為何閃電多數在下大雨時發生？火山爆發為何也會伴隨有閃電？

今天討論有關自然界的雷電形成機制。

暴雨天的閃電

火山爆發的閃電

旱雷

從統計的資料，從經驗的判斷，可以說，下大雨就會打雷。下大雨時打雷的機率要大過任何其它時間段打雷的機率。這個應該沒有人否認。但也有少數的例外，比如火山爆發的時候，有閃電和雷暴。也有打旱雷的時候，但機率很小。

下雨，最大的特徵當然是巨量的雨水從幾公里的高空快速降落到地面，除此之外沒有什麼不同的情況。

先看看對雷電的傳統解釋：雷電

是暴風雲產生

電荷

，底層為陰電，頂層為陽電，而且還在地面產生陽電荷，如影隨形地跟著雲移動。正電荷和負電荷彼此相吸，但空氣卻不是良好的傳導體。正電荷奔向樹木、山丘、高大建築物的頂端甚至人體之上，企圖和帶有負電的雲層相遇；負電荷枝狀的觸角則向下伸展，越向下伸接近地面。最後正負電荷終於克服空氣的阻障而連線上。巨大的電流沿著一條傳導氣道從地面直向雲湧去，產生出一道明亮奪目的閃光。

從這樣的解釋中，可以提出很多很多的質疑之處。從一開始，雲產生電荷這一點，怎麼產生的？然後底層陰電、頂層陽電，這更不可靠，因為雲層的厚度遠遠小於雲層離地面的高度，這兩種電荷不在雲層裡自己溫和地中和非要和地面的電荷猛烈地放電？雲中的水汽導電性總比大氣的導電性要好。

現在，來講一個雷電形成的新機制，供大家討論。先從磁場變化產生感應電動勢開始。

變化的磁場產生環形的感應電動勢。這個環形的電動勢可以驅動閉合線圈中的電子形成電流。這個實驗，中學生的課堂裡要求做。現在不放閉合線圈的情況，繼續使磁場變化，會如何呢？感應電動勢照樣會產生。但一般情況之下，沒有辦法看見這個感應電動勢。電動勢，就是能量，可以驅動電荷運動的能量。不同兩個點的電動勢不同就會產生電勢差，稱為這兩個點的電壓，電壓足夠大的時候，會擊穿空氣介質，產生放點現象。用這個原理，我們可以在實驗室裡人造閃電。磁場變化達到足夠的程度，產生的感應電動勢擊穿了空氣介質，是可以有放點現象發生的。

我們順著這個思路，看看為什麼下大雨會產生閃電。現在已經發現，運動的電中性物質是可以產生磁場的。比如運動的中子，運動的天體，運動的星系，發現他們和運動的電荷一樣，產生與運動方向垂直的環形磁場。如果運動的電中性物體產生的環形磁場是穩定不變的，那麼穩定的磁場不會產生感應電動勢，如果運動的電中性物體做變速運動，產生的磁場不穩定，那麼這個變化的感應磁場就會產生感應電動勢。根據這個邏輯，下大雨的時候，巨量的雨水，在加速從幾公里的高空降落地面的過程中，一定會產生不穩定的環形磁場，從而產生感應電動勢，這個電動勢一旦擊穿了空氣介質，就成了閃電。

變化的磁場

用同樣的邏輯，可以解釋火山爆發時為什麼也產生閃電。

我不認為這樣解釋自然界下大雨就閃電的現象是完全正確的，因為我沒有辦法驗證。但與傳統的解釋相比較，這樣解釋並沒有造成更多混亂。

德國巴伐利亞州的鄉村