Gömbvillám: amikor a plazmába mikroszkopikus porszemcsék kerülnek,
 
 
létrejön egy felületi feszültséghez hasonló jelenség 
 
 
 
(2026 február)
 
 
 
 

1638. október 21-én, egy heves vihar közepette a devoni Widecombe in the Moor falu lakói éppen istentiszteleten vettek részt, amikor váratlanul elszabadult a pokol. Egy semmiből felbukkanó, rejtélyes és félelmetes természeti erő, a gömbvillám csapott le a hívőkre. A katasztrófában többen meghaltak, (https://www.origo.hu/tudomany/2026/02/gombvillam-jelenseg-magyarazata-tudomany), a történtekre pedig azóta sincs megnyugtató magyarázat. A devoni eset az egyik legdrámaibb az ismertek közül. A szemtanúk szerint egy hatalmas, lángoló gömb hatolt be a templomba, amely összetörte a gerendákat és a köveket, sőt, a hívek ruháját is lángra lobbantotta. A gömb egy ponton kettévált: egyik fele kitörte az ablakot, a másik pedig eltűnt az épület belsejében. Amikor a füst és a mindent átható kénes szag eloszlott, négy halott és hatvan sérült maradt a helyszínen. Ez a tragikus esemény jól mutatja, hogy a gömbvillám nem csupán egy ártalmatlan fényjelenség, hanem pusztító erővel is bírhat.
 
A gömbvillám legelső írásos említése még korábbra, a 12. századra nyúlik vissza. 1195-ben Gervase, egy canterburyi szerzetes jegyezte fel krónikájában, hogy London felett sűrű, sötét felhőből egy izzó, fehér színű gömb ereszkedett alá, amely a Temze fölött lebegett. A jelenség azonban nem válogat a szemtanúk között: még II. Miklós orosz cár is találkozott vele gyermekkorában. Nagyapjánál, II. Sándornál vendégeskedett, amikor egy heves vihar során egy tüzes golyó repült be az ablakon, egyenesen az uralkodó felé tartva, majd békésen kirepült az ajtón.
 
A beszámolók alapján a gömbvillám jellemzői rendkívül változatosak, ami megnehezíti a tudományos vizsgálatot. A szemtanúk néhány centimétertől több méterig terjedő átmérőjű gömbökről számolnak be, amelyek színe a kéktől a narancssárgán át a vörösig terjedhet.
Míg egyes esetekben a gömbök némán suhannak, és a falakon hatolnak át anélkül, hogy nyomot hagynának, máskor hangos recsegéssel, robbanással tűnnek el, és képesek ablakokat bezúzni vagy elektromos vezetékeket kitépni a falból. A beszámolók szerint a gömbvillám képes "lepattanni" tárgyakról vagy átpréselődni réseken, majd visszanyerni az alakját, ami utalhat egyfajta belső kohézióra vagy centripetális erők.

A néphagyományban szereplő lidércfények más jelenséget takarnak. A mocsarak felett látható halvány fényeket (lidércfény)  a mocsárgázok – mint a metán vagy a foszfin – öngyulladása okozza, míg az ausztráliai „Min Min fényeket” valószínűleg a hideg levegőrétegeken megtörő távoli fényszórók fénye hozza létre. A gömbvillám elektromos természetét több véletlen megfigyelés is alátámasztja.
1965-ben Mihail Dmitrijev szovjet kémikusnak sikerült mintát vennie egy gömbvillám után maradt füstből. Az elemzés kimutatta, hogy a levegő ózon- és nitrogén-dioxid-tartalma a normális érték 50-100-szorosa volt, ami egyértelműen nagyfeszültségű kisülés-re utal, ami hasonló a Szent Elmo tüzéhez, amely statikus elektromos kisülés, és mindig valamilyen hegyes tárgyhoz (pl. árboccsúcs) kötődik, míg a gömbvillám önállóan, a levegőben lebegve mozog. A szag oka az ózon (O₃) képződés, a villám elektromos kisülése szétbontja a levegő oxigénmolekuláit (O₂), amelyek aztán ózonná állnak össze. Az ózonnak szúrós, klórszerű vagy égett vegyszerre emlékeztető szaga van, amit sokan kénesnek vagy "elektromos" szagnak írnak le. Továbbá a nitrogén-oxidok, a villám hőt termel, ami miatt a levegő nitrogénje és oxigénje reakcióba lép egymással, nitrogén-dioxidot (NO₂) és egyéb oxidokat hozva létre, és ezek a gázok szintén irritáló, fanyar szagot árasztanak.
 
