——用中国智慧解读大自然的奥秘
作者：张宝盈
（本书已由华龄出版社于2020年10月出版发行，书名《探索自然之谜全三册》上册《天地自然》）转载请注明出处，谢谢
（接上篇）
3.海水的电磁特性
如上所述，海水中含有高浓度的钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、氯离子……这些离子都是带电粒子，所以，海水实际上是由大量带电粒子构成的一种特殊等离子体，并在海洋中生成大量的海洋电流。而海啸所表现出来的运动形式，恰恰是等离子体所独具的带电粒子的集体相互作用。因为带电粒子间的相互作用力是长程库仑力，它们是远程相互作用，而且一个带电粒子可以同时与许多其他带电粒子相互作用，一个带电粒子的信息可以同时传递到许多其他带电粒子上去。因而等离子体的第一个特征就是集体相互作用，就是每一个带电粒子能与许多周围的带电粒子发生集体库仑作用。[10]海啸波之所以能够长驱万里，直达一两万千米以外的大洋彼岸，并在那里迸发出骇人听闻的巨大威力，与海水的电磁特性是有密切联系的，或者说，海水带电是导致海啸的一个必要条件。如果海水不带电，不存在海洋电流，就不会与长波电磁波发生共振（谐振），也就不会引发海啸。
由此可以判断，发生海啸时，哪些海域海水中的等离子体浓度越高、电流越强，哪些海域的横波共振效应就越强，释放的能量越大，海啸波也就会越高，破坏性越大。这也是由电场梯度力决定的。日本近海是常常发生地震的地方，那里常常聚集着大量的等离子体，所以在一些大海啸发生时，日本海岸常常是重灾区，即使是发生在大洋彼岸也不能幸免。而中国沿海较少发生地震，说明那里海底聚集的等离子体浓度较低，因此也较少受到海啸的袭击。如1960年的智利大地震所诱发的海啸使日本海岸受到了重创，中国沿海则无恙。
充分地显示出海啸与海水中的带电粒子存在直接联系的现象是海啸中的海水发光现象。据观察，海啸发光出现在破坏性波浪涌进海岸前几分钟甚至更长的一段时间内，且发光可以达到异常明亮的程度。日本是地震海啸相当多的国家，海啸发光的震例不胜枚举。如1896年6月15日在三陆区域，高达25米的海啸淹没了一些村落和城市，海水退出三英里时，水底发出淡青色的光，因而在无月无星的黑夜，也能清晰地看出村落。以后波浪又汹涌而来，这时天空上出现粉红的色彩，有一个渔民乘船驶进巨浪，看到波峰上的闪光像电灯那么亮，足以分辨衣服上的花纹。类似这种发光现象，在1677年陆奥海啸、1707年纪伊海啸、1792年日岛原半岛海啸、1854年南海道大地震海啸、1896年三陆海啸时也均有记载。关于1933年3月3日凌晨发生在日本三陆的大海啸的发光现象调查很详细，……分为八类：
1.浪头的光。有人在海啸时看到浪头上有雪白的亮光；2.海面上一闪一闪的光，地震后向海眺望，可见整个海面闪闪发光，有一老人目睹此状一面叫喊“海啸来了”，一面跑回家中。跟着海啸到来。3.海啸冲击海岸时沿海部分发出青光；……4.海啸发生时海水后退过程中海底也会发出青光。有人在震后约30分钟见海水开始后退，当退至100米左右时海底淤泥中喷出水来，同时发出青光；5.流星般的光。6.“与波浪一起前进的圆形光物”，……出现了几十个发光体，亮度相当强，每一个发光体持续1至2秒钟即消失……7.近海面上空的火球；……8.从海中放射出的强光。[11]
1946年12月21日，日本“海啸发生的当天零时许，有几个渔民出釜石湾在三贯岛东北约4海里的海面上捕鱼时发现船的前方出现一个大火球，像满月那样大小，高出海面20—30米，船快接近时火球逐渐缩小以至消失。当时天气是晴朗的。”[12]
