залишкового дипольного моменту збуджених атомів водню визначає температуру кипіння формованої рідини. Якщо в процесі випромінювання амплітуда дипольних моментів атомів зменшується поступово, то це повинно приводити до поступового зниження температури кипіння відповідної рідкої фракції і до її скипанню в момент, коли точка кипіння зрівняється з температурою об'єкта. При розпаді об'єкта відбудеться утворення хмари газоподібного атомарного водню з обсягом, що перевищує об'єм об'єкта майже у тридцять разів (з умови рівності питомих ваг і величини обсягу газових молей, рівної 24л). У процесі змішування утворився газоподібного водню з атмосферним киснем можливе утворення гримучого газу з подальшим вибухом або сильної спалахом, здатної викликати пожежа. Закриті приміщення створюють більш сприятливі умови для вибуху в останній фазі.
Оскільки в природних умовах ШМ знаходиться в постійному контакті з киснем повітря без істотних наслідків, то звідси випливає висновок, що рідкий атомарний водень інертний по відношенню до молекулярного кисню. Проте, як відомо поверхню сталевих предметів є каталізатором для реакції H 1 + H 1 = H 2 (реакція використовується на практиці для зварювання металів, тому що йде з виділенням тепла, 400 кДж на 1 моль H 2, це так звана атомно- водневе зварювання), тому при контакті рідкого атомарного водню зі сталевими предметами утворюється природна атомно-воднева пальник. При повному "згоранні" об'єкта об'ємом 1 л виділитися близько 250 кДж тепла. Навіть при 70% втрат цього достатньо, щоб декілька оплавити сталеві предмети з незначною масою (коса, вила тощо), тим більше що в присутності кисню ця реакція може супроводжуватися реакцією горіння H 2 в кисні з утворенням води. За оцінкою І. Стаханова, при такому характерному оплавленні металевих предметів споживається близько 50 кДж тепла.
Усі кількісні оцінки, наведені вище, зроблені для об'єкта складається з чистого рідкого водню. Однак, для дотримання коректності, ми повинні припустити наявність в даному об'єкті розчинених домішок, на приклад, азоту чи власне повітря. У цьому випадку всі наведені оцінки потрібно розглядати як верхні межі можливих значень, а істинні значення залежатимуть від відсотка домішок.
Виходячи з факту, що атомарний водень добре розчиняється в деяких твердих речовинах, не можна заперечувати можливість того, що структура рідкого атомарного водню здатна забезпечити властивість проникнення об'єкта через тонке скло без помітної зміни форми об'єкта. Сам факт такого проникнення вимагає додаткової перевірки, але не знаходиться в явному протиріччі з пропонованою моделлю.
Здатність об'єкта перетікати через малі отвори під дією перепаду тиску (протягу) не викликає сумнівів.
При попаданні грозовий лінійної блискавки в електропроводку і при наявності там вологи, припустимо припустити освіта рідкого водню в дуже малій кількості в невеликих порожнинах. При наявності протягу або слабкого тління з виділенням диму з такої маленької порції може "видути" міхур (за типом мильного). Такий об'єкт, зовні, буде дуже схожий на кулястий. Однак, через малу обсягу формуючого речовини час життя його значно скоротиться (до декількох секунд), і вибуховий ефект при руйнуванні буде багаторазово слабше і, мабуть, можна порівняти з сильним бавовною.
З вище викладеного випливає, що всі передбачувані властивості гіпотетичного об'єкта і властивості природного ШМ практично збігаються. Збіг настільки різних властивостей і якостей, навряд чи може бути випадковим, і є достатнім доказом вірності висунутої гіпотези. Гіпотеза не пояснює причину збіги щільності рідкого водню з щільністю повітря, але, швидше за все, ніякої причини немає, це простий збіг.