Mivel a gömbvillám a természetben ritkán és kiszámíthatatlanul jelenik meg, a tudósok laboratóriumi körülmények között próbálták előállítani. Nikola Tesla már 1904-ben azt állította, hogy nagyfeszültségű kísérletei során véletlenül sikerült tűzgömböket létrehoznia. Később James Tuck, a Manhattan terv egykori fizikusa tengeralattjáró-akkumulátorokkal kísérletezett, miután hallotta, hogy a tengerészek az akkuk  kapcsolóinak zárásakor hasonló gömbök keletkeztek, a nagy szikrák az akku-sarúk anyagrészecskéit tartalmazzák.
A mikrohullámú elmélet (Kapica-modell): Pjotr Kapica szovjet fizikus szerint a villámlás mikrohullámú sugárzást hoz létre, amely egyfajta „légköri mézerként” (a lézer mikrohullámú megfelelője, állóhullám) működik. Ez a sugárzás ionizálja a levegőt, plazmagömböt hozva létre. Ez az elmélet magyarázza, miért gyakoribb a jelenség nyílt terepen, és hogyan tud behatolni zárt terekbe – például repülőgépek utasterébe – anélkül, hogy ott nagyobb kárt tenne, mivel zárt térben az energiája korlátozott.
Abrahamson-elmélet: John Abrahamson 2000-ben felvetette, hogy amikor a villám szilíciumban gazdag talajba csap, a hőség elpárologtatja a szilíciumot. A levegőbe kerülő szilíciumgőz reakcióba lép az oxigénnel, és egy izzó, plazmaszerű gömböt alkot. Ezt az elméletet támasztja alá egy 2012-es kínai megfigyelés is, ahol a kutatóknak sikerült színképelemzést végezniük egy természetes gömbvillámról, és abban a talajból származó elemeket (szilíciumot, vasat, kalciumot) mutattak ki.
 
Az elmúlt években (2024–2025) több ígéretes tudományos elmélet és megfigyelés is napvilágot látott:
- Az egyik a pozitív ionmag-modell (2025), pozitív ionokból álló mag, amelyet egy forgó elektronhéj vesz körül. A szerkezet stabilizálná a plazmát, és magyarázatot adhat arra, miért robban fel a jelenség, ha nedvességgel érintkezik.
- Relativisztikus mikrohullámú csapda: a korábbi Kapica-modell, a máig meghatározó elmélet szerint a villámcsapás pillanatában keletkező intenzív mikrohullámú sugárzás ionizálja a levegőt, és egy plazmabuborék bezáródva hozza létre a fénylő gömböt, ami megmagyarázza, hogyan képes a jelenség falakon vagy ablaküvegen is áthatolni.
 
