物质的第四态

当温度升至几千度到几万度时，气体的分子或原子就会失去电子成为带正电的离子，失去电子成为自由电子。这个过程称为电离。当气体中的离子和电子充分多时，这些带电粒子之间，以及带电粒子与环境之间的电磁相互作用将成为主要的作用。这种电离气体称为等离子体，又称为物质的第四态。

百分之九十九以上的宇宙是由等离子体组成的。但人类对于物质的第四态认识得最晚。这是因为：虽然等离子体在宇宙间到处都有，然而在我们生活的环境中却很稀少。在地球的生物圈中，唯一自然产生的等离子体可能就是转瞬即逝、因而很难研究的闪电。可以这样认为：人类恰恰生活在那不到百分之一的非等离子体物态之中。

虽然人类对于等离子体认识得最晚，只有不到一百年的时间。但在这段时间内，人类发现并且创造了形形色色的等离子体。为了介绍这些等离子体，并指出它们各自在整个等离子体家族中处于什么地位，我们用参数范围图来表示它们。这个图的横轴表示温度，单位为摄氏度；纵轴表示密度，单位为每立方厘米内的粒子数，不同类型的等离子体按这两个参数表示在图的相应位置上。

流星划过天空产生的明亮的轨迹，有时可以保留几秒钟，而闪电在空中形成的闪光在几分之一秒内即消失。产生这种现象的原因是什么呢？

流星通常是由宇宙空间闯入地球大气层的宇宙砂粒，它在空气中运动很快而且能够打掉空气原子中的电子，从而形成等离子气。丢失电子的空气原子构成了等离子气，它是由裸露的原子和自由电子共同组成的。在1秒钟左右的时间内，自由电子再次与原子结合并释放能量，这能量正是迫使它离开初始位置时所需的能量。在结合过程中放出的能量是流星尾巴发光的能量来源。

闪电也同样形成等离子气，它是由形成闪电电流的电子将原子中的电子打掉而形成的，如图所示。

流星在大气层的高处（也许20千米高），那里气压很低，即空气中原子相隔很远，因此自由电子找到原子并与它结合而释放能量需要1秒钟左右。而闪电发生在低空，或许只有1～2千米高，这里气压很高，意味着空气原子相距很近，因此自由电子只需几分之一秒就能找到可与之结合的原子。这样等离子气在几分之一秒内就恢复为常规气体。空气变成等离子气要从闪电中吸收能量。当等离子气又恢复成空气时将释放出能量，如光、热、声。