第338話:呼喚閃電的物理學家

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­關於電磁波的謠言滿天飛,比如說「別在電車月台上用手機加閃光燈拍照,會引來電車線的高壓電而遭到電擊」或是「雷雨時用手機的話,手機電磁波會引導落雷打在你身上」。關於這些流言,已經有不少機構進行查核與澄清,不過謠言永遠跑得比澄清快,至今依然歷久不衰。
到底「光=電磁波」會不會引來雷擊呢?
說到雷擊當然就是「神‧艾涅爾」!(來源:One PieceⒸ/尾田榮一郎、集英社)
最新的研究顯示,答案是「會」。科學家已經成功利用光(=電磁波)引導閃電落在指定地點。
咦?那不就證明了前面那些謠言是真的,打臉了各「事實查核」單位嗎?
先別急,謠言之所有能夠流傳,必定是有一部分是「真的」,或「看起來很像真的」。如果從頭到尾一看就是唬爛,那就不會有那麼多人信以為真並廣為流傳了,而是會拿來當作博君一笑的梗圖而已。像手機、電磁波這種跟科技有關的謠言,取信讀者的方式通常是:「定性」上看起來有可能,不過只要一作「定量」的分析,就會發現是無稽之談。
可惜的是,大部分的讀者一看到「要用物理原理來算數學了」就一陣頭大直接放棄治療,所以通常看到了「定性上可能」,就會覺得「寧可信其有」,這是科學相關謠言佔便宜的地方。所以要避免被騙,大家還是來學物理啦!(立刻又跑走一堆人)
回歸本題,這次的實驗是由瑞士日內瓦大學(Université de Genève)以及巴黎綜合理工學院(Ecole Polytechnique)等跨國機構學者組成的團隊,在瑞士東北部的Säntis山頂(標高2502公尺)所進行的實驗。
將高功率的雷射射向空中,會將空氣游離變成電漿,這些帶電粒子等於在絕緣的空氣中拉出一條會導電的迴廊,由於電流會走阻力最小的路徑,所以閃電就會被引導過來。
不過「用光引來雷擊」的話,落雷不是一發就會把射出光的實驗裝置給打爆了嗎?別擔心,實驗用的雷射光路徑會從一座高124公尺的電波塔旁邊略過,當落雷沿著雷射光打過來,掠過電波塔頂端時,就會被引導到電波塔頂端的避雷針,然後導入地下。
在實驗裝置的周邊數個地點,研究團隊設置了量測各波段電磁波的偵測器,以及高速攝影機。
實驗裝置,雷射從電波塔旁邊掠過(來源:arXiv.org)
在2021年七月到九月之間的實驗,Säntis電波塔一共遭到16次的雷擊,其中有四次是在雷射發動的時候發生。拍攝到的影像可以清楚看到閃電的路徑。
論文接下來(佔了最多篇幅)的部分,就是要利用各種量測資料與統計方法證明,這四次的雷擊,的確是由雷射引導下來的。這個並不容易,因為「高山上裝了避雷針的電波塔」被雷打中是家常便飯,必需要有足夠的證據才能說服其他科學家。
高速攝影拍到的雷擊影像,十分震撼!(來源:arXiv.org)
這個研究尚未經過審核正式發表,而是先發表在給大家「搶先看」的預印本資料庫「arXiv.org」上,發表日期是2022/07/08。
到這裡為止,如果這個研究成果正確無誤的話,我們的確可以用電磁波把閃電引導到預先設定的地方,這對於防災很有幫助。那到底手機的電磁波會不會引來雷擊呢?接下來就要做一點定量分析了,不要急著逃走喔!
所使用的雷射光波長是1030奈米的紅外線,每一發的能量是 720 mJ(0.72焦耳),持續時間是920飛秒(femtosecond,一飛秒 = 1000兆分之一秒),時間非常短,所以稱為「脈衝雷射」,每秒打 1000 發這種脈衝。
「功率」是每秒發射的能量,所以這個雷射光的功率是「720 mJ 除以 920 fs」會得到「7800億瓦」這個驚人的數字,大約相當於10億台微波爐同時打開的消耗功率。「銀河英雄傳說」中的伊謝爾倫要塞主砲「雷神之鎚」,功率是924兆瓦,所以只要集合1200套科學家做實驗的雷射,瞬間功率就可以達到雷神之鎚的等級。你看現代科學是不是還滿離譜的!離科幻的世界越來越近了!
實驗設備「迷你雷神之鎚」,實驗地點「迷你伊謝爾倫要塞」(來源:arXiv.org)
由於1/1000是「mini」,所以我們可以把這次實驗的雷射稱為「迷你雷神之鎚」。
所以除非你的手機瞬間可以發出10億台微波爐的功率,或者是雷神之鎚1/1200之威力,並且集中一點射出,就可在沿線上將空氣分子的外層電子剝離變成電漿態,的確有可能害你被電擊啦,不過在這之前,該擔心的應該是「每次打電話都像是在用雷射槍打自己的頭」吧!
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