水的组成、雪的组成等我们都知道，可是火到底是什么组成的？

通常我们所说的火，通常它是有两种原因导致的，一种是化学反应，是以光为主的一种电磁波。另外一种就是纯物理方面的。因为火的本质是物质高温释放热量，其主体是光辐射，因此只要是温度足够高的物体都会释放可见光辐射，温度特别高的物体释放不可见的短波光辐射，最高可辐射x射线。

火是一种能力的释放，它在燃烧过程中散发出光和热的现象。火的可见部分称之为焰，可以随着粒子的振动有着不同的形状。在温度足够高时火能以等离子态（类似气态）出现。火的本质是能量与电子跃迁的表现方式。火焰大多存在与气体和高能离子状态。这些就是火的形成原因。

水的形成，是在地球内部自然生成的。水的来源是地球内部。地球刚形成时，结构松散，质量不大，引力也小，温度很低。后来，由于地球不断收缩，内核放射性物质产生能量，致使地球温度不断升高，有些物质慢慢变暖融化，较重的物质，如铁、镍等聚集在中心部位形成地核，最轻的物质浮于地表。

雪的形成和雨其实是一样的，都是空气里的水汽遇冷之后冷却而形成的。只是凝结时天气冷的程度不同，因而有了雨、雪的区别。当天空上层的温度很低、空气中的水汽凝结时，它就不是凝结成水滴，而是由水汽直接凝结成小雪片。由气体不经过液体而直接凝结成固体的这种转变，在气象学上叫做“升华”。因此，可以认为雪花是经过一种特殊方式形成的冰。

大部分使用液化天然气。液化天然气成分主要是甲烷及其它烷烃。

北京奥运会火炬使用燃料为丙烷，这是一种价格低廉的常用燃料。其主要成分是碳和氢，燃烧后只有二氧化碳和水，没有其他物质，不会对环境造成污染。

丙烷燃烧后主要产生水蒸气和二氧化碳，不会对环境造成污染。更重要的是，丙烷可以适应比较宽的温度范围，在零下40摄氏度时仍能产生1个以上饱和蒸气压，高于外界大气压，形成燃烧；而且，丙烷产生的火焰呈亮**，火炬手跑动时，动态飘动的火焰在不同背景下都比较醒目。

扩展资料

在圣地奥林匹亚祭祀时，人们还要进行短跑竞赛活动。哪个运动员首先从祭司手中接过火把，把火神普罗米修斯前祭坛上的圣火点燃，他就是胜利者。他还将被视为英雄而受到人们的尊敬。

运动会中进行的“火炬接力”活动，是从在德国柏林举行的第十一届奥运会开始的。当时，德国长跑运动员到希腊奥林匹亚点燃火炬，然后一个接一个把火炬传到柏林运动场。

我国在1959年第一届全运会上，首次举行了“火炬接力”活动。

-奥运会火炬

-北京奥运会火炬

火是物质发生剧烈化学反应(一般是氧化反应)所释放出来的巨大能量

他的成分主要是各个波长的电磁辐射但不是全波长的电磁辐射

镁在空气中氧化所释放出来的"火"在可见光波段几乎是全波长的,所以我们看到了刺眼的白光钠燃烧时以黄光居多所以我们看到了**的"火"不同的金属在空气中燃烧表现出不同的颜色的想象叫所金属的焰色反应不同的非金属物质在燃烧时也会发出不同焰色的"火",只是这种现象不是很典型

金属的焰色反映是电子在不同的轨道上跃迁所造成的一种电磁辐射现象,因为金属的电子轨道是固定的,跃迁时释放的光子的波长也是相对固定的,所以同一种金属焰色反应时发出的光的颜色也是固定的

答：火焰是物质剧烈的发光发热反应，物质是处于激发态的气体，或者是等离子体。

我们常见的物质，主要有固态、液态和气态，同一种物质在相同气压下，温度是决定物质为何种状态的主要因素。

对于气态的物质，如果温度继续升高，气体分子的核外电子将获得能量，此时核外电子将处于不稳定的激发态；如果温度继续升高的话，核外电子将彻底逃离原子的束缚成为自由电子。

