盡管火被人類利用準(zhǔn)確時間已經(jīng)難以考證，但火是人類最偉大的發(fā)現(xiàn)卻是毫無疑問的，因為現(xiàn)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(xiàn)代科學(xué)告訴我們物質(zhì)有固液氣三態(tài)，但問題是火和它發(fā)出來的光到底是個什么態(tài)？
自然界是由物質(zhì)組成的，我們知道不同的物質(zhì)有不同的原子組成，原子的不同關(guān)鍵在于原子核有差異，而原子核的差異則是由中子和質(zhì)子組合的數(shù)量差引起，當(dāng)然外部核外電子也很關(guān)鍵，因為原子的化學(xué)屬性主要有核外電子所決定。
物質(zhì)的三態(tài)
物質(zhì)的形態(tài)跟元素的屬性有關(guān)，大部分物質(zhì)在足夠低的溫度下，粒子之間的運動降低，原子組成的物質(zhì)分子之間的距離縮小，會呈現(xiàn)固態(tài)，簡單的說就是結(jié)冰了，當(dāng)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(tài)！當(dāng)溫度逐漸升高，粒子運動增加，距離也增加，那么就會出現(xiàn)液態(tài)的情況，當(dāng)然溫度繼續(xù)增加，分子運動非常劇烈，距離大幅增加，物質(zhì)的狀態(tài)就成了氣態(tài)。
當(dāng)然各種物質(zhì)并不能如此簡單的概括，比如水在沸騰時除了克服范德華力外，還需要破壞氫鍵，而溴在沸騰時，只是破壞了范德華力，分子內(nèi)的共價鍵不受影響，但用來做個比方理解下并沒有什么問題。
等離子態(tài)
當(dāng)溫度繼續(xù)增加，電子獲得能量將會輻射電磁波，這就是高溫下物體發(fā)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(tài)，等離子體由克魯克斯在1879年發(fā)現(xiàn)，“Plasma"這個詞，則由朗廖爾在1928年最早采用。
物質(zhì)的極端形態(tài)
當(dāng)然除了物質(zhì)的第四的等離子態(tài)外還有第五態(tài)玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)和第六態(tài)費米子凝聚態(tài)，因為跟火焰實在相差太遠(yuǎn)，下面簡單來介紹下兩種物質(zhì)狀態(tài)。
玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)：玻色子在極低溫下處于同一基態(tài)而形成的一種超流物質(zhì)態(tài)，1995年沃夫?qū)P特利與埃里克·康奈爾和卡爾·威曼使用氣態(tài)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(tài)下，幾乎全部原子都聚集到能量最低的量子態(tài)，形成一個宏觀的量子狀態(tài)。
費米子凝聚態(tài)，與玻色子可以處在同一基態(tài)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(tài)，但上述三位科學(xué)家在2004年利用庫柏對的機制，將費米子結(jié)合在了一起，形成了與玻色子性質(zhì)類似“費米子”。這些費米子可以在溫度達(dá)到極限的時，慢慢占據(jù)最低能態(tài)。
當(dāng)然也有說中子態(tài)，但其實中子態(tài)已經(jīng)超脫了物質(zhì)的狀態(tài)，因為中子這種沒有質(zhì)子的元素?zé)o法定義成任何物質(zhì)，而且它的密度高達(dá)原子核，所以這種形態(tài)地球上不存在而又處處存在（原子核就是，但原子核都有質(zhì)子，或者核反應(yīng)堆中自由中子，但它會衰變）
普通火焰的形態(tài)比較難定義，有很多朋友認(rèn)為火焰是一個低溫等離子態(tài)，但其實并不是，因為真正處于等離子態(tài)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?jǐn)?shù)大概在e-8的量級上！
而更多的其他區(qū)域則是可燃物與助燃劑形成的一個化學(xué)反應(yīng)區(qū)域，但這個區(qū)域是動態(tài)的，因為能被稱之為火焰的化學(xué)反應(yīng)都會釋放出大量的能量，因此在這個區(qū)域中氣體流場比較復(fù)雜，比如在地球上的火焰看起來是大致是向上的（局部流場會比較復(fù)雜，如果燃燒區(qū)域大的話會更復(fù)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(xù)化學(xué)反應(yīng)的流場。
但在失重狀態(tài)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(yīng)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(dāng)然添加了電離增強物質(zhì)的火焰后，等離子態(tài)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(fā)生偏轉(zhuǎn)向?qū)?yīng)的正負(fù)極，直接從等離子體中獲得電流，這就是穿梭中的磁流體發(fā)電機，這種結(jié)構(gòu)的發(fā)電機沒有運動部件，效率極高，但缺點是磁體和正負(fù)電極需要在極高溫下工作，這在技術(shù)上是一個難題。
所以各位要將火焰定義為等離子態(tài)也問題不大，因為它確實有等離子態(tài)。將它確定為化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)流場也可以，因為絕大部分火焰都是這樣，怎么定義都不是問題，理解了之后只要你喜歡就好！
光是什么態(tài)？
大部分剛都是核外電子受激輻射所發(fā)出的，所以按電磁輻射傳播來看，光并不是一種物質(zhì)形態(tài)，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(dá)，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，光子屬于玻色子，而玻色子在極端低溫下比如接近絕對零度的狀態(tài)下理論上能形成玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，1995年三位科學(xué)家用的是氣態(tài)的銣原子在極端條件下制造成功。
當(dāng)然這存在相當(dāng)大的難度，而且玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)非常不穩(wěn)定，因為這種狀態(tài)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(tài)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士大學(xué)和國立大學(xué)的研究團隊使用了一個絕佳的辦法，利用人工智能來控制極端苛刻的溫度和控制原子逃逸的激光束。也許在不遠(yuǎn)的未來，我們真的能實現(xiàn)超流體狀態(tài)的光，使得流光溢彩真正成為可能！