- Az új magyarázat: A poros, szennyezett plazmáknál, amikor a plazmába mikroszkopikus porszemcsék kerülnek, melyek nagy töltést vesznek fel,  folyadék szerűen viselkednek, és létrejön a klasszikus értelemben vett felületi feszültség. Sok ezer Kelvin fokos, de légköri nyomású gömb alakul ki, ami a környezetének nyomásáig tágul.** Bár a szemcsék azonos töltésűek (tehát taszítják egymást), a felületi feszültség miatt a rendszer ellenáll a felület megnövelésének, mert a növekedés több energiát igényelne a szemcsék közötti taszítóerők leküzdéséhez a széleken. A porszemcsék azonos (általában negatív) töltésük miatt taszítják egymást, a mozgó ionok által keltett árnyékolás és kollektív effektusok miatt fellép egy hosszú hatótávolságú vonzóerő, és ez a vonzás biztosítja a porszemcse-felhők stabilitását és határozott felületi határvonalat eredményez. A porszemcsék jelenléte növeli a plazma látszólagos felületi feszültségét, amely gömb alakú formába kényszeríti a részecskefelhőt, még akkor is, ha a tiszta Coulomb-taszítás szétvetné azokat.
A porszemcsék azonos (negatív) töltésűek, így taszítják egymást, de a Yukawa-potenciál miatt vonzzák is egymást, ami kialakít a  plazmában egy külső korlátozó erőt, ami "összetartja" a felhőt. A külső erő kényszeríti a szemcséket egymás közelébe, a taszítás ellenére. A széleken lévő szemcsék aszimmetrikus környezetben vannak. Ha meg akarjuk növelni a felületet (azaz több szemcsét akarunk a szélre tolni, a meglévőket távolabb kényszeríteni a középponttól), akkor a Yukawa potenciál miatti külső összetartó erők ellenében kell munkát végeznünk. A felületi feszültség együtthatója függ a szemcsék töltésétől, ha nagyobb a töltés, nagyobb a taszítás és a felületi ellenállás is, és a porsűrűségtől, ha sűrűbb,  akkor is nagyobb energia kell.
A Debye-hossz meghatározza, hogy mennyire árnyékolja le a plazma a Yukawa-potenciál miatt a szemcsék töltését. A rendszer egésze egy potenciálvölgyben van, és a felület növelése megzavarná a minimális energiájú elrendezést, és a szemcséket olyan pozíciókba kényszerítené, ahol az elektrosztatikus taszításuk legyőzése több energiát kívánna meg  a rendszer teljes energiamérlege szempontjából.
Mérnök-fizikus magyarázat: amikor a porszemcsék közötti elektrosztatikus energia jóval nagyobb, mint a termikus energiájuk, a szemcsék közelítőleg fix rácspontok köré rendeződnek. A felületi feszültség pedig az elektromos potenciálvölgy és a Yukawa-potenciál egyensúlyából adódik. A széleken az aszimmetria miatt egy nettó befelé mutató erő hat a Yukawa potenciál miatt, ami pontosan úgy viselkedik, mint a vízcseppeknél a kohéziós erő, csak itt a közvetítő közeg a plazma árnyékolt elektromos tere. Ha a plazma sűrűsége változik, a Debye-hossz lerövidül, ami "kikapcsolja" a szemcsék közötti taszítást (erős árnyékolás, mert minden egyes Debye-hosszal a töltések elektromos árnyékolása gyorsan nő, és az elektromos potenciál  e-ad részére csökken). 
A mennyiségi különbség az oka, hogy miért viselkedik másképpen egy "tiszta" elektrosztatikus rendszer és egy plazmába ágyazott porszemcse-felhő (lehetnek nitrogén oxidok, szilíciumvegyületek, víz, szénvegyületek vagy kőzetszemcsék). Az elektromos potenciál 1/r -el csökken a távolság függvényében, a Yukawa pedig rövid távolságú, 
    és a porszemcsék csak a közvetlen szomszédaikkal lépjenek erős kölcsönhatásba, a Debye-hossz feletti távolságokon a potenciál értéke gyorsan nullára zuhan. Plazmában a negatív porszemcse körül "felhőbe" gyűlnek a plazma pozitív ionjai. Az ionfelhő részben semlegesíti (leárnyékolja) a porszemcse töltését a távolabbi szemcsék számára. Ha messzebb megyünk a szemcsétől,  több "védő" ion rétege kerül közéjük, amit az exponenciális csökkenés modellez. A jelenséget a plazmafizikában Debye-Hückel árnyékolásnak is nevezik. Az exponenciális csökkenés biztosítja a rendszernek a stabilitást, határozott felületet, amit a felületi feszültség szerű jelenség okoz, mert a szélén lévő szemcsék már nem kapnak erőt "kintről", csak a belső szomszédaiktól. Bár a szemcsék azonos töltésűek (tehát taszítják egymást), a felületi feszültség miatt a rendszer ellenáll a felület megnövelésének, mert az több energiát igényelne a szemcsék közötti taszítóerők leküzdéséhez a széleken.
 
 
 Más:  Ha a gázt kamrában megforgatják (örvénykamra), a centripetális erő a sűrűbb, hideg gázt a falhoz szorítja, míg a forró, ritkább plazmát a középpontban stabilizálja. 
- A gömbvillám egy önfenntartó, forgó elektromágneses mező. A töltött részecskék mozgása olyan mágneses teret hoz létre, amely "összefogja" a plazmát (ezt hívják mágneses palacknak vagy Lorentz-erőnek)
- Akusztikus összetartás egy dinamikus folyamat, állóhullámokkal is létrehozható centrális összetartás. Pl. ultrahangos állóhullámok segítségével egy gázbuborékot a folyadék közepén tartanak. Az összeroppanás pillanatában a buborék belsejében a hőmérséklet rövid időre elérheti a 10 000 Kelvint, miközben a külső nyomás 1 atm körüli.
 
Következtetés: Ha élünk azzal a feltételezéssel, hogy a mai fizikai ismereteink szerinti összes lényeges magyarázat szerepel a felsorolásban, akkor a tudományos kutatás alapelve szerint ki kell választanunk a legvalószínűbb és a legegyszerűbb magyarázatokat. A legegyszerűbb magyarázat a szennyezett plazma. A legvalószínűbb a Kapica-modell, ahol a nagyenergiájú elektromágneses állóhullámokhoz fémüreg lenne szükséges (Dr. Almássy György: Mikrohullámú tápvonalelemek és üregrezonátorok szerkesztése, Műszaki Kiadó, Budapest, https://www.radartutorial.eu/08.transmitters/Magnetron.en.html). Az üregrezonátorok (mikrohullámú rezonátorok) jó vezetőképességű (fém) falakkal vannak határolva, az elektromágneses tér komponenseire vonatkozó határfeltételek lényegesek az állhullámok kialakulásához. A tangenciális (a felülettel párhuzamos) elektromos komponens értéke ideális esetben nulla, mert a vezető felületén lévő töltéseket elmozdítaná, áramot gerjesztene, ami egy tökéletes vezetőben végtelen nagy áramsűrűséget eredményezne. Ezért az elektromos térvonalak a fémfalra merőlegesen lépnek ki/be. A tökéletes vezető felületén a mágneses térerősség normális komponense nulla, a mágneses téret meghatározza a felületi áramsűrűség, a mágneses mező vonalak párhuzamosak a vezető fallal. 
 