大量分子的核外电子与原子核分离，组成的混合物就是等离子态，也可以叫做等离子体，比如高压电弧、闪电、极光就是等离子体。

对于一般的火焰，根据燃烧物质的不同，温度从500~2000℃不等；比如蜡烛燃烧的火焰，中心温度大概400℃，外焰大概500℃，温度从内到外先升高再降低。

如果我们用摩擦带电的金属导体靠近蜡烛火焰，会看到火焰有所偏离，这是因为火焰中有部分物质处于等离子体，而等离子体又是电的良导体。

火焰物质是处于激发态的气体和等离子体的混合物，其中激发态物质占了大部分，燃烧物在高温下和氧气发生剧烈的氧化反应，同时释放大量能量来维持反应的进行，并使得部分气体分子电离成为等离子体，被周围空气冷却后又转变为气体或者固体颗粒。

火到底是固态、液态、还是气态？这个问题在我上初中的时候思考过，而且当时我还设计了实验去检验。

那时候在初中物理课上老师给讲了固态、液态、气态三种物态，学完后我思考过人是固态、液态、还是气态？还思考过火应该算作哪种物态。

当时老师在课堂上额外说了还有物质存在的第四种状态——等离子态，老师只是一句话带过去的。在我意识到火好像不属于固液气三态中的任何一种后，我开始了解等离子态是什么态。当时我能查到的参考文献只是一本大块头的《现代汉语词典》，从那里我找到了等离子体的概念，虽然当时看的不是很明白，但知道了等离子体能够导电。于是就有了我设计的两个实验。

我的第一个实验是想检验一下火是不是气态，实验方案是用注射器在蜡烛的火焰上吸取火焰。当时我设想的，如果火是气体，吸入注射器后注射器内应该充满橘红色的火焰。实验中并没有看到火焰充满整个注射器，注射器在火焰上抽到尽头后，内部还是和抽取空气一样，至多有那么一丁点儿的黑烟。

第二个实验是检验火能不能导电，就是想看看火是不是等离子体。实验设计的也很粗陋，用干电池、小灯泡、导线构成一个闭合的回路，小灯泡发光。把导线断开，断开的两根导线相互靠近，然后放在火焰上。当时想着，如果火能够导电，小灯泡就会发光。结果小灯泡没有发光。

当时我没有更精密的实验仪器，实验也就到此结束。后来知道，用比较灵敏的电流计，可以检测出微弱的电流，这就意味着火焰中存在可以自由移动的电荷。这可以作为火焰中存在等离子体的证据。但是像蜡烛的火焰、火柴燃烧的火焰并非全部由等离子构成。

看到很多答案说，火就是等离子体，这是错误的。我们一根火柴，实际上，根本就不会产生等离子体，因为等离子体需要很高的温度，才能让让构成物质的原子丢失电子，从而形成游离的自由电子和原子核。

那火到底是个什么东西呢？

我们先来看看燃烧的过程，我们可以把氧比作是单身狗拆迁大队，碳和氢原来手牵手，很恩爱。

但是随着温度升高，氧开始躁动起来，它也想掺和进去，搞个三角恋。

当温度达到一定高度，反应开始了，在高温的激发下，碳氢化合物里中的电子躁动起来，它们获得了温度（能量），开始从基态（低能级）跃迁到高能态，并开始与原来的碳和氢两类原子核告别，一点旧情都不念，立刻就投入了氧的怀抱。

就这样，氧气夺走了碳和氢的电子，第三者插足成功了，由此来的碳氢分子物质被分家，产生了新的分子：二氧化碳和水分子。

一旦牵手成功，电子不再需要那么大的能量，于是能量便开始释放，又从高能态重新回到基态，能量的释放就是光子了。

这就是燃烧过程的形象比喻：一个电子分手，另觅新欢的过程。

在低温火光中，根本不可能出现电子游离的情况，而是立刻就发生了结合，所以不会产生等离子体。当然，温度很高的火焰中，是可能产生这种等离子状态的。 了解了这个过程，你就不会再问火是什么物质了。它就是一个发光发热的现象而已。就像天是蓝色的，你突然发问：蓝是什么物质？我该怎么回答你呢？

火是等离子体。

前面有网友说火不是等离子体，并用「火焰温度很低」来论证，这很明显是拍脑袋想出来的结果。火是不是等离子体，做个实验就能解决问题。

所谓等离子体，是正负带电粒子相互分离的状态。一般的物质，由于库伦力的作用，正负带电粒子通常都会结合成电中性的物质。而在高温之下，由于热运动的作用，正负粒子得以分离。

