宇宙物质的主角

来源 :百科新说 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hahahuang
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  神奇的宇宙构成
  在浩瀚无垠的宇宙中,我们看见的满天星斗,遥远的、看不见的各种恒星、星系,似乎多到数也数不清。但實际上这些物质天体及星际尘埃,只占宇宙组成部分的5%都不到,其余95%以上的是暗物质和暗能量。
  就在这可怜的不到5%的物质中,像地球、火星、金星等固体星星,土星、木星这类气体星体,这些只占宇宙物质的1%,其他99%是一种等离子体。
  说起等离子体,有些人可能还不太清楚。我上学的时候,老师告诉我,物质有三种状态:固态、液态和气态。但是他错了,根据现在我们对物质的了解,物质至少存在6种状态,除了上述的三种基本状态,还有等离子、玻色—爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态。
  固态、液态和气态是我们常见的。其实离子体也不是很神秘,太阳、天狼星等恒星就是等离子体。
  处于等离子态的物质都有很高的能量。实际上,宇宙刚被创造的时候,世界就是等离子态的。另外,当温度接近绝对0度时,物质会呈现出玻色—爱因斯坦凝聚态。在这种状态下,分子停止了运动,所有的原子聚集到一起,处于相同的量子态(能量相同),成为了一个大原子,我们可以宏观地看到它们的量子特性(微观特性)。费米子凝聚态也是物质在低温时呈现出的一种状态,但玻色子全部聚集在同一量子态上,费米子则与之相反,更像是“个人主义者”,各自占据着不同的量子态。
  等离子体的真面目
  现在我们重点介绍一下物质的第四种状态——等离子体。
  不同的能量水平会造成不同的物质状态。例如,你有一些固体(比如冰块),如果加热它,固体就会熔化,变成液体。如果继续加热,液体会慢慢蒸发,转化为气体。
  如果我们继续向这种气体提供能量,当温度足够高时,这种气体将被电离,即外层电子会摆脱原子核的束缚,成为自由电子。这时,物质就变成了由带正电的原子核、带负电的电子以及未电离的中性粒子组成的一团均匀的“浆糊”,人们戏称它为“离子浆”。这些离子浆中正负电荷总量相等,因此,它是近似电中性的,所以就叫等离子体。除了加热气体能产生等离子体外,外加电流也可以激发电子摆脱原子核的束缚,产生等离子体。
  虽然等离子体来源于气体的电离,但它的性质与气体的性质完全不同,因此,等离子体被认为是一种新的物质状态。例如,两者的导电性不同,气体的导电能力非常差,属于绝缘体。但等离子体包含大量的自由电子,因此,等离子体的导电性极强。
  等离子体的导电性体现在闪电中。雷雨天,云层间的相互摩擦使不同的云层带有不同的电,有些带有大量的正电,有些带有大量的负电,随着电荷的积累,空气被电离形成等离子体,云层间形成电流的通路。闪电(电流)出现的位置,就是等离子所在的位置。
  宇宙中的等离子体
  宇宙诞生时的温度大约为10亿度,宇宙处于原子核和电子等粒子交错乱飞的状态。这种等离子状态持续了数十万年,如果宇宙不膨胀的话,这种等离子状态可能会一直持续下去。不过,由于宇宙在大爆炸之后继续膨胀,宇宙的体积随着膨胀也在增加,能量和物质的密度变低,宇宙整体的温度下降,宇宙的等离子态结束了。此时,电子和原子核结合形成电中性的氢原子。这种状态一直持续到第一批恒星和黑洞形成,宇宙再次回到了等离子状态。这就是为什么今天宇宙可观测物质的99%都是等离子体的原因。
