關(guān)于物質(zhì)的形態(tài)我們應(yīng)該如何去描述，現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)給出了基本的定義和測量方法。
如今我們已經(jīng)知道，所有物質(zhì)都是由原子構(gòu)成，無論是金屬還是木頭，它們都有自己獨特數(shù)量的質(zhì)子、中子、和電子。
物質(zhì)的相態(tài)轉(zhuǎn)變過程
例如氧氣有8個質(zhì)子，8個中子，8個電子，而氫則只有1個質(zhì)子和1個電子，單個原子可以和其他原子結(jié)合形成分子。
例如水分子，氫氧原子結(jié)合便產(chǎn)生2個氫原子核1個氧原子。
無論分子的類型如何，物質(zhì)通常以固體、液體或是氣體的形式存在，科學(xué)中我們稱之為“相”。
物質(zhì)的3種相
在固相中，分子通過分子力彼此緊密結(jié)合，由此形成固體并保持形狀，固體體積則是由固體的形狀決定。
在液態(tài)中，分子力比在固體中弱。
因此液體會在重力場中呈現(xiàn)出具有自由表面的容器形狀，在微重力下，液體在自由表面內(nèi)形成一個球。
但無論重力如何，液體都有其固定的體積。
而在氣相中，分子力非常弱，以至于它們很容易受到外界環(huán)境影響。
氣體可以充滿容器，并具有容器的形狀和體積。對于相態(tài)來講，常規(guī)的三種相并不是完全固定的，其中還有流體的存在。
相態(tài)在今天已經(jīng)有十多種，受壓力、溫度的影響，同一種物質(zhì)會表現(xiàn)出不同的相態(tài)。
分子作用力影響著相態(tài)
超低溫狀態(tài)下，物質(zhì)相被稱為低溫態(tài)，尤其是溫度越接近絕對零度的時候，由于原子振動幾乎停止，其性能便會發(fā)生極大的改變。
最經(jīng)典的案例便是超導(dǎo)體，超導(dǎo)體則是低溫下存在的獨特物理狀態(tài)，并且電阻幾乎為零，因此具有完美的導(dǎo)電性。
隨著現(xiàn)代物理的發(fā)展，人類的科學(xué)儀器以及實驗手段越來越豐富，我們發(fā)現(xiàn)的相也越來越多。
例如超流體、玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、高能態(tài)等等。
微相分離共聚物
盡管這些相態(tài)我們可以通過知識學(xué)習(xí)去了解，但是大部分應(yīng)用場景都十分苛刻，并且在日常生活中也接觸得很少。
那么在我們常見的現(xiàn)象中，例如光和火焰，它們的相又是如何的呢？
火和光在現(xiàn)實生活中再常見不過了，它們伴隨著人類生活的每一分鐘，有了火焰就會有光?，F(xiàn)在我們先來聊聊關(guān)于火的形態(tài)。
有火就有光
當(dāng)我們思考火的形態(tài)時，固體、液體還是氣體，這些概念或許會在我們腦中停留許久。
火看起來像氣體又像液體，固體肯定談不上，但它究竟是什么？
簡單來講，火是白熾氣體混合物中的化學(xué)反應(yīng)，通常會在高溫下發(fā)光。
但是不同混合物燃燒的火焰并不同，火的狀態(tài)取決于燃燒的材料，幾乎每種火的化學(xué)成分都是不同的。
另外，火焰會在燃燒過程中不斷地消耗能量，最終燃燒殆盡。
計算機(jī)模擬的等離子微場
因此，它并不像固體、液體和氣體那樣可以無限期的以相同的狀態(tài)存在。
火焰的能量釋放，或者說它的溫度能夠直觀地表現(xiàn)出自身的形態(tài)。
科學(xué)家如今將火歸為物質(zhì)的第四形態(tài)，等離子體。
但在這之前，人們只是將火焰單獨放在一邊，因為很難說它到底是什么形態(tài)。
火焰的表現(xiàn)被歸為等離子體，主要還是因為它的溫度，或者說能量釋放。
等離子燈可以很直觀的表現(xiàn)等離子體
等離子體很大一部分是帶電粒子，離子或電子。
這些帶電粒子的存在使得等離子體與其他物質(zhì)的基本狀態(tài)區(qū)分開來，電子在原子核周圍會有更多的“活動空間”，而不是像其他3種相態(tài)那樣有著固定的特定位置。
它更像是一種粒子云，而不是任何其他類型的物質(zhì)。雖然等離子體確實與氣體有著相似的地方，但它與氣體完全不同。