要检验是否是等离子体也很容易，只需要利用带电粒子的性质。带电粒子会受磁场影响，也会收到电场影响。

下面这张图是火在强电场中的行为：

很明显，火被电场拉扯变形了。

这时候还有一种可能，就是强电场本身将火电离。这时就需要使用磁场来做实验，磁场的洛伦兹力并不会让粒子电离：

上面这张图就是火在强磁场下的行为。其形变也非常明显，是很明显带电粒子受到了磁场的影响。

最后说一下火为什么会发光。其实这是因为在燃烧反应的过程中，电子被激发为激发态，然后会自发的跃迁到低能级的基态，从而发出光亮。

火并非是一种特定物质，而是物质转化的一个过程，只是人类把这个过程的表象定义为“火”。

火不是某种特定的物质

你想想，火可以是一堆干草燃烧，也可以是酒精燃烧，也可以是氢气燃烧，也可以是磷单质或者镁金属单质在空气中燃烧，不同的物质燃烧都会产生“火”，燃料有固体、有液体、有气体，而燃烧产生的产物，释放的能量，释放的光的光谱（颜色）也都有差别。在产生火的过程中所涉及的物质是不同的，因此如何界定火是什么物质呢？

“火”是一个现象，不是本质，它是一个过程，只是一个短暂持续的状态，不是物质。

上图：镁燃烧(白光)

上图：钾燃烧(红光)

上图：硫燃烧(蓝光)

但“火”这一现象有一些共同的特征，这些特征也是可以归纳为一个状态的——

火的状态

前面有大神说火是低温等离子态，个人不赞同，因为低温等离子态是在高电压下形成，而某些火的温度还是能达到上千度的，何况火还不具备高电压的情况。

低温等离子体的典型例子就是LED显示屏和LED灯

上图：在室温下通过高压放电产生的低温等离子体

但不管是什么物质燃烧产生的火焰，他们都有一个共同的特征，那就是一种自然维持的释放可见光的连续剧烈氧化反应。

自然维持、释放可见光、连续的、剧烈的、氧化反应，是这些基本特征的关键字。

个人建议把具有这样特征的状态称为氧化等离子态会比较合适。

生物在体内进行呼吸代谢也是一个自然维持的连续氧化反应，但是生物的呼吸作用并不释放可见光，也不是剧烈的氧化反应，这就与火的特征区别开来。

首先得明白几点：

一、我们常见的蜡烛的燃烧，酒精灯，使用打火机而看到的火焰并不是等离子体。

二、要像那种核聚变等上万度的燃烧才是等离子体。

等离子体又叫做电浆，是一种尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，而其运动主要受电磁力支配。

是由于部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后，游离的电子与正离子组成的这个气体状物质。

因此常称之为固、液、气之外外，物质存在的第四态。

而我们日常见到的蜡烛柴火不是等离子体，因为带电粒子和中性原子碰撞是如此频繁，以至于他们的运动受普通流体动力学的力而不是受电磁力支配。

开头的时候说过，等离子体其运动主要是受电磁力支配的。而这里的火焰只涉及空气动力学而非电磁力。

那为什么有人说火焰是等离子体呢，其实只能说是弱等离子体。当蜡烛达到燃点且充分燃烧就会发生氧化还原反应。氧化还原反应就是电子的转移，所以这是就有电离了。但并不意味着火焰就是等离子体了，由于这时电离度很低，所以只有少之又少的弱电离等离子体。

因此普通火焰燃烧时，主要成分还是被加热的气体分子。因为这些燃烧时的火焰比较接近气体的特性，导电性差。

等离子体按照温度可能大体分为三类：高温等、热等和低温。因此不是温度要达到超高才能是等离子体。

火到底是什么物质？是固态的还是液态的？

我们常见的状态有固液气等三态，但火既不是固态，也不是液态，更不是气态而是处于三态以外的低温等离子态或者是出于激发态的气体。

一个重力加速度下的蜡烛燃烧火焰和失重状态下的燃烧火焰！两者的形态有非常大的差异，特别是颜色和形状，主要是有上升气流和富氧状态以及失重与一氧化碳燃烧的差异！但两者的本质都没有区别，都是一种激发状态的气体或者低温等离子体！

