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这种气液固之外的第四种物质不为人知却改变世界_[#第一枪]

发布时间:2021-06-07 14:00:57 阅读: 来源:压铸模厂家

来源:原理

○ 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。| 图片来源:Johan Jarnestad

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。1927 年,美国化学家 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;他与同事 Lewi Tonks 一起,还发现了等离子体是由粒子的集体行为造成的电子快速振荡所描绘。

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。

等离子体能做什么?

当代等离子科学的最大前景之一是受控热核聚变,它指的是当原子合并在一起时释放出强烈但可控的能量爆发,这几乎能源源不断地提供安全、“绿色”的能源,但这并非一件容易的事。在聚变出现在地球上之前,等离子体必须加热到超过 1 亿摄氏度的温度,这一温度比太阳的核心还要高 10 倍!但这并不是最复杂的一点,在20 世纪 90 年代,我们就能达到并超过这一温度;更棘手的问题是,热等离子体非常不稳定,且不喜欢待在一个固定的体积内,这就意味着它难以被控制和利用。

我们对实现受控热核聚变的尝试可追溯到 20 世纪 50 年代初。当时,美国、苏联还有英国都在悄悄地进行这项研究。在美国,普林斯顿大学是这项研究的支柱。在那里,物理学家 Lyman Spitzer 启动了马特洪计划,一群科学家秘密地在一个名为“仿星器”的 8 字形设备中,试图对聚变进行引发和控制。那时的他们没有电脑,只能依靠笔来进行计算。虽然他们没有解决这个难题,但却最终发展了“能量原理”,这一原理至今仍是测试等离子体稳定性的有效方法。

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