物質有固體、液體和氣體三種形態，火是什麼態？光又是什麼態？

2020-10-18 星辰大海種花家

儘管火被人類利用準確時間已經難以考證，但火是人類最偉大的發現卻是毫無疑問的，因為現代社會幾乎都建立在火之上，無論是燒飯燒水，還是出行的交通工具，甚至天上的飛機和向外太空探測的火箭，都少不了火的存在，所以人類文明史就是一部變著法子用火的歷史！現代科學告訴我們物質有固液氣三態，但問題是火和它發出來的光到底是個什麼態？

物質的組成和形態

自然界是由物質組成的，我們知道不同的物質有不同的原子組成，原子的不同關鍵在於原子核有差異，而原子核的差異則是由中子和質子組合的數量差引起，當然外部核外電子也很關鍵，因為原子的化學屬性主要有核外電子所決定。

  • 物質的三態

物質的形態跟元素的屬性有關，大部分物質在足夠低的溫度下，粒子之間的運動降低，原子組成的物質分子之間的距離縮小，會呈現固態，簡單的說就是結冰了，當然固體不存在這個情況，它的分子間作用力很強，本來就是固態！當溫度逐漸升高，粒子運動增加，距離也增加，那麼就會出現液態的情況，當然溫度繼續增加，分子運動非常劇烈，距離大幅增加，物質的狀態就成了氣態。

當然各種物質並不能如此簡單的概括，比如水在沸騰時除了克服範德華力外，還需要破壞氫鍵，而溴在沸騰時，只是破壞了範德華力，分子內的共價鍵不受影響，但用來做個比方理解下並沒有什麼問題。

  • 等離子態

當溫度繼續增加，電子獲得能量將會輻射電磁波，這就是高溫下物體發光的原因，再加熱電子將會游離成為等離子體，有人稱之為超氣態，等離子體由克魯克斯在1879年發現，「Plasma"這個詞，則由朗廖爾在1928年最早採用。

  • 物質的極端形態

當然除了物質的第四的等離子態外還有第五態玻色-愛因斯坦凝聚態和第六態費米子凝聚態，因為跟火焰實在相差太遠，下面簡單來介紹下兩種物質狀態。

玻色-愛因斯坦凝聚態：玻色子在極低溫下處於同一基態而形成的一種超流物質態，1995年沃夫岡·凱特利與埃裡克·康奈爾和卡爾·威曼使用氣態的銣原子在170 nK的低溫下首次獲得了玻色-愛因斯坦凝聚。在這種狀態下，幾乎全部原子都聚集到能量最低的量子態，形成一個宏觀的量子狀態。

費米子凝聚態，與玻色子可以處在同一基態不一樣，費米子存在不相容原理，所以無法形成玻色-愛因斯坦凝聚態，但上述三位科學家在2004年利用庫柏對的機制，將費米子結合在了一起，形成了與玻色子性質類似「費米子」。這些費米子可以在溫度達到極限的時，慢慢佔據最低能態。

當然也有說中子態，但其實中子態已經超脫了物質的狀態，因為中子這種沒有質子的元素無法定義成任何物質，而且它的密度高達原子核，所以這種形態地球上不存在而又處處存在（原子核就是，但原子核都有質子，或者核反應堆中自由中子，但它會衰變）

火到底是什麼形態？光又是什麼態？

普通火焰的形態比較難定義，有很多朋友認為火焰是一個低溫等離子態，但其實並不是，因為真正處於等離子態的只有在火焰面那一個小小的薄層才是等離子體，而且這個薄層的帶電粒子密度極低，體積摩爾分數大概在e-8的量級上！

而更多的其他區域則是可燃物與助燃劑形成的一個化學反應區域，但這個區域是動態的，因為能被稱之為火焰的化學反應都會釋放出大量的能量，因此在這個區域中氣體流場比較複雜，比如在地球上的火焰看起來是大致是向上的（局部流場會比較複雜，如果燃燒區域大的話會更複雜），因為熱空氣上升，周圍冷空氣會自然過來補充，形成一個連續化學反應的流場。