Fontosabb további kutatási eredmények gömbvillámokra:
- Laboratóriumi kísérletek: Bár több kutatócsoport (pl. az Innsbrucki Egyetemen) próbálkozott mesterséges előállítással, de a természetben megfigyelt gömbvillámok minden tulajdonságát (lebegés, hosszú élettartam) még nem sikerült egyszerre reprodukálni. A lebegés oka, hogy a gömb légköri nyomású gáz, plazma.
- 2020 óta fut egy nemzetközi projekt, amelyben már több mint 800 szemtanúi beszámolót gyűjtöttek össze és elemeztek, hogy pontosabb statisztikai képet kapjanak a jelenség körülményeiről.
- Spektrumanalízis: egy ritka -kínai- videófelvétel elemzésekor szilíciumot, vasat és kalciumot találtak a gömbvillám fényében, ami alátámasztja azt a korábbi elméletet, miszerint a talajba csapó villám által elpárologtatott ásványi anyagok oxidjai megjelennek a gömbben.
 
*
A plazma egyszerre gázként és  "kvázi-folyadékként" viselkedik. Bár egy plazmának nincs a folyadékokéhoz hasonló klasszikus felületi feszültsége, de léteznek olyan elektromágneses és nyomáskülönbségen alapuló hatások, amelyek hasonló módon "egyben tartják", elhatárolják a környezetétől. A részecskék hőtágulási nyomása alapvetően arra készteti a plazmát, hogy kitöltse a rendelkezésre álló légteret, amíg a nyomása kiegyenlítődik. Bár klasszikus értelemben vett felülete nincs, a levegőben lévő plazma (például egy villám vagy egy laboratóriumi plazmaív) esetében fellépnek határréteg-jelenségek, melyek:
- elektrosztatikus kettős réteg: a plazma felületén az elektronok (kisebb tömegük, mozgékonyságuk miatt) gyorsabban próbálnak megszökni, mint az ionok, ami egy vékony elektromos töltéskülönbséget hoz létre a határon, ami egyfajta "elektromos falat" képez, visszatartva a részecskéket.
- (Mágneses összehúzódás, a Pinch-effektus, amikor a plazmában erős örvényáram folyik, az saját mágneses teret gerjeszt, ami befelé irányuló Lorentz-erőt fejt ki, ami fizikailag összeszorítja a plazmát,)
- poros, szennyezett plazmák, amikor a plazmába mikroszkopikus porszemcsék kerülnek, melyek nagy töltést vesznek fel. Ez a rendszer képes közel kristályszerkezetbe rendeződni vagy folyadékként viselkedni, és ebben az esetben létrejön egy, a klasszikus értelemben vett felületi feszültség.

 
**A szennyezett, poros plazmákban a porszemcsék negatív töltést vesznek fel, és kialakul köztük az úgynevezett Coulomb-kristály vagy erősen csatolt folyadékfázis, ebben az állapotban a felületi feszültség fizikája alapvetően három tényezős
- A potenciális energia minimalizálása: a klasszikus folyadékokhoz hasonlóan a poros plazmában is a potenciális energia minimalizálására való törekvés hozza létre a felületi feszültséget. A porszemcsék közötti kölcsönhatást általában a Yukawa-potenciál (árnyékolt Coulomb-potenciál) írja le, ami függvénye a szemcse töltésének a távolságnak, a permittivitásnak és az exponensben a Debye-hossz reciprokának. A "folyadék" belsejében lévő szemcsét minden irányból taszítják a szomszéd részecskék, így az erők egyensúlyban vannak. A határfelületen lévő szemcsékre viszont befelé mutató nettó erő hat, mert kívülről nincs, ami ellensúlyozza a belső szemcsék taszítását. Az aszimmetria húzza össze a rendszert, létrehozva a feszültséget. 
- A Debye-árnyékolás szerepe: a poros plazma felületi feszültsége függ a plazma paramétereitől. Mivel a porszemcsék közötti teret elektronok és ionok töltik ki, ezek leárnyékolják a szemcsék töltését. Ha az árnyékolás gyenge (nagy Debye-hossz), a részecskék távolabbról is "érzik" egymást, ami növeli a felületi energiát. A felületi feszültség itt nem egy állandó anyagi jellemző, hanem gyorsan változik az elektromos tér módosulásával.
- Bár a szemcsék azonos töltésűek (tehát taszítják egymást), a felületi feszültség miatt a rendszer ellenáll a felület megnövelésének, mert az több energiát igényelne a szemcsék közötti taszítóerők leküzdéséhez a széleken.