容易判断，能使海水发光的只有海水中的带电粒子（等离子体）。海啸时的各种发光现象，显示了海水中聚集了远远超出正常水平的荷电粒子。
海啸发生时海浪发出的隆隆巨响，也是海水的电磁作用的典型体现——是一种电致发声和共振发声，而如果仅仅是由海底垂直升降引起的机械振动，则不会发出这样的巨响。
海啸发生时，海水不仅会发生横波共振，有时电磁场中的洛伦兹力也会引发带电粒子的回旋共振，导致海中船舶快速旋转。如1868年8月6日，美国海军的重炮海防舰、排水量约2000吨的沃特里号在南美洲太平洋沿岸的亚里加港访问时遭遇海啸，最后，这艘军舰被恶浪抛过沿岸沙丘，抛过通入玻利维亚的铁路线，抛到了离海岸线约3千米的科迪勒拉沿岸山脉的山麓。[8]（能将近2000吨的军舰抛出3千米远，这样的能量也绝不是海底垂直升降激起的波浪就能达到的。）
据记载，受到海啸袭击时，这艘“重炮海防舰在发疯似的旋转着。要是在平时，哪怕全部机器开足马力也绝不可能达到如此速度……大地继续在不规则地颤动，重炮海防舰时而疯狂地转圈，时而骤然停止……”[8]
细节反映本质。在平时，重炮海防舰“哪怕全部机器开足马力也绝不可能达到如此速度”，说明军舰受到了巨大的外力，这个外力只能是由导致海啸的海底地震释放的电磁能量提供的。军舰为什么会“发疯似的旋转”呢？这正是海啸时海底地震释放的电磁脉冲产生极强的电磁场，磁场中的洛伦兹力引发带电粒子的回旋共振，才导致军舰疯狂旋转。另外，在特定共振状态下，物体会失重，正因如此，排水量2000吨的军舰才会被抛出3千米。
海啸产生的漩涡
由海啸波的高速远距离传播、波峰波谷效应（横波共振效应）、海啸持续时间达数小时、十数小时，军舰的疯狂旋转等现象，可以判定：海啸本质上也是一种电磁现象，一种共振效应。
同时也可以判定，海啸绝不可能是海底山体滑坡、海底垂直升降这样的机械运动导致的。这样的错误认识必须彻底纠正，海啸研究才可能获得突破进展。
至此，我们运用已经掌握的科学知识，对有关海啸的各种现象和困难问题基本上做出了全面合理的解答。缺憾在于没有“定量描述”，个人能力所限，且待后人细分辨。虽然这样的解释可能上不了“科学”的殿堂，却足以为大众解惑。
作者认为，研究自然现象，应该先捋清了思路，认准了方向，再去定量描述，有的放矢，才有可能得到正确结果。这是必不可少的前期准备工作，这应该成为研究自然现象的“标准”方法。如果还没弄清是怎么回事，就盲目地去定量描述，只能把研究引入歧途，导向邪路，坠入万劫不复的深渊。
4.潮汐之谜
人类对海洋潮汐现象的认识，目前公认的解释是：月球、太阳的引力是潮汐的起因。这种观点似乎能解释潮汐的许多特点，如在新月和满月时，太阳和月亮生成潮汐的力量是相同的，这时潮汐就比平时大。而在月亮的上、下弦时，潮汐比平时小。同样的，当月亮离地球最近时，潮汐比月亮离地球最远时要大得多。
“然而对一个熟悉七大洋的领航员来说，这种解释过于简单化了。因为他发现，世界各地的潮汐不仅在时间和波幅上不同，而且在起落的特点上也各不相同。在有些地区，似乎潮汐并不是随月亮移动而是随太阳移动。它的主要表现是：高潮位和低潮位不是每天推迟50分钟到来，而是每天在同一时刻到来。在大洋洲社会群岛的塔希提岛，多年来人们了解到，高潮位通常在中午和午夜到来，而低潮位则在早晚六时到来。由此可见，在塔希提，潮汐是由太阳引起而不是月亮引起的。[13]
另外，在大洋洲的托里斯海峡中的一个小岛“星期二岛”上，发现了一个更能说明太阳潮汐的例子。——这里的潮汐不像在世界各地那样，每天向后顺延50分钟，而是每天在同一时刻到来。[13]