但在失重狀態下，這個自然對流過程將會被破壞，因為再也不會存在熱空氣上升這個概念，所以火焰會呈球形，而且燃燒反應生成的廢氣會粘滯在周圍，使焰心得不到氧化劑而熄滅。

NASA太空燃燒實驗FLEX1

當然添加了電離增強物質的火焰後，等離子態的比例會大大增加，因此可以讓它直接高速通過磁場，等離子體的離子和電子分別在磁場中發生偏轉向對應的正負極，直接從等離子體中獲得電流，這就是穿梭中的磁流體發電機，這種結構的發電機沒有運動部件，效率極高，但缺點是磁體和正負電極需要在極高溫下工作，這在技術上是一個難題。

所以各位要將火焰定義為等離子態也問題不大，因為它確實有等離子態。將它確定為化學反應的動態流場也可以，因為絕大部分火焰都是這樣，怎麼定義都不是問題，理解了之後只要你喜歡就好！

  • 光是什麼態？

大部分剛都是核外電子受激輻射所發出的，所以按電磁輻射傳播來看，光並不是一種物質形態，而是能量的一種傳播形式，地球獲取的輻射能都是由「光」代為傳達，因為廣義上的光包括了整個電磁波譜！但從另一個意義上來理解更有意思，光子屬於玻色子，而玻色子在極端低溫下比如接近絕對零度的狀態下理論上能形成玻色-愛因斯坦凝聚態，1995年三位科學家用的是氣態的銣原子在極端條件下製造成功。

當然這存在相當大的難度，而且玻色-愛因斯坦凝聚態非常不穩定，因為這種狀態會在外界世界存在的極其微小作用就足以使它們加熱到超出臨界溫度，所以更難得光子的玻色-愛因斯坦凝聚態只能在理論上來推測，假如要真正定義的話，它就是一種超流體，也就是超流體的光！

不過在2016年澳大利亞新南威爾斯大學和國立大學的研究團隊使用了一個絕佳的辦法，利用人工智慧來控制極端苛刻的溫度和控制原子逃逸的雷射束。也許在不遠的未來，我們真的能實現超流體狀態的光，使得流光溢彩真正成為可能！