物质的形态是可以转换的，而要求非常简单，只需要不断加热即可，一般物质的形态就会从固态-液态-气态-等离子态等几个转变过程！而温度在其中起了非常关键的作用！在这个过程中气体的原子核外层电子即处在激发状态下，而这个状态是不稳定的，如果在继续输入能量升高温度的话，外层电子脱离原子核的束缚成为自由电子！此时的物质就处在等离子态下！比如电焊的电弧或者闪电通路中被电离的气体，或者被太阳高能粒子激发而发光的极光这些是完全不用怀疑是等离子体！

但火焰并非彻底的等离子体，而是受激发气体的核外电子和脱离原子核的自由电子即等离子体的混合物，称之为低温等离子体也许会更合适一些！因为它的等离子态并不彻底！

普通气体电离到等离子态的过程，可以看到示意图中的电子已经脱离成了自由电子，当然这并非是真正等离子状态，而仅仅是辅助理解的示意图而已，请各位不必较真！

物质这个东西比较神奇，有好多的态，比如等离子态、固液气态、简并态（电子简并、中子简并）、玻色-爱因斯坦凝聚态以及其它态等等。火呢，这个物质也比较的神奇，有的火是确实是等离子态的，有的火温度很低，燃烧着普通的红色火焰，那就不是等离子态的，而是一种激发态的混合气体而已，比方说露天搭建的火堆。

但是这两种不容易区分，所以，可以把火看成是等离子态的，就是原子中电子吸收了能量，跃迁至高能级，跑了出来，结合氧气生成其它物质，再从高能级回落至低能级释放出光子，这样就是我们看到的火光了。

像上面提到的其它态，玻色-爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态都是超低温情况下的物质形态，在温度只比绝对零度高那么一丢丢的情况下获得的新的物质形态。

简并态，电子简并态主要是在白矮星中，中子简并态是在中子星中。

（太阳可以看做是一个巨大的等离子球）

个人浅见，欢迎评论！

火焰只是化学反应产生的现象，现象，现象。

火算是有机物质的激发分离态,有机物质的燃烧成火,需要火种,也就是着火的温度。一经起火,有机物在燃烧的激发下迅速分离成原子态吧有机物可形成第四状态,分离离散游离而生灭极快的原子态。仔细推敲,是缩小了的固态。理解色不异空,空不异色吗

　　火不是气体、液体或固体，它是等离子体。既不流淌，也不固定，更不是气体。

　　详解如下：

　　我们的地球虽然身为宇宙的一员，但在浩瀚的宇宙中却显得孤傲不群，像一座孤独飘零的岛屿。不要说它诞生了宇宙中极为罕见的智慧生命(而这样的生命在宇宙中其他地方却难以生存)，就是它上面的物质形态特别的与众不同。地球上司空见惯的物质三态——固态、液态、气态，在宇宙中却极为罕见，物质第四态——等离子态，是宇宙中极多的状态。这实在是个奇怪的现象。

　　更有意思的是，当我们让物质不断地冷下去、冷下去……不可思议的新物质形态又出现了。这种在地球上只能出现于条件严格的实验室中的物质形态，会在宇宙的某个角落随意飘荡吗？

　　从物质三态到第四态

　　石头、铁块等物体既坚硬又不易挥发，这就是作为固体物质的基本特性之一。我们人类居住在一个绝大部分由这些固态物质组成的天地里。当然，我们一样离不开水和空气，它们分别属于液态和气态物质中的一类，相比较而言，这些柔软而易挥发的物质在我们生存的环境中占据的比例更大，对我们生活的影响其实也更大：在科幻故事中，人类依然可以生活在未来水世界上，却无法生活在全部由岩石构成的世界之中。

　　物质的三态之间的转换很早就被人类认识到了，它们是不同温度下的状态，由所谓的冰点和熔点决定各自产生转换的温度。100多年前，人类对物质状态的认识基本上仅只于此。虽然亚里士多德在2000多年前就发现世界的组成除了这三态以外还包括火，但他也不清楚火究竟是一种什么物质？其实这就是物质的第四种状态——等离子体的一种表现形式。

