等离子体
小学时,老师告诉我们,物质存在三种可能的状态:固态、液态和气态。但其实,她没有提及的是一种特殊的电化气体——等离子体,这是第四种特别重要的物质状态。
之所以我们较少提及,是因为在生活中我们很少遇到天然的等离子体,除非你有幸看到过北极光,或者是通过特殊的滤镜来观察太阳,又或是像我小时候那样——喜欢
在雷雨天将头伸出窗外。然而,在日常生活中是稀缺品的等离子体,却占据了宇宙中可观测物质的 99% 以上(如果我们忽略暗物质的话)。等离子体物理学是一个丰富
而多样的探究领域,与它相关的研究主要是由其在现实世界中的应用所推动的。
1927年,美国化学Irving Langmuir观察到,等离子体携带电子、离子、分子和其他杂质的方式与血浆对红细胞、白细胞和细菌的运输过程类似。
Langmuir 是等离子体研究的先驱;
常见的物质相有气体、液体和固体(中间三个),在高温中则有等离子体(最上),而在低温状态下,物质会呈现出我们从未见过的相。最下面显示的是量子凝聚。
在英文中,血浆和物理中的等离子体是同一个单词—— plasma,这二者之间的联系不仅仅是种巧合。
等离子体的另一个有趣特性是,它们具有支撑磁流波(hydromagnetic wave的能力。磁流波是沿着磁场线穿过等离子体的凸起,类似于沿吉他弦传播的振动。1942年瑞典科学家 Hannes Alfvén(并最终获诺贝尔奖)首次提出了这种波的存在,但当时的物理界对此持有怀疑态度。后来,Alfvén 在芝加哥大学进行了一场演讲,在演讲结束后,著名的物理学家费米(Enrico Fermi上前与他讨论这个理论,并认可地说道:“这种波当然可能存在!”
从那一刻起,科学界的共识就变成了 Alfvén 绝对是正确的。
此外,来自太阳上层大气产生的超 高速太阳风,会将等离子体携带到地球周围,因此等离子体也与地球周围空间里的
物理纠缠在一起。
幸运的是,地球的磁场能使我们远离这些带电的等离子体粒子以及来自太阳风辐射的伤害;但我们的卫星、航天器和宇
航员却都暴露在外。要让它们能在这种充满敌意的环境中生存,还需依赖于我们对等离子体的理解和调节。
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