相關焦點

  • 物質有固、液、氣三態,那麼光是什麼態?火又是什麼態?
    物質的三態大家都知道，氣、液、固就是隨著溫度的降低逐漸轉換的一個過程，但可能有很多人並不是特別了解的是還有第四態-等離子態和第五態-玻色—愛因斯坦凝聚態，第六態-費米子凝聚態！氣體的電致等離子化過程氣體的等離子化還是比較簡單的，霓虹燈裡的放電就是氣體的被等離子化過程。
  • 固體液體氣體是物質的三種形態?其實還有很多不在其內,比如火焰
    我們所能夠看得見摸得著的這個世界是由物質所構成的，一草一木是物質、一花一樹是物質、一桌一椅是物質，就連恆星與行星同樣也是物質。而宇宙間的物質具有不同的外在形態，也就是我們常說的固體、液體和氣體，它們通俗的被稱為物質的三態。
  • 固態、液態、氣態,那麼光和火是什麼態?
    固液氣這三態是我們所常見的幾種物質形態，但實際上物質存在形式遠不止這幾種，比如等離子態、簡併態等等。而題目中問的火就屬於等離子態，但光就比較特殊了，屬於玻色子，和實物粒子不同，也是一種基本粒子。實際上在宇宙當中，物質存在最普遍的形式就是等離子態（也叫電漿）。這種物質形態也很好理解，就是原子內部的電子脫離原子核束縛，達到一種正負離子共存，並且正負電荷數量相等的狀態，與液體氣體各有相似，但又不是液體和氣體，於是這種形態被稱為「等離子態」。
  • 除了氣體、液體、固體之外的第五態——液態光
    2017年6月5日(農曆2017年5月11日)，人類首次造出「液態光」 稱為物質第五態。如果光變成和水一樣的液體，它會發生什麼?這並不是一個腦洞。其實，在某些特定情況下，光的確可以變成液體，成為一種超流體，但是，要實現這種效應需要非常苛刻的條件，因為液態光屬於玻色-愛因斯坦凝聚態——這種凝聚態的又稱為「物質的第五態」(共有六種物態，其他五個分別為氣態、液態、固態、等離子態
  • 物質有多少狀態?固體,液體和氣體嗎?
    在學校裡我們可能學到最多的是固體，液體和氣體，因為學校只給我們生活中最好理解的三種物質狀態，如果只是知道這些，你會錯過其他五個有趣的物質形態！ 現在我們普遍認為有多達8個物質形態，隨著科學的進步，這個數字還會逐漸增加。下面怪羅簡單介紹下吧： 第四種是熱的帶電氣體(等離子態)，它由帶正電荷的離子和自由電子組成，火焰是由激發態和等離子態共同組成的。
  • 除了固體,液體,氣體,還有5種物質形態
    物質的物理狀態有許多種，最基本的是固體、液體和氣體。但除此之外，您還聽說過其它哪些物理狀態？小編在這裡介紹一些大多數人可能不太熟悉的物理狀態。固體在固體中，基本粒子的動能很小，只有微弱的振動，它們在引力的作用下，緊密地堆積在一起，並保持著固定的空間關係。根據基本粒子排列是否有序，固體可以分為兩大類，即晶體和非晶體。舉例來說，冰和金屬都是有序的晶體固體；玻璃、大部分聚合物和煤炭是無定形固體。
  • 火到底是什麼物質?氣體,液體,固體?其實都不是!
    生活中，火對於人們來說是顯而易見，我們並沒有對這個常見的東西產生懷疑和思考，好像火從來都沒那麼重要過！但是我現在要是問你：「我們最常見的火究竟是什麼物質？」。我想你會迷茫。對啊，火究竟是什麼鬼？我想大部分會認為火是氣體，但是它貌似又和氣體不同。
  • 物質只分為氣體液體固體嗎?其實多得說不清,最多一種佔宇宙99%
    常見的物質都是由分子和原子構成的，完整的分子和原子很容易組合成氣態、液態、固態三種狀態。2.液態再說液態，我們常見的液體基本都屬於液態，液體有流動性，把它放在什麼形狀的容器中它就有什麼形狀，液體與固體不同，它有「各向同性」特點（不同方向上物理性質相同），這是因為物體溫度升高由固態變成液態的時候，分子或原子運動劇烈，不能再保持原來的固定位置，於是就產生了流動，固態也就變成了液態，然而這時分子或原子間的吸引力還比較大
  • 物質分為固體、液體和氣體,那火算什麼體?還是屬於物質之外?
    生活中，火對人們來說是顯而易見的，但如果有人問你，火究竟是什麼物質？我想你肯定會迷茫。大部分人會認為火是氣體，但是它貌似又和氣體不同，氣體是發散的，可以到處飄逸。而火就只會圍著一點，無規則的變化著形狀。火究竟是什麼呢？固體、液體還是氣體？
  • 光也可以變成液體嗎?科學家發現第五態,光也能像水一樣流動
    筆者-小文在現實生活當中，人們最常見的物體形態是三種，分別是固態、液態和氣態，除了氣態以外，其餘兩種形態是最普遍的，也是人們可以用肉眼看見的。但還有一種態，它不是氣體，但是卻看得見摸不著，那就是光，光是一種能量的傳遞方式，我們之所以能夠看見光，是因為光的原子和分子在不斷地運動著。而影響光的因素主要有三個，分別是熱運動、輻射躍遷以及物質內部帶電粒子加速運動時所產生的光輻射。