Підіб'ємо підсумок:
-ШМ є краплею рідкого атомарного водню, що утворився в результаті електролізу води лінійної атмосферної блискавкою;
-Що становить ШМ атомарний водень знаходиться в збудженому стані і виробляє спонтанне світлове випромінювання, обумовлене не середньою температурою, а нерівноважної температурою електронів оболонки атомів;
-Збуджений атомарний водень має індукований дипольний момент, величина якого достатня для утворення його рідкого агрегатного стану при нормальних атмосферних умовах;
-Рідкий атомарний водень має питому вагу, практично збігається з питомою вагою навколишнього повітря;
-Рідкий атомарний водень при нормальних атмосферних умовах є інертним по відношенню до молекулярного кисню повітря.
Слід додати. Рідкий водень ШМ, будучи елементом таблиці Менделєєва, виділяється з інших елементів тим, що його структура найбільш близька до плазмових структурам. Моментальний знімок структури протонів і електронів в ШМ мало чим буде відрізнятися від структури плазми рівною щільності. Крім того, зв'язку електронів з ядром у ШМ явно ослаблені, а це дозволяє зробити припущення, що рідкий атомарний водень міг би виявитися корисним в якості проміжного продукту для отримання деяких типів плазми.
4. ВИСНОВОК
Високий ступінь збігу властивостей гіпотетичного об'єкта з властивостями ШМ, є достатньою підставою для проведення практичних досліджень для підтвердження висунутої гіпотези.
Запропонована модель дозволяє провести цілеспрямовані дослідження та оптимізувати умови їх проведення. Для створення штучної ШМ в лабораторних умовах необхідно вирішити два основні завдання: по-перше, створити електричний розряд з необхідними характеристиками, по-друге, створити сприятливі умови для конденсації в краплю атомарного водню.
Перша проблема вирішується вибором (або створенням) технічних засобів з необхідними характеристиками, які ще потрібно визначити методом проб. Для вирішення другого, мабуть, знайдеться безліч варіантів. Можна запропонувати загальну рекомендацію, за якою необхідно створити над водою замкнутий ізольований простір з атмосферою без кисню (чистий вуглекислий газ або суміш азоту з вуглекислим газом) для виключення можливості утворення гримучого газу, а розряд виробляти або під водою, або з повітря у водяний фонтан. Важка атмосфера з вуглекислого газу буде сприяти конденсації водню у вершині обмежує конуса. У змішаній атмосфері азоту та вуглекислого газу можливе спостереження плаваючою ШМ. Температура середовища, в якій буде відбуватися конденсація водню, повинна бути якомога менше.
Для підтвердження гіпотези зовсім не потрібно повторювати природну "технологію". Можна спробувати отримати атомарний водень, з необхідними характеристиками, будь-яким іншим способом, на приклад, виробляючи багаторазовий електричний розряд в середовищі водню. Може виявитися, що технологія атомно-водневої зварювання вже давно як проміжного продукту "горіння" використовує речовина, яке формує ШМ.
Автор готовий розглянути будь-які пропозиції щодо співпраці у проведенні необхідних досліджень для підтвердження гіпотези про водневої природі ШМ і буде вдячний кожному, хто проведе ці дослідження самостійно і повідомить про це.
Практична порада. Якщо Ви не можете залишити приміщення, куди проникла ШМ, постарайтеся спалити її за допомогою металевого предмета (лижна палиця, швабра з власником, підстаканник на пляшці), закривши обличчя і руки щільною товстою тканиною. Діяти треба швидко.
Вперше стаття опублікована в журналі "Інженер".
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1) А. М. Анпілов, Е. М. Бархударов, В. А. Копйов, І. А. Коссе
Стаття "Удар атмосферного електричного розряду об водну поверхню" в матеріалах наради: "Фізика атмосфери: електричні процеси, радіофізичні методи досліджень".
Друкарня Інституту прикладної фізики РАН.
2) К. А. Дергобузов: Будова та властивості атома водню, Інтернет.
3) А.М. Прохоров: Велика Радянська Енциклопедія (3 редакція).