一 物质的第四态——等离子态

早在 19 世纪初，物理学家便提出：是否存在着与已知的物质“三态” 有本质区别的第四态？随之进行了许多探索和研究。1835 年，法拉第用低压放电管观察到气体的辉光放电现象。1879 年，英国物理学家克鲁克斯在研究了放电管中“电离气体”的性质之后，第一个指出物质还存在一种第四态。1927 年朗格谬在研究水银蒸气的电离状态时最先引入plasma（等离子体）这一术语。1929 年汤克斯和朗格谬给等离子体赋予“电离气体”的涵义。由此可见，发现物质第四态已经有 100 多年了。

物质的这一新的存在形式是经气体电离产生的由大量带电粒子（离子、电子）和中性粒子（原子、分子）所组成的体系，因其总的正、负电荷数相等，故称为等离子体。继固、液、气三态之后列为物质的第四态——等离子态。

之所以把等离子体视为物质的又一种基本存在形态，是因为它与固、液、气三态相比无论在组成上还是在性质上均有本质区别。即使与气体之间也有着明显的差异。首先，气体通常是不导电的，等离子体则是一种导电流体而又在整体上保持电中性。其二，组成粒子间的作用力不同，气体分子间不存在净电磁力，而等离子体中的带电粒子间存在库仑力，并由此导致带电粒子群的种种特有的集体运动。第三，作为一个带电粒子系，等离子体的运动行为明显地会受到电磁场的影响和约束。需说明的是，并非任何电离气体都是等离子体。只有当电离度大到一定程度，使带电粒子密度达到所产生的空间电荷足以限制其自身运动时， 体系的性质才会从量变到质变，这样的“电离气体”才算转变成等离子体。否则，体系中虽有少数粒子电离，仍不过是互不相关的各部分的简

① 刊于 1994 年第 9 卷第 4 期第 1 页

单加合，而不具备作为物质第四态的典型性质和特征，仍属于气态。