  • 網友問:物質分為固液氣三態,那麼光與火分別是什麼態?
    固、液、氣三種形態是中學物理內容，其實物質的形態遠不止這三種，「火焰」可以認為是等離子態，而「光」是能量的特殊形式。比如水在超臨界（374℃，22.1MPa）時，基本就呈氣液混合態，無法再區分此時處於氣態還是液態；本質地說，水只有超臨界態和非臨界態兩種形態，其餘形態都是在此兩種形態下的繼續細分。
  • 什麼是物質的第四態?一起來揭開等離子體的神秘面紗
    圖1、等離子體等離子體是經氣體電離產生的由大量帶電粒子離子、電子和中性粒子原子、分子所組成的體系，因這種氣體的正電荷總數與負電荷總數在數值上相等，故稱為等離子體。不過等離子體還有一個更霸氣的名字-物質的第四態。當物質的溫度從低到高變化時，物質將依次經歷固體、液體和氣體三種狀態；當溫度進一步升高時，氣體中的原子、分子將出現電離狀態，形成電子、離子組成的體系，這種體系是區別於固體、液體和氣體的另一種物質存在狀態，故又稱為物質的第四態。1928年美國科學家Langumiur第一次將物質的這種存在狀態命名為等離子體態（Plasma）。
  • 物質存在的第五態,你知道是什麼形態嗎?
    比如它們可以有異常高的光學密度差。一般來說凝聚的折射係數是非常小的。因為它的密度比平常的固體要小得多。但使用雷射可以改變玻色-愛因斯坦凝聚的原子狀態，使它對一定的頻率的係數驟增。這樣光速在凝聚內的速度就會驟降，甚至降到數米每秒。所以會用玻色—愛因斯坦凝聚來降低光速。自轉的玻色-愛因斯坦凝聚可以作為黑洞的模型，入射的光不會逃離。
  • 光與火不是一碼事,那麼物質到底有幾種形態?
    光不是物質，是電磁波。一定要說它是什麼態，或許可以稱為量子態，因為光是由光量子發出的。但目前還沒有把量子作為物質的一種形態定義。光由光源發出，是因為光源中的電子獲得了額外能量，如果這個能量不足以使電子躍遷到更外層軌道，電子就會進行加速運動，並以波的方式釋放能量。
  • 火到底是屬於液體,固體還是氣體呢?說出來你都不敢相信
    火到底是屬於液體，固體還是氣體呢？說出來你都不敢相信眾所周知，人類和動物的重要的區別在於人類知道如何使用火，可是雖然我們會使用火很多年，但是我們並不知道火是一種什麼樣的物質。那麼火是屬於液體，固體還是氣體呢？
  • 關於火的小知識:它究竟是固體?還是液體?或者是其它什麼形態?
    所以你到底是在看什麼？很明顯，火焰並不是固體，它們也不是液體。和空氣混合在一起，它們比較像是氣體，但比空氣更可見，也更短暫。就科學上來說，火和氣體不同，因為在同樣的狀態下，氣體可以無限期地存在，而火最終都會燒盡。有一種誤解是認為火是電漿——物質的第四種相。在這種相中，原子被剝去了電子，和火一，但和其他物質不一樣，電漿不會在地球上。存於穩定的狀態中。
  • 物質的形態，只存在液態、固態和氣態嗎？其實還有一種人造狀態
    或許你已經發現，隨意向一個人提問，物質有哪幾種表現形態，人們可能都會不假思索地回答，固態、液態和氣體，畢竟現今的物質形態常見的只有氣態、液態和固態，對這三態來說人們尤為熟悉，所謂固態是指具有固定形狀的物質，例如石頭木頭等，從這一點來看，液體和氣體都不具備這一特徵，人類想要改變固體的形狀，就必須對它施力，比如擠壓或拉長，都能改變固體的體積，通常來說這一變化不會多麼顯著
  • 物質的形態,只存在液態、固態和氣態嗎?其實還有一種人造狀態
    或許你已經發現，隨意向一個人提問，物質有哪幾種表現形態，人們可能都會不假思索地回答，固態、液態和氣體，畢竟現今的物質形態常見的只有氣態、液態和固態，對這三態來說人們尤為熟悉，所謂固態是指具有固定形狀的物質，例如石頭木頭等，從這一點來看，液體和氣體都不具備這一特徵，人類想要改變固體的形狀，就必須對它施力，比如擠壓或拉長，都能改變固體的體積
  • 物質除了氣態、固態、液態之外,還存在什麼形態
    在我們的固有認知裡，物質只有三種形態，分別是固態、液態、氣態，但其實，物質到目前為止，一共存在六種形態，還有三種分別是等離子態、玻色—愛因斯坦凝聚態、費米子凝聚態。等離子態人們常年看到的閃電、流星、部分高溫火焰等，它們都是處於等離子態。
  • 我們知道物質有固氣液三種狀態,但實際遠超你的想像!
    中學物理就已經教過，物質一般分為三種狀態：固狀、液態、氣態。還有人可能了解有液晶態和等離子狀態等，但是到底有多少種物質狀態呢？百度百科中介紹了7種狀態氣態、液態、固態、等離子態、超臨界態、超固態、中子態。但是百度百科中分類介紹得不清楚，容易讓人產生誤會。