　　如果把气体持续加热几千甚至上万度时，物质会呈现出一种什么样的状态呢？这时，气体原子的外层电子会摆脱原子核的束缚成为自由电子，失去外层电子的原子变成带电的离子，这个过程称为电离。所谓“电离”，其实就是电子离开原子核的意思。除了加热能使原子电离(热电离)外，还可通过电子吸收光子能量发生电离(光电离)，或者使带电粒子在电场中加速获得能量与气体原子碰撞发生能量交换，从而使气体电离(碰撞电离)。发生电离(无论是部分电离还是完全电离)的气体称之为等离子体(或等离子态)。等离子体的独特行为与固态、液态、气态截然不同，因此称之为物质第四态。

　　等离子体的存在机理是怎样的呢？物质是由分子或者原子组成的，而分子也是由原子组成。原子都由原子核和绕核高速运动的电子构成。原子核带正电，电子带负电，正、负电数量相等，整个原子对外不显电性。电子之所以绕核运动，因为它的能量不足以挣脱核的束缚力。如果不停地给物质加热，当温度升高到数十万度甚至更高，或者用较高电压的电激，电子就能获得足够逃逸的能量，从原子核上剥落下来，成为自由运动的电子。这就像一群下课后的学生跑到操场上随意玩耍一样。这时物质就成为由带正电的原子核和带负电的电子组成的一团匀浆，人们戏称它“离子浆”。这些离子浆中正负电荷总量相等，因此又叫等离子体。

　　等离子体的物质密度跨度极大，从10的3次方个／立方厘米的稀薄星际等离子体到密度为10的22次方个／立方厘米的电弧放电等离子体，跨越近20个数量级；温度分布范围则从100 K(—17315°C)的低温到超高温核聚变等离子体的10的8次方—10的9次方K。

　　等离子体在我们的宇宙中大量存在，从一根蜡烛燃起的火苗到滋生万物的太阳，从闪烁的星星到灿烂的星系。就在我们周围，在日光灯和霓虹灯的灯管里，在眩目的白炽电弧里，都能找到它的踪迹；另外，在地球大气层的电离层里，在美丽的极光和流星的尾巴里，也能找到奇妙的等离子态；放眼宇宙，更是等离子体的天下，宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高，这些星球内部的物质差不多都处于等离子态，像太阳这样灼热的恒星就是一团巨大的等离子体。只有那些昏暗的行星和分散的星际物质里才可以找到固态、液态和气态的物质。据印度天体物理学家沙哈的计算，宇宙中99%的物质都处于等离子体状态，而地球上常见的物质状态在宇宙中却成为稀罕宝贝。

　　这是为什么呢？原来是地球演化到今日，已成为一颗冷行星。实际上，室温下物质的电离成分完全可以忽略不计，即使温度上升到一万度，电离成分也不过千万分之一！

　　等离子体的研究主要分为高温和低温等离子体两大方面。

　　高温等离子体中的粒子温度高达上千万以至上亿度，可以使粒子有足够的能量互相碰撞，达到核聚变反应。氢弹就是人类历史上第一次成功应用高温等离子体的产物。氢弹是用原子弹作为“引信”，发出高热，从而产生高温等离子体，引发猛烈的核聚变，释放巨大的破坏性能量。

　　核聚变如果用于和平目的，把其变成一种新能源，那么核聚变就必须是缓慢地、持续地、可以控制地进行，这正是半个世纪以来高温等离子体物理研究的重点。

　　空间等离子体研究也是高温等离子体研究的一个重要部分。宇宙中99%以上的物质均是等离子体，而我们的太阳也就是一团巨大的等离子体，因此空间等离子体研究在宇航时代具有极其重要的作用。

　　一般来说，人们把温度在10万度以下的等离子体称为低温等离子体，低温等离子体大多是弱电离、多成分、并与其它物质有强烈的相互作用。低温等离子体能够由人类的技术来产生，因此被广泛应用于科学技术和工业的许多领域。现在，低温等离子体技术已经成为非常先进的工业加工技术，例如未来所有的超大规模集成电路，都将依靠等离子体加工；航天、冶炼、切割、喷涂等领域都需要低温等离子体技术。

　　超级大原子——物质第五态

　　如果物质不断冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去，比如说，接近绝对零度(-27316℃)吧，在这样的极低温下，物质又会出现什么奇异的状态呢？

