要想了解闪电的成因，首先要了解是什么因素使得正、负电荷分离开的。科学家们发现，在一般情况下，雷电云层要达到两英尺以上的厚度时，才闪电的形成
生闪电。带正电荷的往往是温度很低的上部云层，而带负电荷的往往是温度很低的下部云层。当正、负电荷之间的电场足够强时，就会把绝缘层击穿，于是闪电就发生了。但是，到底是什么驱使正、负电荷分开的呢？
不少科学家认为这可能与降雨有关。最通行的解释是：以大雨滴或是以冰粒形式倾泻而下的雨水，往往带负电荷；而带正电荷的小尘粒和冰晶的微粒便在云层上面积聚起来，形成了足以引起闪电的电场。为了检验这一说法是否有道理，美国的一些科学家用雷达来测试闪电之后降雨速度是否有变化。他们的想法是，如果说降雨产生了雷电，那么雨滴降落就得抵抗大气电场力而前进，从而使得雨滴的降落受到了阻碍。闪电之后，电场减弱了，降雨速度就应当加快。但是观察的结果却令人失望，他们发现大多数雷雨在闪电之后雨滴并不改变降落速度。这一说法被彻底否定了。
还有人认为，起初的充电过程，产生在冰雹与冰晶或极冷水滴的撞击。冰雹块被撞裂开后，带正电的轻冰粒便集中在云层的上部，而带负电的较重的冰粒下降，在云层下方形成负电荷。但是，如果单用降雨来解释闪电，那么，为什么闪电经常发生于降雨之前，而不全是降雨之后或降雨过程中呢？另外，在火山爆发时为什么也会产生闪电呢？
接着又有人提出了另外一种说法，认为电荷产生在雷电云层之外。先是大气中过量的正电荷被吸附到上面的云层中，同时又吸附了云层上方大气中的负电荷，这些负电荷便附着在不断被气流裹挟而下的云团上。正是由于这样上下的剧烈运动，才把正、负电荷分外，最终形成闪电。
然而，这一假说也并未得到证实。看来，要真正解释清楚这一司空见惯的自然现象，还真不容易。一些科学家指出，必须更多地了解雷电云的内部作用过程，方能令人满意地解释闪电现象。但是即使这一问题解决了，还有更多的闪电之谜在等待着我们。比如，为什么闪电通常总是一种怪模怪样的“之”字形？为什么闪电更多地发生于陆地上空而不是水面上空呢？为什么闪电总是多发生在夏天而冬大很少见呢？为什么雷电通常击毁高处的物体，但又并非“总是如此”呢？
雷电是神秘的，也是危险的。为解开闪电之谜，一些具有勇敢探索精神的科学家不惜付出了牺牲。很多科学家们更是付出了大量的辛勤、智慧和劳动，提出了上述几种假说。但是，这些假说没有一种是被普遍接受的。看来，要想对这一自然现象得出一个令人满意的答案，还有待于条件的进一步成熟。
神秘的真空现象
1654年，科学家葛利克做过一个有名的“马拉铜球”的实验，以表明我们周围并非什么也没有，而是充满空气；空气对物体施加压力，以至于16匹马都得十分费力才能把抽空气体的铜球拉开。人们把类似铜球内经抽气后的空间，叫做“真空”。
但是，真空其实不空。直至今天，科学家都不能完全排除甚至某一小范围内的空气。电视机显像管需要高真空才能保证图像清晰，其内部真空度达到几十亿分之一个大气压；但是这样的真空内，1立方厘米大小的空间也有好几百亿个空气分子。在高能加速器上，为防止加速的基本粒子与管道中的空气分子碰撞而损失能量，需要管道保持几亿亿分之一个大气压的“超高真空”；即使在这样的空间，1立方厘米内还有近千个空气分子。即使在高度真空的太空实验室，每立方厘米的空间也有几个空气分子。
上述以抽出空气方式得到的真空，叫做“技术真空”。科学家把技术真空的极限（即完全没有任何实物粒子存在的真空）称为“物理真空”。
可是在一些人看来，“物理真空”内部非但不空，而且十分复杂。按照狄拉克的观点，它是一个填满了“负能电子”的海洋。20世纪20年代，英国物理学家狄拉克结合狭义相对论和量子力学，建立了一个描述电子运动的方程。它一方面十分正确地描述了电子运动，另一方面又预言了科学家当时尚未认识的负能量电子。
自然界一切物体的能量总是正的。高山流水能冲刷堤岸、推动机器，它们有（正）能量；高速运动的电子能使电视荧光屏发光，它们也有（正）能量。如果说电子具有负能量，就意味着加速它时，它反而减速；向左推它时，它向右运动。