  恒星就是巨大的等离子球,恒星会在核心进行核聚变反应,核聚变反应产生大量的热,高温使恒星处于等离子状态。如果我们继续研究等离子体,我们可能会更加理解恒星、星系和星系团的形成。
  等离子体能帮助我们更加了解黑洞。黑洞有无限大的密度,吞噬邻近宇宙区域的所有光线和物质,因此,我们无法对黑洞进行直接观察。然而,黑洞的附近会有一种圆盘状的等离子体,等离子体会在黑洞的引力下,围绕黑洞旋转,并发射出人类可观测到的光子。通过观测等离子体发出的光子,我们可以间接地获悉黑洞的一些信息,比如黑洞的位置。
  人们把太阳活动引起的短时间的变化称为空间天气,包括太阳耀斑(太阳大气层突然爆发,在短时间内向外发射各种电磁辐射的现象,就是太阳耀斑)。空间天气会影响地球的磁场和大气层,给人类生活带来严重的危害。而空间天气受到等离子体的影响,等离子体会与太阳电磁场相互影响,太阳磁场的重新排布会造成太阳耀斑。为了能够预测空间天气,我们需要对等离子体进行深入研究。
  等离子体的应用
  目前,等离子体在我们的生活中有许多的应用,比如荧光灯。荧光灯的灯管中有氩气和少量的水银(金属汞),电流会将灯管中的气体电离,变成等离子体,这些等离子体再和涂在灯管壁上的荧光剂作用,产生灯光。除了光电制造行业,等离子还被应用于化纤及纺织、汽车制造和塑料橡胶等行业。
  等离子体最大的应用前景之一是受控热核聚变,即在可控制的情况下,使原子融合,并释放大量的能量。受控热核聚变可以为我们提供新的可再生能源,但该技术的实现十分困难。首先,等离子体必须被加热到1亿摄氏度,才能发生聚变;其次,热等离子体非常不稳定,且不喜欢呆在一个固定的位置,难以被控制和利用。
  20世纪50年代初,美国、苏联和英国开始秘密地研究受控热核聚变技术。美国的科学家设计出了“仿星器”,仿星器由闭合管和外部线圈组成,线圈通电产生磁场,利用磁场来控制等离子体。苏联科学家研究出了“托卡马克”,托卡马克由磁体、真空室、线圈等组成。托卡马克和仿星器一样,都是磁约束受控热核聚变装置。两种装置的原理相同,但特点略有不同。托卡马克在等离子约束方面有一定的优势,但稳定性较低,发生事故的概率比较大。仿星器稳定性高,但工程难度和资金投入都非常大。当前世界上成功建造大型仿星器的国家只有两个——日本和德国,最初设计仿星器的美国也没能建成大型仿星器。目前,大多数的核聚变研究项目都依赖于托卡马克的设计。
  等离子体蕴含着巨大的潜能,能为我们提供源源不断的能量。随着研究的深入,未来我们一定能更加了解物质的第四种状态。
其他文献
从最陡峭的山峰到落差最大的瀑布,从最冷的大洲到最热的沙漠,从最危险的蛇岛到最恐怖的海岸,你敢来挑战这些极端的冒险地吗?  落差最大的瀑布:  安赫尔瀑布,委内瑞拉  位于南美洲委内瑞拉的安赫尔瀑布落差约979米,相当于一座300层的摩天大楼。河水从顶端直泻而下,几乎未触及陡壁。瀑布的倾泻分为两级,从顶端先泻下807米,落在岩石上,然后再跌落172米,落在山脚下一个宽150米左右的水池里。动画片《飞
期刊
桥是跨越人间沟壑的“人造彩虹”,它遍布四面八方,编织成复杂的交通网络,为人们提供便利。中国就建造了不少的桥,这些桥连起来,足以围绕地球一圈。下面就来看看其中一些震惊中外的中国桥吧。  风雨桥  中国自古以来就是“建桥大侠”,汉末时开始流行建造的风雨桥就被评为世界上十大不可思议的桥梁之一。  風雨桥是少数民族侗族独有的桥,在湖南、湖北、贵州、广西等地均有出现。风雨桥除桥墩由巨大石头建造之外,其他全是