　　这时，奇迹出现了——所有的原子似乎都变成了同一个原子，再也分不出你我他了！这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态(以下简称“玻爱凝聚态”)。

　　这个新的第五态的发现还得从1924年说起，那一年，年轻的印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文，提出了一种关于原子的新的理论，在传统理论中，人们假定一个体系中所有的原子(或分子)都是可以辨别的，我们可以给一个原子取名张三，另一个取名李四……，并且不会将张三认成李四，也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定，认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子(如两个氧原子)有什么不同。

　　玻色的论文引起了爱因斯坦的高度重视，他将玻色的理论用于原子气体中，进而推测，在正常温度下，原子可以处于任何一个能级(能级是指原子的能量像台阶一样从低到高排列)，但在非常低的温度下，大部分原子会突然跌落到最低的能级上，就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子。打个比方，练兵场上散乱的士兵突然接到指挥官的命令“向前齐步走”，于是他们迅速集合起来，像一个士兵一样整齐地向前走去。后来物理界将物质的这一状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。这就是崭新的玻爱凝聚态。

　　然而，实现玻爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾：一方面需要达到极低的温度，另一方面还需要原子体系处于气态。极低温下的物质如何能保持气态呢？这实在令无数科学家头疼不已。

　　后来物理学家使用稀薄的金属原子气体，金属原子气体有一个很好的特性：不会因制冷出现液态，更不会高度聚集形成常规的固体。实验对象找到了，下一步就是创造出可以冷却到足够低温度的条件。由于激光冷却技术的发展，人们可以制造出与绝对零度仅仅相差十亿分之一度的低温。并且利用电磁操纵的磁阱技术可以对任意金属物体实行无触移动。这样的实验系统经过不断改进，终于在玻色—爱因斯坦凝聚理论提出71年之后的1995年6月，两名美国科学家康奈尔、维曼以及德国科学家克特勒分别在铷原子蒸气中第一次直接观测到了玻爱凝聚态。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。此后，这个领域经历着爆发性的发展，目前世界上己有近30个研究组在稀薄原子气中实现了玻爱凝聚态。

　　玻爱凝聚态有很多奇特的性质，请看以下几个方面：

　　这些原子组成的集体步调非常一致，因此内部没有任何阻力。激光就是光子的玻爱凝聚，在一束细小的激光里拥挤着非常多的颜色和方向一致的光子流。超导和超流也都是玻爱凝聚的结果。

　　玻爱凝聚态的凝聚效应可以形成一束沿一定方向传播的宏观电子对波，这种波带电，传播中形成一束宏观电流而无需电压。

　　原子凝聚体中的原子几乎不动，可以用来设计精确度更高的原子钟，以应用于太空航行和精确定位等。

　　玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性正是利用这种特性，前年哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零，将光储存了起来。

　　玻爱凝聚态的研究也可以延伸到其他领域，例如，利用磁场调控原子之间的相互作用，可以在物质第五态中产生类似于超新星爆发的现象，甚至还可以用玻色-爱因斯坦凝聚体来模拟黑洞。

　　随着对玻爱凝聚态研究的深入，又一次彻底的技术革命的号角已经吹响。

　　突破第五态，创造第六态

　　物质形态到此就结束了吗？还没有。

　　在过去几年内，玻爱凝聚态只能由一类原子形成，这就是玻色子，而费米子是不能形成的。什么是费米子？什么是玻色子？我们需要先走入由基本粒子组成的原子世界。

　　很早以前，人们就知道原子是由电子和原子核组成，而原子核又由质子和中子组成。20世纪初，物理学家们发现了正电子和光子，开始探寻更小的粒子，发现原子核还可以分成更小的“小不点儿”：中微子、介子、超子、变子等等，物理学家把它们统称为“基本粒子”。早期发现的基本粒子根据各自遇到的“力”可以被分为4类：光子，轻子，介子和重子。20世纪80年代又发现了胶子，W玻色子和Z玻色子。这些基本粒子在宇宙中的“用途”可以这样表述：构成实物的粒子(轻子和重子)和传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)。在这样的一个量子世界里，所有的成员都有标定各自基本特性的四种量子属性：质量、能量、磁矩和自旋。

