等離子體
小學時,老師告訴我們,物質(zhì)存在三種可能的狀態(tài):固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。但其實,她沒有提及的是一種特殊的電化氣體——等離子體,這是第四種特別重要的物質(zhì)狀態(tài)。
之所以我們較少提及,是因為在生活中我們很少遇到天然的等離子體,除非你有幸看到過北極光,或者是通過特殊的濾鏡來觀察太陽,又或是像我小時候那樣——喜歡
在雷雨天將頭伸出窗外。然而,在日常生活中是稀缺品的等離子體,卻占據(jù)了宇宙中可觀測物質(zhì)的 99% 以上(如果我們忽略暗物質(zhì)的話)。等離子體物理學是一個豐富
而多樣的探究領域,與它相關的研究主要是由其在現(xiàn)實世界中的應用所推動的。
1927年,美國化學Irving Langmuir觀察到,等離子體攜帶電子、離子、分子和其他雜質(zhì)的方式與血漿對紅細胞、白細胞和細菌的運輸過程類似。
Langmuir 是等離子體研究的先驅(qū);
常見的物質(zhì)相有氣體、液體和固體(中間三個),在高溫中則有等離子體(最上),而在低溫狀態(tài)下,物質(zhì)會呈現(xiàn)出我們從未見過的相。最下面顯示的是量子凝聚。
在英文中,血漿和物理中的等離子體是同一個單詞—— plasma,這二者之間的聯(lián)系不僅僅是種巧合。
等離子體的另一個有趣特性是,它們具有支撐磁流波(hydromagnetic wave的能力。磁流波是沿著磁場線穿過等離子體的凸起,類似于沿吉他弦傳播的振動。1942年瑞典科學家 Hannes Alfvén(并最終獲諾貝爾獎)首次提出了這種波的存在,但當時的物理界對此持有懷疑態(tài)度。后來,Alfvén 在芝加哥大學進行了一場演講,在演講結(jié)束后,著名的物理學家費米(Enrico Fermi上前與他討論這個理論,并認可地說道:“這種波當然可能存在!”
從那一刻起,科學界的共識就變成了 Alfvén 絕對是正確的。
此外,來自太陽上層大氣產(chǎn)生的超 高速太陽風,會將等離子體攜帶到地球周圍,因此等離子體也與地球周圍空間里的
物理糾纏在一起。
幸運的是,地球的磁場能使我們遠離這些帶電的等離子體粒子以及來自太陽風輻射的傷害;但我們的衛(wèi)星、航天器和宇
航員卻都暴露在外。要讓它們能在這種充滿敵意的環(huán)境中生存,還需依賴于我們對等離子體的理解和調(diào)節(jié)。
PLUTO-F等離子清洗機