期刊
海盗离我们遥远而又神秘,他们渴望冒险,穷凶极恶,打劫过往船只,夺取财宝。他们往往大肆挥霍,但传说他们会把一部分财宝藏在某个偏远的小岛上……  海盗真有宝藏吗?  1695年,海盗船长亨利·艾弗里在印度洋打劫了一艘印度莫卧儿王朝的运宝船,劫走的财物价值大约相当于现在的8亿人民币,其中金锭和银锭就有50万块,这使得亨利成为当时最富有的海盗之一。据说亨利在逃亡前将一部分财宝藏了起来。也有人认为,亨利逃亡
期刊
如果一只蒼蝇一头撞在蛛网上,它马上就会被蛛网粘住,但蜘蛛则不会。因为蜘蛛会小心翼翼地用脚尖行走,减小身体和蛛丝的接触面积,降低被粘住的可能性。如果细长的脚无意中粘上了蛛丝或其他小灰尘,蜘蛛还会用嘴刮掉。  另外,蛛网上的蛛丝并非都有粘性,蛛网中心以及从中心发散出的辐条就是没有粘性的,只要择路而行就不会被粘住。一些蜘蛛还会制造出点缀着粘性胶珠的蛛网,然后避开这些胶珠行走。
期刊
本来在写作业,但是一会儿整理笔盒,一会儿喝水,一会又翻翻课外书,原本只需要半个小时就能完成的作业,硬是花了两个小时。这样的同学很清楚老师布置的作业必须要写完,但是他们就是快不起来。  明知磨蹭的后果,还是不想快点把事情解决,注意,你可能患了拖延症!当然,拖延症不是医学上的一种病,而是我们做事时习惯性或有意拖延的一种现象。  为什么会有拖延症?  大部分人可能是因为注意力不集中,写作业时喜欢这里看看
期刊
当你乘坐火车时,有时会突然进入一段黑暗的隧道,于是你会将注意力集中在这黑暗的行驶过程中,直到重见光明,然后回味地感叹“这隧道真长啊”,或者“这么快就出来了”。那么,你经过的隧道究竟算不算长?和世界上最长的隧道(不包括地铁)作个对比吧!  第一名:圣哥达基线隧道  长度:56千米  所属国家:瑞士  穿过所需时间:约34分钟  (按时速100千米计算,以下都相同)  这条隧道穿过阿尔卑斯山底部。隧道
期刊
七巧板是中国传统的智力拼图游戏,相信大家都不陌生,它有多种玩法,也有不同难度级别。你是高手還是菜鸟呢?一起来试试吧!
期刊
北宋诗人王安石曾在他作的《梅花》中借用墙角的几支梅花表达自己孤独的心态和艰难的处境。在诗中,有一句生动的描述:“遥知不是雪,为有暗香来”,通过梅花的“暗香”,他判断出,树枝上的并非积雪,而是散发着香气的梅花,将梅花雪白的颜色和清幽的香气展现得淋漓尽致。无独有偶,北宋诗人林逋在《山园小梅》中,也用“暗香”描述了梅花的香气。两位诗人想表达的情感不同,但是他们诗中的“暗香”展现了同一个科学现象——布朗运
期刊
在我们身体里,有着这样一种毫不起眼的健康卫士,虽然它的个头不大,但能消灭比它大得多的有害细菌,它也是我们体内最强大的健康卫士,它就是噬菌体。能“吃掉”细菌的病毒  噬菌体是一种能够“吞噬”细菌的病毒,典型的噬菌体由头、身、腿和底部注射器四个部分组成。它有着蛋白质组成的外壳,头内部有它的DNA或者RNA(95%的噬菌体以DNA为遗传物质,5%的以RNA为遗传物质)。所有的噬菌体都有将自己的遗传物质注
期刊
在这个快节奏时代,过劳死的新闻屡见不鲜。韩国三星信用卡公司以平衡工作生活为主題推出了一款概念鼠标,只要一到下班时间就立马逃跑以阻止加班。  在正常上班时间,它会像其他电脑鼠标一样协助用户工作。然而,一旦下班的时钟敲响,鼠标原先的左右按键便会翘起变成耳朵,迅速变形为真正的机器鼠,开始四处逃窜。若是不幸被捕,它还能够金蝉脱壳,在你手中留下一个外壳。
期刊