◤编者按◢ 

上海，从不缺仰望星空的人。这一次，我们把目光对准了那些在实验室、孵化器、生产间里“折腾”的年轻人。

他们是科创浪潮中的探索者——用一行代码重构传统，用一个公式挑战边界，用无数次失败换一次点亮。这座城市因创新而澎湃，而他们，正是最锋利的浪尖。

“探索者”栏目将走进这群年轻人的世界，记录他们的执拗与灵感、困顿与突破。这不是成功学故事，而是一幅正在生长的上海科创群像。因为每一个勇敢的探索者，都值得被看见。

青年报·青春上海记者 刘晶晶/文 受访者/图

公元1088年，北宋学者沈括在《梦溪笔谈》中记载了一种奇异现象——“雷火”。它不焚木牖窗纸，却能消融金属器具。千年之后，这种被现代人称为“球状闪电”的神秘火球，依然困扰着科学界。

如今，这团“光”终于在上海的实验室里被“捉”住了。中国科学院上海光学精密机械研究所研究员田野与其团队，在国际上首次成功激发并捕获了一种在形状、状态和发光特性上与自然界球状闪电高度相似的球形发光体，证实其本质为电磁孤子。“捕光”的背后，是这位首届上海市科技青年35人引领计划（U35）获得者带领一群青年科研人员持续数年的坚持、无数次失败后的再出发，以及一份源于科幻想象的浪漫执念。

复现“幽灵火球”，一场源于科幻想象的“换道超车”

球状闪电之所以成为难题，在于它挑战了物理学的常识：普通闪电转瞬即逝，为何它能维持数秒甚至更久？什么机制将其束缚成一个完美的球形？

早在上世纪，科学家就提出过各种理论假设。2016年，浙江大学教授武慧春提出，球状闪电可能是微波电磁孤子的宏观表现，自然界中云层放电产生的强微波或许正是这团能量的源头。

彼时，田野正带领团队在上海超强超短激光实验装置“羲和”上攻关。2017年底的一次与科幻作家交流会议上，他曾与作家刘慈欣围绕科学与科幻展开交流。返程之后，他再想起刘慈欣的科幻小说《球状闪电》，小说中那团神秘而诡谲的“幽灵火球”，其背后隐藏的终极谜题，也恰恰是他长期以来始终想要追寻与破解的科学问题。

无独有偶，在一次学术会议期间，田野与武慧春教授在会场外的雨中畅谈良久。“武教授认为，要验证这个理论，需要开辟新路径，但关键瓶颈在于缺乏强微波源。”田野回忆。

面对“此路不通”的困境，田野想到了“换道超车”——不用微波，用毫米波也即太赫兹波。“它的波长比微波短一些，理论上相较更容易获得强场，同时能产生尺度近毫米、寿命更长的孤子。”但这个想法在当时有些“疯狂”，因为要让太赫兹波场强达到“相对论级别”，这也是长期未解的科学痛点。

直到今年，田野与其团队持续数年的研究终于得到突破，他们“造”出了“球状闪电”。“你可以把它理解为一个气球。”田野用一个直观的比喻向记者解释，“但最大的差别在于，气球里面是气体，而我们的球体里面是光、是电磁波。就像在气球里面把光抓住了。”

其本质是一种“电磁孤子”，一团被自身“光之茧”周围的等离子体囚禁的稳定能量结构。这一成果发表于《自然·光子学》，为破解球状闪电这一世纪物理谜题奠定了关键实验基础，未来也可能被应用于聚变能源等领域。

无数个“再试一次”，只为等待一束光

这份成果，来自于团队多年的积累。

此前，田野团队在强场太赫兹表面波研究上已深耕多年。2017年，他们发现用激光照射金属丝可以产生太赫兹发射，并且实验发现太赫兹能量转换效率远超其他技术方案。2022年，他们继续深挖太赫兹高增益的核心机制，同时也拓宽认知局限，阐明太赫兹起源于金属丝上的表面波，证实这种传播的表面波经历了受激辐射放大机制。但如何将太赫兹波推进至相对论强度，依旧还差临门一脚。

“我们想到了一个办法，把金属丝端面改为纳米级针尖。”田野说。当太赫兹表面波沿着金属丝传导、汇聚到仅50纳米半径的针尖时，场强被极度增强，足以瞬间电离气体，这为“造出”球状闪电提供了可能。

然而，从理论设想到实验成功，中间隔着无数个“再试一次”。

团队中的90后周楚亮副研究员，在上海“羲和”装置的真空腔体里待了整整一个月。腔体空间狭小，人钻进去站不直腰，夏天闷热难耐，戴着复杂的手套操作数个精密镜架。每调整一次，钻出来，发现不行，再钻进去。“他每天兢兢业业地调，出来喝口水，再进去。”田野说。这样的日子，持之以恒做下来需要意志品质。

哪怕一个小小的喷气喷嘴也可能是决定成败的关键。为了获得满足实验等离子体要求的气体密度和流场结构，团队必须定制微型超音速喷嘴，它的内部加工有几十微米级的精细通道。由于国际和国内企业很少有相关加工经验，第一次承接这样的定制也有不小的压力，前后尝试了三个方案才由国内公司成功研制。“每更换一次喷嘴，就要重新采集数据。”田野说，“但我们不会说遇到几次麻烦就不干了，这种麻烦，我们能承受一百次。”

实验的失败率无法精确统计，因为数据量太大了——团队积累了上万幅实验数据。最开始拍到的，只是“短暂”散乱的发光，根本不是“持续发光球”。大家每天看数据，重新调整针尖位置、气体密度、时间同步……