再者，世界上大多数海域都是每日发生二次潮汐（半日潮），对此，也有人提出这样的疑问：如果地球两侧各有一个月球，且距离相等，那么一切都会清楚了，逻辑将告诉我们，在万有引力的作用下，地球上的水将向（受两个月球吸引而成的）两座巨大的水山汇集。但是，由于我们没有第二个月球，解释这一现象就不那么简单了。——如果大洋中的海水向月球方向聚集，那么在地球的“背面”大概就应该出现海水退潮现象了吧？[14]
同时，早已有人指出，月球质量仅占地球质量的1/81.3，它的引力连自己星球上的空气粒子都吸引不住，又怎么能使距离它38万千米之遥的地球上的大海“兴风作浪”呢？引力是与距离的平方成反比的，其衰减速率是十分显著的。
目前已知，“以潮汐的大小来说，太阳和月球的引潮力是很小的，最大的潮差只有0.563米，而事实上，在陆地附近的潮汐，有的潮差却达到10—20米，比月球和太阳的引潮力所引起的潮差要大到20—30倍。[15]
而且，“在近陆的浅海地带，巨量的海水产生巨大摩擦力，有的地方在高潮的时候，却能把海水升高到15米以上。如果把5千克的海水升到15米的高度，就做了75千克米的功，有将近3/4千瓦的功率。太阳和月球的引潮力不可能在地球上发生这样大的力量。”[15]
有人计算得出：即使是在地球上引潮力最大的地方，1公斤重的物体受到的月球引潮力至多是1.10×10-6米/秒2，只相当于地球引力9.8米/秒2的890万分之一。对于一位体重100公斤的人来说（其他物体同样如此），来自月球的引潮力不会超过11达因。11达因的力有多大？小得可怜，一只蚂蚁就能使出100多达因的力。[16]如此微弱的月球引潮力，怎么能够引发有时潮高达八九米的潮汐呢？
那么导致潮汐产生的主要力量是什么呢？
很可能，造成潮汐的主要因素也是电离层、磁层电磁场变化而导致的海洋的电致伸缩和磁致伸缩效应。
由电介质物理学和铁电体物理学可知，任何电介质（包括固体、液体、气体）在外电场E的作用下都会出现应力。这种应力的大小与E的二次项成线性关系，称这种效应为电致伸缩（electrostriction）。而液体的电致伸缩效应很容易观察。如在附图中，浸入液体的金属平板电极有一个小孔与压强计相连，当两电极上加电压时，电力线集中于两极之间。由于电极外面液体被吸引入电极之间，使其中的气泡压强增大。
液体的电致伸缩
1979年后，在高介电常数材料以及略高于居里点的铁磁体中发现特别大的电致伸缩应变。[17]
另外，由铁磁学可知，铁磁体进入变化的磁场时也会发生几何形变，这种效应称为磁致伸缩。
人所共知，在大气层上方存在一个主要由等离子体构成的厚达数以万千米计的电离层和磁层，而且由于地磁场的捕获作用，在磁层中还存在两个荷电粒子（等离子体）密度很高的辐射带——范艾伦辐射带（分为内辐射带和外辐射带），这些包围着地球的厚厚的等离子层在太阳辐射、太阳高能粒子及宇宙射线的轰击下将偏离电中性而产生强大电场。这个强大电场与含有较高浓度荷电粒子（各种离子）的海洋发生电磁共振，足以对海洋产生巨大影响。
由于太阳辐射强度随着地球自转而发生变化，导致电离层和低层大气电离率发生变化致使电离层、低层大气电场强度发生变化，电离层、低层大气电场与海洋电场发生电磁共振（电离层、低层大气电场增强，海洋电场也增强，反之亦然。），由此而产生的电致伸缩和磁致伸缩效应就形成了造成海洋潮汐的主要力量。