　　这四种属性当中，自旋的属性是最重要的，它把不同将粒子王国分成截然不同的两类，就好像这个世界上因为性别将人类分成了男人和女人一样意义重大。粒子的自旋不像地球自转那样是连续的，而是是一跳一跳地旋转着的。根据自旋倍数的不同，科学家把基本粒子分为玻色子和费米子两大类。费米子是像电子一样的粒子，有半整数自旋(如1/2，3/2，5/2等)；而玻色子是像光子一样的粒子，有整数自旋(如0，1，2等)。这种自旋差异使费米子和玻色子有完全不同的特性。没有任何两个费米子能有同样的量子态：它们没有相同的特性，也不能在同一时间处于同一地点；而玻色子却能够具有相同的特性。

　　基本粒子中所有的物质粒子都是费米子，是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子)；而传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)都是玻色子。

　　玻色子在我们的宇宙只占了一半的份额，剩下一半是由费米子组成的物质世界。玻爱凝聚态只能由玻色子来形成实在是太遗憾了。那么为什么费米子无法形成玻爱凝聚态呢？

　　意大利物理学家恩里科·费米和美国物理学家狄拉克指出：由于费米子具有半整数自旋，他们的相互作用会遵循泡利不相容原理(这条规则不适用于玻色子)。这条原理指出：任何两个费米子都不可能具有同样的量子态，从而在空间排布上，无法处在同一位置，当一个费米子占据了最低的能级以后，其它的费米子只能依次往外排列了。这条非常重要的原理排除了很紧密地挤在一起的费米子群的可能性，所以即使在绝对零度时，这些费米子仍然不能达到全同而凝聚起来，这些细微的差异导致他们走在一起时总是先来靠里，后来者往外排队的现象。

　　但是费米子占据了我们宇宙太重要的地位，它是物质世界的基石。此外，人类长久以来寻求的高温超导梦想仍然无法从理论上得到突破，至今人类一直无法突破—135°C以上的界限而使超导发生。电子作为费米子的一类，如果了解了原子费米子凝聚的机理，对电子费米子的凝聚秘密将彻底揭示出来。并且费米冷凝体中的可见实物原子对非常相似地模拟了超导体中电子对的组成，成为一个看得见的工具，人们再也不必从纯粹的想象中寻找超导秘密的暗道。

　　比梦更离奇的狂想曲

　　当前世界，粒子与凝聚态物理学领域的顶尖物理学家梦寐以求的这种物质状态就是所谓的“费米子凝聚态”，费米子凝聚态，从语意分析来说，费米子的物理含义是不能被聚集在一个量子基态的粒子，而凝聚态则表示粒子沉积在一个能量级别上。这个名词本身是一对矛盾，但奇妙的就是现实与理论的矛盾冲突被天才的技巧平复了。

　　解决这个矛盾首先来自超导现象的启发。巴丁、库珀和施里弗(他们共同荣获1972年诺贝尔物理学奖)提出一个对金属的超导进行解释的理论——BCS理论，其基本思想是，在极低温下的金属中的电子费米子，会彼此结合成对，这种电子对称为库柏对。结合成库柏对的电子费米子表现出玻色子的特性，这样，物理学家就找到了一个制造“费米子凝聚态”的方法。他们将费米子成对转变成玻色子，两个半整数自旋组成一个整数自旋，费米子对就起到了玻色子的作用，所有气体突然冷凝至玻爱凝聚态。

　　既然电子可以这样行事，为什么原子不可以呢？运用这个理论，科学家们开始对另一种费米子3He同位素进行实验。后来果然发现了3He的玻爱凝聚态所导致的超流现象：超流液态氦被小心注入烧杯的中央时，它会立即从底部沿着烧杯壁向上“爬出”杯口而漫溢出来！但是这种冷凝所涉及的机理非常复杂。

　　这毕竟是一个成功的开始。德博拉·吉恩坚信采用这个途径可以达到目的。他们首先成功地实现了钾-40原子气体的费米冷凝，这些被冷凝的气体有一个特殊的名字——简并费米气体。简并费米气体中包含有两种不同自旋方向的费米子，它们可以用来形成原子对而成为类玻色子的二元体。这是一种非常规意义上的量子气态物质，是通向费米冷凝体的必经之路。制造它们也是一个高难度的冷凝过程，当温度降到10亿分之一K以下时，这些原子仍然没有由于过强的原子作用而形成凝聚态。