這是因為自由電子之間彼此缺乏親和力，因此它們之間沒有持續(xù)的物理接觸。
這也就意味著等離子可以像液體或流體一樣流動并在特定區(qū)域組成。
不過要想構(gòu)建等離子體，必須滿足電離的要求，換句話說，等離子體使一種電離氣體，它能夠反射無線電波等低頻電磁波。
火焰中的粒子活動會影響電磁場的變化，足夠強(qiáng)的火焰能夠屏蔽電磁場。
之所以這樣，是因為足夠多的負(fù)電電子和帶正電的離子是局部自由的。
正如剛才所說，它們的物理行為導(dǎo)致了它們能夠?qū)θ肷潆姀S做出強(qiáng)烈反應(yīng)，并會出現(xiàn)移動來抵消這些電場。
從這一方面來看，它是一中定義更加嚴(yán)格的氣體。
不同相態(tài)的運動表現(xiàn)
在火焰中，空氣中的原子發(fā)生電離，因為火焰的溫度高到足以讓原子出現(xiàn)相互碰撞，并且剝離電子。
所以，在火焰中，電離量取決于溫度。此外，其他機(jī)制也可能導(dǎo)致電離。
例如閃電，高強(qiáng)度的電流會導(dǎo)致電離現(xiàn)象出現(xiàn)，而在電離層中，陽光會導(dǎo)致電離。
所以綜合這幾個方面來看，火焰必須在嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)下，也就是在一個溫度梯度或者說溫度范圍中，它才能被稱之為等離子體。
閃電本身會導(dǎo)致電離現(xiàn)象出現(xiàn)
日常生活中我們常見的普通打火機(jī)、蠟燭什么的，它們的溫度最多1500攝氏度，但這樣的溫度太低并不能產(chǎn)生大量離子。
因此從這方面來講，這兩種火焰并不是等離子體。
值得一提的是，我們在火焰中看到的光亮和顏色，這是因為火焰中有燃燒不充分的燃料顆粒，它并不是等離子火焰產(chǎn)生的。
這些顆粒非常炙熱，以至于它們能夠發(fā)出光。所以在化學(xué)實驗中，我們將火焰放入氧氣充分的環(huán)境中，燃燒效果會更加耀眼。
蠟燭溫度還不夠高
有人可能會說極光、霓虹燈也是等離子體。不過它們內(nèi)部氣體很稀薄，單位體積的物質(zhì)非常少，所以不能產(chǎn)生宏觀高溫。
說完了火焰，現(xiàn)在我們再來簡單地討論一下光，它是什么形態(tài)。
對于光來講，光的復(fù)雜程度不亞于火焰。而它也是火焰的一部分。
在物理定義中的光，可以泛指任何波長的電磁輻射，例如伽馬射線、X射線、微波或者無線波。
光的電磁波譜
不過光的主要特性在于強(qiáng)度和傳播方向，以及頻率或波長光譜和偏振。
可見光通過光子（無質(zhì)量粒子）傳播，光子代表電磁場的量子，可以作為波和粒子進(jìn)行分析。
電磁波經(jīng)過加速的帶電粒子發(fā)射，這些波隨后便能與其他帶電粒子相互作用，并為此施加力。
但光太復(fù)雜了，直到今天，科學(xué)家仍在激烈的討論。為了解釋光的性質(zhì)，由此出現(xiàn)了波粒二象性理論。
不過我們從光源這塊來看，前面我們說到火焰中的自由帶電粒子，它們的減速便可以產(chǎn)生可見輻射。
不同輻射帶來的便是電磁光譜中展現(xiàn)的那樣，任意電磁波可以通過傅里葉分析表示為正弦單色波。
而這些單色波又可以分別分類到電磁輻射頻譜區(qū)域中。
光子的能量表現(xiàn)也從另一個方面影響著光，如果波長或能量超過普朗克能量的光子，則需要新的理論進(jìn)行描述。
事實上，人類真正認(rèn)識光也不過300多年，經(jīng)過物理體系的不斷構(gòu)建和完善，對光的研究也越來越豐富。
光子表現(xiàn)會更加復(fù)雜
因此，要想描述光，我們必須將描述環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格細(xì)分。
例如可見光和不可見光，對光的描述更多就側(cè)重于電磁波和電磁輻射。而在量子物理中，光被看作為波和粒子的共同體。
如今物理學(xué)家已經(jīng)認(rèn)識到，光不屬于任何形態(tài)，電磁輻射在較低頻率下會表現(xiàn)得更像經(jīng)典波，但在較高頻率下更像是經(jīng)典粒子。
圍繞人類文明發(fā)展的火和光，從發(fā)現(xiàn)的第一天起，人類便注定要踏上漫無止境的求知之旅。