即当海洋面向太阳时，由于太阳辐射导致的电离层、低层大气电离率升高，同时太阳风也会带来更多的带电粒子，使电场增强，电致伸缩和磁致伸缩效应使海水膨胀而出现涨潮，反之亦然。从微观角度来看，当介电常数ε>1时，电致伸缩效应使电介质被吸引向电力线密度大的地方而与电场方向无关。[17]这意味着涨潮时海岸电场增强，退潮时海岸电场减弱。这将很容易通过观测加以验证。
由于海水中含有大量荷电粒子如钠、氯、钾、钙、镁等等，会使电致伸缩和磁致伸缩效应更为显著。
所以，海洋潮汐可能主要受太阳电场、太阳辐射、太阳风调控。而月球、太阳引力对潮汐的影响力只占很小部分。
陆地同样会受到电离层、低层大气电场强弱变化所产生的电致伸缩和磁致伸缩效应的影响，但其受力强度取决于地壳中积聚的荷电粒子的浓度，由于陆地是固体而伸缩效应不太显著。这就是所谓“固体潮汐”。大气的情况同样如此，即“气体潮汐”。
之所以世界上大部分海区都会发生半日潮，即在一天内发生两次海水的升降变化，可能是因为：海洋占地球面积的70%，各大洋都是连在一起的，大陆并不能将它们完全隔开，所以白天太阳电场产生的电致伸缩和磁致伸缩效应也会被传递到地球的另一面去，因此夜间的潮汐是地球另一面的海水受太阳电场调控的结果。
那么，每月的大潮期为什么又似乎与月亮的运行周期有关呢？这可能是一种误解：它可能只与太阳的自转周期有关，而太阳自转周期27天与月球公转周期27.33天十分接近，这种周期便被误解为月球公转周期。如果说月球确实能对潮汐产生显著影响的话，那么也可能主要是由于月球运行状态影响了地球电磁场而导致的。
那么太阳自转周期为什么能引起潮汐的周期变化呢？人们早已发现，在太阳日冕中存在寿命长达20个太阳自转周（每个自转周约27天）的冕洞。冕洞是高速太阳风（等离子体流）之源。正常日冕中吹出的太阳风风速在地球附近达300—400千米，而从冕洞中吹出的太阳风风速可达700—800千米/秒。[18]当冕洞转至面向地球时，喷射出的高速太阳风使地球电（磁）场增强，电致伸缩和磁致伸缩效应使潮高增大，反之亦然。如此，则潮汐变化应与磁暴发生周期相一致。对此，可以通过观测加以验证。
能够对此观点做出印证的是举世闻名的钱塘大潮，钱塘潮每年发生在农历八月十八前后一段时间内，潮涌十分壮观，潮高可达九米多。如果潮汐仅仅是由月球和太阳引力引起的，那么在这段时间内，月球、太阳引力并未发生明显变化，为什么潮位却发生了如此大的变化呢？如果说这是因为（像一些科普书上解释的那样）钱塘江口杭州湾呈喇叭形河口，海底又有一垅垅沙岗的话，那么这样的地形在其他时间也是同样的，为什么其他时间不出现大潮呢？
而用太阳辐射调控电离层、低层大气电场进而影响海洋电场的观点就能得到合理的解释：农历八月前后，正是处在北纬30°附近的钱塘江口太阳直射、温度最高，因而空气、海水电离度较高，海水中荷电粒子浓度较大，与电离层、低层大气电场感应形成的电致伸缩和磁致伸缩效应最大的时期，因此才会在此时间段内出现比平时高得多的潮涌。
诚然，月球引力、太阳引力以及科里奥利力也会对潮汐产生一定影响，但这种影响可能要比电离层、磁层电磁场产生的电致伸缩和磁致伸缩效应小得多。所以对潮汐形成做出主要贡献的是受太阳辐射和太阳风调制的地球电离层、磁层电磁场产生的电磁力（电致伸缩和磁致伸缩效应），再加上月球、太阳、其他行星的引力、科里奥利力等，这些力的综合作用就形成了地球上的潮汐。
另外，张树斌认为，潮汐是由于海水受到太阳照射而热胀冷缩导致的（大意）。显然，海水热胀冷缩也会是潮汐发生的原因之一。
仅仅从引力的角度去研究潮汐，必然是不完备的。
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