物质的第四态

华兴恒　刘　雨

我们每个人都生活在一个丰富多彩、五光十色的物质世界中，我们身边的绝大多数物质都是以固态、液态或气态这三种不同的形式存在着的。物质除了具有上述三种我们常见的状态之外，是否还存在着第四种状态、第五种状态呢?科学研究证明，对于这个问题的回答是肯定的。

实物为什么会表现出固态、液态或气态这三种不同的状态呢?这是由构成物质的粒子之间相互作用的情况决定的。在物质的内部，存在着分子之间相互作用的引力和由于分子热运动引起的相互作用的斥力这两种力。由于这两种力的作用既是同时存在，又是相互对立的，因而会使物质在不同的温度条件下，呈现出三种不同的状态。

当物体的温度较低时，分子的热运动并不是太剧烈，此时分子之间的相互作用的引力起主要作用，它能够把物质的微粒束缚在某一特定的区域内振动，在宏观上就会表现为既具有一定的体积又具有一定形状的固态。如冰、常温下的铁、岩石等都是固体，他们的物态是固态。当温度上升时，由于分子的热运动加剧，结果会促使分子分散开来，由于分子引力和热运动共同作用的结果，使得分子既可以在其原来的平衡位置附近振动，又可以从一个位置移动到另一个位置，因此在宏观上就表现为只有一定的体积而没有一定形状的液态。物质在这种状态下具有流动性，如常温下的水、水银、酒精都是液体，它们的物态是液态。当物体的温度进一步升高时，分子的热运动又会进一步加剧，此时分子的热运动起主要作用，分子就会四散逃逸，它们之间除了发生碰撞以外，做匀速直线运动，这时其宏观表现为既没有一定的体积又没有一定形状的气态。物质在这种状态下具有很强的流动性，如常温下的空气、氧气、二氧化碳等都是气体，它们的状态是气态。由此可见，这三种状态之间在温度发生变化的条件下是可以相互转化的，并且在转化的过程中伴随着能量的传递。这就是我们常说的物态变化。

如果按上述过程继续进行下去，亦就是使气态物质的温度继续升高，得到的仅仅是温度更高的气体吗?会不会又变成一种新的物质状态呢?科学家们通过深入细致的研究和认真全面的探索知道，对这个问题的回答是肯定的：会变成一种新的物质形态。当温度足够高时，原子的外层电子就会像是断了线的风筝一样，它有足够的能量摆脱原子核对它强有力的束缚，成为能够自由移动的电子，此时原子核就变成了带正电的离子，这样就形成了一种全新的物质聚集态。由于在这种聚集态中，电子所带的负电荷总数与离子所带的正电荷数是相等的，在宏观上表现为电中性，因此人们称之为等离子体。这便是物质的第四态——等离子态。

那么，在哪里才有等离子体呢?事实上，在苍茫浩瀚的宇宙之中，99％以上的物质都是以等离子体的形式存在的。也许你会认为这是不可思议的，但是只要你看了以下的事实就会顿悟：太阳中心的温度高达1000万摄氏度以上，就是其表面的温度也在6000摄氏度以上。显而易见，那里的物质都是以等离子态存在的。像太阳耀斑、日冕、日珥、太阳黑子、太阳风等，实际上都是等离子体。在茫茫的宇宙中还有许许多多类似于太阳的恒星，还有广袤无垠的星际空间物质，这些都是等离子体。再如，气态物质在高温、强紫外线的的作用下，可以转变为由正离子和游离电子所构成的物质，它就是等离子体。像我们人类居住的地球，这种冷星，在茫茫的宇宙之中倒是为数不多的。

正是由于这个原因，地球上才有了适合我们人类生存的环境，同时也就失去了形成自然状态的等离子体的条件。虽然如此，但是在地球上我们仍然可以看到一些奇异多姿的等离子现象。比如，雷电和激光就是等离子体的杰作，科学家们从闪电中得到了有益的启示，于是他们利用放电的方法，在实验室中制造出了等离子体。在地球的南北两极经常发生的奇异现象——瑰丽的极光，就是太阳风从地球的极点进入大气层，与空气中的氧原子和氮原子发生剧烈的碰撞，使之成为激发态的原子，这些原子随后以光辐射的形式释放能量而形成离子，因而产生极光的物质形态也是等离子体。

等离子体具有许多其他三态所没有的特性。比如，它可以有很高的温度，在金属切割、焊接和受控热核聚变中有着重要的作用；等离子体还有很强的化学活性。在一般状态下，很难发生的化学反应，在等离子状态下就很容易发生，反应时间可以由几小时缩短到几分之一秒；等离子体还可以放电发光，在日光灯、紫外灯、水银灯、霓虹灯中，都有等离子体，就连蜡烛燃烧的火苗中也有等离子体。这些利用人工的方法产生的等离子体，温度并不都是很高，所以等离子体是温度升高的必然结果，但这并不是说一提到等离子体，就意味着高温度。

目前，人们对等离子体的认识还很不够，随着对等离子体的认识的深入，人们将会揭开更多的奥秘，也必将会给等离子体的应用带来更新、更广阔、更诱人的前景。