按照量子力学，两个电子不能处在完全相同的状态上，就如一个座位通常只能坐一个人。但狄拉克认为，所有负能状态通常是“满员”的，它被无穷多的负能电子占据。因此，正能电子其实是不能永无止境地发射能量的，其能量甚至不能降至零。这意味着，即使一个没有任何实物粒子的空间，也是一个充满无穷多个负能电子的大海。一个负能电子可通过吸收足够多的能量而转变为；具有正能量的普通电子，尔后在负电子海洋中留下一个空穴，即少了一份负能量和一个负电子，这相当于给了海洋一个带正电荷和正能量的反电子（或正电子)。
1932年，美国物理学家安德逊果然找到了它，狄拉克的理论也终于为大家所接受。质子和中子也有负能反粒子，物理真空还可分别由它们（负能质子或负能中子）填充。在物理真空中，正、反粒子对可不断地产生、消失或消失后又产生，它们生存时间短，瞬息万变，迄今还未观测到，称为虚粒子。它们在，一定条件下可产生一些物理效应。例如，一个重原子核周围的虚核子（反质子：和反中子）在强电场作用下，会排列起来，出现正负极性，称为真空极化，这将影响核外电子的分布，导致原子核结构改变。
粒子与反粒子碰到一起，变成一束光。反之，一束强光也可从物理真空中打出粒子与反粒子。质子与中子等并非终极基本粒子，而是由更基本的“夸克”所组成。夸克有六种“味”，即上夸克、下夸克、夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克。它们在质子、中子等粒子内部几乎作自由运动，但不能脱离这些粒子而单独存在。它们似乎被一种强大的力囚禁了起来。按照“口袋模型”，粒子就如物理真空中运动的口袋，口袋里装有夸克，夸克间存在很微弱的相互作用，由一种叫做胶子的粒子传递。
粒子衰变或破碎为两种或两种以上的其他粒子时，可看作一个口袋变成两个或两个以上的口袋。同样，两个或两个以上的粒子聚合成一个大粒子，就相当于多个口袋合成一个大口袋。于是，在破碎和聚合的过程中，永远找不到单个夸克，口袋的分解或聚合就如液体（如肥皂水）中气泡的分解和合成。气泡内气体分子几乎是自由运动的，大气泡可以分解成小气泡，小气泡也可合并成大气泡。若基本粒子如小气泡，则物理真空就如液体。这种液体性质独特，它只能一对对地产生气泡，或一对对地消失。
按照口袋模型，口袋里面（或气泡里面）叫做“简单真空”，外面是物理真空，这形成真空的两种“相”。物理真空在一定条件下可变成简单真空，就如日常生活中三相间的转变一样。固体受热变液体，液体受热变气体，这些只需几百度或成千上万度就可发生。温度高达几十万、几百万或几千万度时，气体原子就要解体，变成叫做离子的带电粒子。同样，温度足够高时，口袋也将解体，质子、中子等基本粒子不再是基本的物质形式，它们将成一锅由夸克和胶子组成的高温粥，称为夸克一胶子等离子体，物理真空也就成了简单真空。
计算机模拟实验表明，物理真空熔化为简单真空，需2万亿度以上的高温，这个溶化的物理真空也叫“熔融真空”。重原子核可以包含上百个质子和中子其内空间正常状态下是个很好的物理真空。科学家希望通过碰撞来加热它，使其溶化，获得简单真空。目前在高能实验室中，质子和原子核间的碰撞能量已达几百兆电子伏特，这已相当于将原子核（局部）加热到了几万亿度，但由于质子(与原子核比较）太小，只将原子核穿了一个洞，并未将整个原子核熔化。
科学家正在设法利用重原子核间的碰撞来实现熔融真空。熔融真空实验之所以重要，不仅在于它能直接检验关于基本粒子结构的一些理论假设，还在于其实验结果可能有助于科学家理解宇宙的早期演化。
按照大爆炸模型，我们的宇宙始于约200亿年前的一次巨大爆炸。爆炸发生的一瞬间，温度远远超过熔融真空所需温度，故早期的宇宙应是夸克——胶子等离子体。随着宇宙的膨胀，温度逐渐降低，简单真空也向物理真空转化，出现了构成今天物质世界的基本粒子。预期在真空转化过程中，应存在由50个或以上的夸克所组成的物质结构（通常的粒子只包含2个或3个夸克）。熔融真空实验是对这种早期宇宙演化的模拟，是一种理解宇宙演化的重要手段。
为了测量真空熔化时放出的大量粒子，需在非常小的锥体内同时测量上千个粒子，这是前所未有的，迄今还没有人能够在一次碰撞事例中测量上百个粒子。科学家即使用他们最娴熟的乳胶探测器，尽管其分辨率很高，也无能为力，它也不适宜于探测高能加速器实验中的夸克——胶子等离子体。这些困难经常困扰着科学家并激励他们去解决。
厄尔尼诺现象
