Теория электрической Вселенной. Часть 3: Электрические свойства плазмы

Плазма имеет очень специфические физические свойства. Она не является ни изолятором (имеющим очень высокое сопротивление), подобно неионизированному газу, ни суперпроводником (не имеющего сопротивления вообще). Тем не менее, она имеет довольно хорошую проводимость, даже лучше, чем у меди и золота. Обычно электрическое сопротивление плазмы составляет около 30 Ом. ^[21] Для сравнения: типичный импеданс ^[22] меди варьируется в пределах от 300 до 600 Ом. ^[23]

Электрический ток, в т.ч. и ток плазмы, возникает между двумя телами, имеющими различные электрические заряды. В этом случае позитивно заряженное тело (принимающее электроны с целью балансирования заряда) называют «анодом», а негативно заряженное тело (отдающее электроны) — «катодом».

Если разность потенциалов достаточно высока, расстояние между двумя электродами (анодом и катодом) достаточно мало и газ в среде достаточно плотен, то газ ионизируется (то есть разделение заряда высвобождает электроны). Затем начинается балансирование зарядов между двумя телами путем перехода электронов от катода к аноду, или позитивных ионов от анода к катоду (или обоими способами). Это очень распространённое явление. Например, его можно наблюдать в люминесцентных лампах и плазменных шарах.

В плазменных шарах плазменные нити (т.е. потоки электронов и позитивных ионов) тянутся от центрального электрода к стеклу — внешнему электроду — для того, чтобы сбалансировать разницу зарядов. Запомните этот пример, поскольку это очень хорошая аналогия того, что происходит в звёздном пространстве и даже в галактических масштабах.

Виды разрядов

Плазма проявляет различные виды разряда в зависимости от плотности проходящего через неё тока (ампер на квадратный метр). При слабом токе происходит «тёмный разряд», что означает отсутствие видимого излучения и света. Это то, что, например, происходит с тёмными астероидами, тёмными звёздами или в межзвёздном пространстве (как мы увидим в следующей главе при рассмотрении масштабируемости плазмы). Через плазму просто проходит очень слабый ток, чтобы заставить её светиться.

Когда плотность тока увеличивается, плазма начинает светиться. Это можно наблюдать в люминесцентных лампах, в кометах (т.е. светящихся астероидах) или в солнечной короне. Это называют «тлеющим разрядом» .

При дальнейшем усилении электрического тока плазма приобретает форму«дугового разряда», выражающегося во внезапных и мощных электрические разрядах. Это то, что можно наблюдать в молниях или при дуговой сварке. Это также тот самый феномен, который мы наблюдали в упомянутом выше плазменном шаре. Ещё это может происходить в кометах, приводя к их взрывному свечению и/или разрушению, как это случилось с известной кометой Шумейкера-Леви ^[24] и другими кометами. На рисунке изображены три вида разрядов плазмы.

Итак, плазма может проявлять три вида разрядов, в зависимости от плотности протекающего через неё тока.

Масштабируемость плазмы

Очень интересным свойством плазмы является её масштабируемость. Это означает, что плазма проявляет схожие характеристики вне зависимости от масштаба: как в лаборатории, так и в космосе. Фактически плазму можно наблюдать в широком диапазоне расстояний, а не только на атомарном уровне. Этот диапазон начинается на 10^-10 метрах в диаметре и доходит до галактического масштаба, который для нашего Млечного Пути составляет примерно 10²⁰ метров в диаметре.

Это означает, что плазма простирается в линейных размерах на 30 порядков. Она имеет схожие свойства во всем диапазоне (т.е. от 10^-10 до 10²⁰метров). Рисунок выше иллюстрирует это сходство между микроскопической плазмой (на атомарном уровне) и макроскопической плазмой (в масштабе Солнечной системы).

Благодаря такой широкой масштабируемости космологи имеют возможность проводить наблюдения, формулировать гипотезы и, самое главное, проверять их в лабораториях (т.е. на микроскопическом уровне) и по методу аналогии применять их результаты к плазме, существующей в гораздо более крупном масштабе (космические феномены, например). С этой точки зрения, лабораторные эксперименты над плазмой, примененные к космическим феноменам, схожи с испытаниями самолётов или изучением естественного турбулентного потока в аэродинамической трубе на моделях меньшего масштаба с последующим применением результатов на реальных объектах.

Эта возможность проводить проверки позволяет выдвигать гипотезы и проверять теории в различных практических экспериментах, что является очень важным аспектом научного метода, как было сказано философом Карлом Поппером:

Критерием научного статуса теории является её фальсифицируемость, опровержимость, или проверяемость

.
Ссылки

[21]: Demidov, B. A. et al., 'Anomalous Resistance And Microwave Radiation From A Plasma In A Strong Electric Field', Soviet Physics (август 1965 г.) 21(2)

[22]: Импеданс является формой сопротивления. Чем он выше, тем ниже проводимость.

[23]: Cebik, L. B., 'Some (Old) Notes on Home-Brew Parallel Transmission Lines', QSL.

См.: www.qsl.net/co8tw/openline.htm

[24]: Мы рассмотрим это событие детальнее в главе 18: «Кометы или астероиды?»