星球大战中的光剑竟是神奇的物质第四态?

科普中国-科学原理一点通 2019-06-03 作者:丁向阳

  《星球大战》影片中,由人工特效合成的光剑无坚不摧。电影中的光剑由剑柄和剑身组成,其中光剑的剑身可不是普通的激光,那它是什么呢?这就涉及到了物质的状态,在“固态、液态、气态”三种状态之外,还有奇异的物质第四态,它就是等离子态。那么,等离子态究竟是什么呢?

  星球大战中的光剑竟是神奇的物质第四态? 

  什么是等离子态? 

  通常情况下,当我们把固态冰加热到一定程度,它就会变成液态的水;继续升高温度,液态的水会变成气态;如果温度继续不断升高,气体将会发生怎样的变化呢?科学家告诉我们,这时构成分子的原子发生分离,形成为独立的原子,我们称这种过程为气体中分子的离解。如果再进一步升高温度,原子中的电子就会从原子中剥离出来,分离为独立的带正电荷的原子核和带负电荷的电子,这个过程称为原子的电离。电离过程的发生,形成了等离子。当电离过程频繁发生,使电子和阳离子的浓度达到一定的数值时,物质的状态也就发生了根本的变化,它的性质也变得与气体完全不同。为区别于固体、液体和气体这三种状态,我们称物质的这种状态为物质的第四态,又称等离子态。

  等离子态有哪些特点? 

  等离子态下的物质具有类似于气态的性质,比如良好的流动性和扩散性。但是,由于等离子体的基本组成粒子是离子和电子,因此,它也具有许多区别于气态的性质,比如良好的导电性、导热性。特别是等离子体因为具有磁场和电场,移动便不固定了,随着环境的改变等离子体也会发生变化。

  等离子体的“双重人格”——“冷”和“热” 

  《星球大战》中人物使用的光剑武器的剑身便是受磁约束的等离子体。电影中的光剑只有在使用的时候才会消耗能量,堪称霸道的“热”兵器;在没有使用时不会释放能量,因此平时又是一把“冷”剑。空间中的等离子体确实也有“冷”和“热”之分。等离子体是由离子和电子组成,二者的速度就决定了等离子体的温度,所以便有了高温等离子体和低温等离子体。太阳就是高温等离子体,低温等离子体在常温下就能存在。

  等离子体离我们遥远吗? 

  其实,等离子体就在我们身边,日常生活中有很多等离子态的物质。比如:在日光灯和霓虹灯的灯管里,在炫目的白炽电弧里,都能寻得其真身。此外,在地球周围的电离层、极光和流星的尾巴里,也能找到奇异的等离子体。

  等离子体有什么用处? 

  等离子体技术在机械加工、表面处理等工艺上应用广泛,是新兴的并且前途光明的工业技术。其中,低温等离子体更是用处多多,比如:低温等离子体诱变育种技术、低温等离子体灭菌消毒技术;在处理印染废水、医疗废水等方面,显示出较好的应用前景;在降解抗生素方面,低温等离子体也有良好效果。总之,它的用途非常广泛。

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