很早以前，南美洲厄瓜多尔和秘鲁沿岸的居民就发现，每到圣诞节前后，世界着名的秘鲁渔场的鱼产量就会大幅度降低。他们觉得非常奇怪，并想找出其中原因。经过长期观察，他们发现，原来每到圣诞节前后，南美西海岸附近海域的海水温度就会升高；随之，在这一海域里生活的适应冷水环境的浮游生物和鱼类就会大量死亡，所以渔场减产。但当时的人对这种海面水温升高的自然现象迷惑不解，以为是“圣婴”降临了。“圣婴”在西班牙语中的发音为“厄尔尼诺”，因此，厄尔尼诺这个词最初仅仅是指秘鲁沿岸海水温度异常变化的现象。
其实，厄尔尼诺绝不仅仅局限在秘鲁沿海一带。科学家们发现，它实际上是东太平洋赤道附近水温反常上升的一种气候现象。现在世界各国科学家对厄尔尼诺给出了一个基本一致的定义：如果赤道东段和中段一带太平洋大范围的海水温异常升高，月平均海表温度上升0.5尤，且持续时间达3个月以上者，就称为一次“厄尔尼诺事件”。
但到目前为止，科学家们对厄尔尼诺事件发生原因仍然感到迷惑重重。首先，导致海水异常升温的原因究竟是什么？科学家们虽已就这方面问题进行了广泛的研究，但至今仍无定论。概括起来主要有以下三种观点。（一）大气因子论。这种观点认为，信风造成赤道太平洋海温和水位西高东低的形势，与此同时，赤道太平洋西侧的上升气流和东侧的下沉气流使信风加强，一旦某种原因使信风减弱，太平洋西侧的海水就会向东回流，使赤道东段和中段太平洋的海温异常升高，以致发生厄尔尼诺事件。目前大多数人持这种观点。（二）天文因子论。即认为附在地球表面的海水和大气随地球快速地向东旋转，在赤道上，线速度可达465米/秒。但当地球自转速度突然减慢时，会出现一种“刹车效应”，使海水和大气获得一个向东的惯性力，正是这个惯性力使赤道地区自东向西的海水和气流减弱，导致厄尔尼诺事件的产生。（三）地球内部因子论。
这种观点认为，厄尔尼诺事件与地球内部的某种因子有关，如海底火山爆发、海底地震等，都可能引发厄尔尼诺现象。
其次，厄尔尼诺现象是孤立的吗？它本身对海洋渔业造成灾害，它的发生同其他地球自然灾害有没有关系呢？一个非常明显的事实是：自20世纪60年代以来，全球共出现了11次厄尔尼诺现象，且每一次都相伴有或大或小的其他自然灾害发生。这就提醒人们追问：厄尔尼诺与各种看似与它毫不相干的自然灾害的发生是否有必然的联系呢？
随着近几十年里科学家们对厄尔尼诺现象的跟踪研究，人们对它了解得越来越多了。气象学家已证实，厄尔尼诺是引发世界上一些地区气候异常及气象灾害（如干旱、洪涝、沙尘暴、森林大火等）的重要原因。因为厄尔尼诺通常能使海表温度上升31这造成热带太平洋海表热力异常，干扰了地球大气的正常环流，结果导致全球气候异常，自然灾害迭起，并最终对地球陆地生态系统产生很大影响。这样，可以列人厄尔尼诺名下的“罪状”也越来越多，人们不得不遗憾地承认：它并不是一个“小捣蛋”，而确实是个“大元凶”。
1982~1983年，全世界发生了严重的厄尔尼诺事件。北美洲大陆热浪与暴雨交替出现，当地居民“水深火热”；夏威夷群岛遭遇特大飓风，房倒屋塌；澳大利亚、印度尼西亚出现严重干旱和森林火灾；非洲久旱无雨，大地龟裂，粮食和其他作物几乎颗粒无收；巴西北旱南涝；欧洲酷暑难熬；以严寒着称的中国东北地区冬季候异暖，而一向四季温暖如春的华南、西南地区冬天奇冷，全国呈现北旱南涝。1986~1987年，厄尔尼诺事件再次发生，美国、巴西东北部、南亚及非洲北部出现严重干旱；秘鲁、苏丹、孟加拉国暴雨成灾；加勒比海地区出现了时速320公里的飓风。
厄尔尼诺不但“没完没了”，而且日益频繁、嚣张。20世纪90年代，全世界极为罕见地连续发生4次厄尔尼诺事件，分别在1991年5月至1992年8月、1993年4月至1994年1月、1994年10月至1995年6月、1997年4月至1998年7月。这就是说，它巳经习惯作为一个常客，几乎每年光顾一次。其中，1997年的那次厄尔尼诺现象是本世纪最为强烈的一次，给世界一些地区造成巨大灾难。洪水暴发淹死了非洲的牛群，毁坏了庄稼；山林火灾在澳大利亚烧毁了相当于两个英格兰面积的地区；狂暴的龙卷风袭击了美国南部，海浪和大潮侵蚀了美国的西海岸。仅这一次厄尔尼诺，全球死亡人数总计达7000人以上，经济损失超出100亿美元。
厄尔尼诺一旦发生，范围大，时间长，引起的自然灾害对人类社会破坏性极大。因此，能否利用海洋中各种要素的变化规律来预报它的发生，这是海洋学家和气象学家都极为关注的一个问题。