“其实我们最初做的时候，并不知道最后能成功。”田野坦言。是什么支撑着他们继续？“就是好奇心。我就是想知道它到底能不能产生，它是怎么产生的。”田野说，“这是做科研的一种定力和惯性。”

终于有一天，经过无数次尝试后，在暗室的探测器首次捕捉到一个直径约百微米的“小火球”，它突然出现在显示屏上，大家兴奋不已。随着延时扫描的展开，团队发现它的发光寿命比过去同类实验提升了成千上万倍。进一步光谱分析表明，这一球体内部温度并未像普通等离子体那样迅速衰减，而是从约7万度缓慢降温至6千度。这种不寻常的缓慢冷却，成为太赫兹波被包裹在内部、持续注入能量的关键证据。

“团队成员看到这个球时都非常激动。”田野说，“虽然它比自然界的球状闪电小了一千倍，但确确实实是一个长时间燃烧的发光小球。”

与科学“掰头”，最享受的是物理本身的美妙

科学的道路并不总是通衢大道。对于田野来说，推翻自己的认知，同样是科研的一部分。

2017年，团队发现超强超短激光打微米直径金属丝能产生强太赫兹波，当时国际轰动，大家畅想可用于太赫兹光源。但田野总觉得哪里不对，这里肯定还有未阐明的机制：“它的强度比常规理论估算强了百倍以上，不合理。”此后几年时间，本着较真的态度，团队反复验证，最终在2022年证实，那并不是自由空间的太赫兹波直接发射，而是一种表面波，并且表面波在被电子脉冲持续泵浦实现辐射放大，能量绝大部分束缚在金属丝表面。

“可能更多时候走一些弯路，比走直线会收获更多。”田野说。这次“纠错”让他们真正掌握了产生极强太赫兹表面波的方法，进而才有了后来的球状闪电实验。

对于田野来说，科研中最享受的瞬间，不是论文发表后的庆贺，而是与物理本身“打交道”的时刻。“拍第一幅数据时最开心，再连续拍一万幅、一百万幅也开心——你在不断积累不断验证过程中，发现这些现象背后的物理居然这么美妙，当你推演的物理模型与实验结果如此贴切，相互印证。那些曾经令人困惑的现象被一步步揭开，这个过程获得一种极为强烈的探索成就感，而这种不断逼近真相的过程，本身也充满了独特而美妙的魅力。”

田野走上科研道路，多少有些偶然。他高中时读过《时间简史》，深受触动，但最初的梦想是学医，高考时报考了北大医学部本硕博连读，未录取后调剂到哈尔滨工业大学光学专业。“数理一直很好，我就接受了。”他说。

如今回头看，他庆幸这个“接受”。他能感受到，这些年来科创环境的越来越好。作为U35的首届入选者，田野对这座城市给予青年科学家的支持感触尤深。“青年人不仅被看见，也有机会参与到各种大的科学项目中去，得到锻炼。”

“这次实验，离不开‘羲和’装置的支撑。”田野说。2015年，上海与国家发改委共同投入建设这一世界最高峰值功率的激光系统。见证了从一片空地开始到装置落地，年轻的他参与，从真空腔体设计到超快激光平台搭建和探测技术开发。“那时候我们很多仪器设备要求国产化，国内的供应商和工厂跟我们一起迭代技术、共同进步。”

他坦言，正是在这些大科学装置上“练兵”的机会，才锻炼出今天能攻克球状闪电难题的团队。而上海近年持续布局的大装置集群，更让他对未来的创新突破充满信心。

鼓励学生敢想、敢质疑，相信中国科学的未来

田野团队的核心成员，大多是90后。其中，95后张冬冬和90后周楚亮，都是此次“球状闪电”研究中踏实肯干、长期坚守的一线学生骨干。田野会根据每个人的特质因材施教，分配科研课题，有人擅长多线并行，同时推进三个课题，有人更适合聚焦攻坚，专注一两个。“抗压能力不强、没耐心的，往往早已在长期科研过程中被自然筛选掉了。”

谈及如今的“00后”学生，田野的语气中充满惊喜。“他们会直接跟我说，‘老师，您提到的这个模型可能不是最优’，然后递给我一页纸，推导的各种公式，说应该用他的模型。”在田野看来，这一代年轻学生最大的特质是敢于质疑、敢于建立自己的思考体系。面对学生的“挑战”，田野并不会急于否定，而是选择放手：“好，那就按你的思路去做。

让他们尝试两三个月，一个方案不行，再试另一个，两三次下来，学生对科研的理解与心性逐渐沉淀下来。这时，田野再结合自己的思路和科研经验指导学生。“不能轻易否定他们的想象力，既要支持他们敢想敢试的热情，但也要引导他们建立更严谨、更符合科学逻辑的思维方式。”他也相信，当越来越多充满创造力与独立精神的年轻科研力量投身到科研事业，将有望在未来二、三十年，在中国诞生大量诺奖级的原创成果。

田野的乐观，源自他对年轻一代的观察，也源自他对上海这片科创热土的亲身体验。从2015年“羲和”开始建设时的一片空地，到如今实验室里那团被“捉住”的球形闪电，他相信，只要有好奇心驱动、有耐心坚持、有平台支撑，科学之光终将照亮未知。

而他自己，正带着团队奔向下一步——把“球状闪电”做得更大、维持更久，让它真正可控。“说不定哪天，你就能用肉眼看到它了。”田野笑着说。

青年报·青春上海记者 刘晶晶/文 受访者/图

编辑：张红叶

来源：青春上海News—24小时青年报