闪电为什么是曲折的而不是直线

看到闪电总是曲折状落下。

有时候还会分成好几枝。

如果电流走最快路径,应该是直线,为什么会弯曲分枝?

电流应该走最快的路,是不是空气中有什么障碍物让它拐弯?

"直线最快"这个前提是错的。因为电流在空气中无法直接流动。

空气是[绝缘体]。不导电。闪电要发生,首先要让空气[电离],制造出能让电流通过的通道。

云底负电荷积累足够多时,电场变强,形成[阶梯先导] (step leader)。阶梯先导以约50米一段的方式逐步推进。每推进一段就稍停,从那个位置往最容易电离的方向推进下一段。

因为每一步都要重新寻找"最易流通的通道",方向不断改变。这就是曲折形状的真相。

当阶梯先导同时尝试多个方向时就会[分枝]。失败的分枝消失,只有到达地面的通道留下来。

先导接近地面时,地面会有正电荷[上行先导] (streamer)升起相迎。两条通道连接的瞬间 = [回击] (main stroke) = 我们看到的闪电光。

闪电的曲折是找路的痕迹。不是直线最快,而是通道形成的形状本身在发光。

左边是阶梯先导的逐阶段推进。上拉阶段滑块: 云底负电荷积累 → 第一段50米推进 → 停顿与方向转换(弯折) → 分枝(失败的枝消失) → 接近地面 + 上行先导升起 → 回击(整条通道发光)。用分枝切换显示或隐藏分枝。

右边是电离通道放大图。平时空气分子处于绝缘状态,但强电场让分子电离后就形成电流通道。用电离切换看分子级变化,用速度切换比较慢动作和实时。

用阶段滑块跟随阶梯先导六阶段(电荷积累 → 50米推进 → 弯折 → 分枝 → 上行先导合流 → 回击),用分枝切换看分枝,用电离切换看分子级通道形成,用速度切换看慢动作。

静电火花静电火花是同一原理 (身体 = 负 / 门把手 = 正 / 小型阶梯先导)。

电晕放电高压输电线附近的电晕放电也是同样电离现象的弱版本。

绝缘击穿电气工程师研究的绝缘击穿核心就是这个 = 绝缘体在强电场下让出通道。闪电是自然界制造的最大规模的绝缘击穿。

安全闪电不走直线或最短路,而是沿最易电离的通道下来。所以旷野里的高树或独自站立的人容易成为通道起点。听到雷声就到室内或车内避险更安全。