　　如何将这些信奉“终身独立”的费米子劝说组成库柏对，进而形成凝聚态呢？他们采用了一个魔术般的磁场，50纳开氏温度(与绝对温度只差000000005K)下，当磁场达到某一个特定的频率时，超冷的费米子气体开始发生核磁共振，好像在一场交谊舞中慢慢地寻找各自的舞伴。此时磁场快速撤离，外围尚未成对的费米子因失去束缚迅速散开，携带走热量导致中心部位进一步冷凝。一个奇妙的现象终于发生了：穿过费米气体中心的探测光波像打到一个晶体上一样发生了衍射，而气体是不会对光波产生衍射的。德博拉·吉恩相信：一种神奇的固体物质一定已经诞生了。后来的原子阵列显微观测发现，冷凝体中约50万个钾原子费米子确实形成了一对对的库柏对。

　　费米子凝聚态与超导中的电子费米子冷凝体不一样的是，前者是实实在在的原子冷凝，后者是没有质量的虚空的电子冷凝；前者是一个可见的原子超流流体，后者则是金属中的电子超流体。科学家们把这样的物质状态又叫做超导体与玻爱冷凝体的中间状态。

　　费米子凝聚态与超导体有哪些不同呢？首先，费米冷凝体所使用的原子比电子重得多，其次是原子对之间吸引力比超导体中电子对的吸引力强得多，在同等密度下，如果使超导体中电子对的吸引力达到费米体中原子对的程度，制造出常温下的超导体立即可以实现。超冷气体中形成费米体为研究超导的机理提供了一个崭新的物质工具，因此，这项成果有助于下一代全新超导体的诞生。而下一代超导体技术可在电能输送、超导磁悬浮列车、超导计算机、地球物理勘探、生物磁学、高能物理研究等众多领域和学科中大显身手。

　　当然，现在的技术并不能使所有费米子都可以发生费米冷凝，而且所获得的冷凝体还相当脆弱——比玻璃还要脆！但这只是技术问题。

　　[资料]

　　一位获得2003年“天才奖金”的科学家

　　世界上每天都有新的发现和发明，但我们的眼睛最关注的只是那些给人类的认识与创造能力将带来革命性改变的伟大发现。在2004年1月28号，有一位科学家向全世界宣告了这样一个革命性的创举，创造出世界上一种全新的物质。这种物质是对一个基本理论的挑战，是彻底实现量子世界宏观化的前夜。她就是——

　　德博拉·吉恩，一位年仅34岁的美国女科学家，因为领导她的研究小组在1999年创造出一种新的量子气体物质——简并费米气体，在2003年获得了被全世界科学家通常认为只有天才才能获得的“麦克阿瑟奖金”。这个奖金选择获奖者具有三个苛刻的条件：超乎异常的创造力；已经做出重大成就，并承诺将取得更大的突破；其工作将促进一系列极具创造性的工作产生。

　　这种使当年被誉为分子年的神秘量子气体——百万分之一绝对温度下濒于冷凝的费米子，究竟有什么特点呢？这是人类首次将理论上预言不可冷凝的一类原子极度接近凝固而变得像可以发射的光波，朝着突破理论的极限迈出了一大步。这个成就所带来的世界改变，人们粗略预测，仅仅最近几年，一种从未制造过的极度精准的原子钟和由实体原子物质组成的激光将因此而被发明。刚刚迈入2004年，这个已经处于世界前沿的科学壮举在这位天才科学家的努力之下，让人惊异地又前进了一大步：人类首次创造出理论上预言不可实现的费米冷凝体固体物质。这是继人类于1995年创造第五种物质形态——玻色—爱因斯坦凝聚态(英文缩写为BEC)以后，创造出的第六种物质形态。人类长久以来梦寐以求的常温下的超导体，将会按照这项工作所指明的方向很快被制造出来。在惊叹一个新世界诞生之际，我们再一次信服“天才奖金”名不虚传。

火是物质燃烧产生的光和热，是能量的一种。必须有可燃物、燃点、助燃气体（不一定是氧气）并存才能生火。三者缺任何一者就不能生火。 火是很泛的概念，基本包含两大元素：发光（光子的产生）和产热（如氧化、核反应所致）。在生活中，火可以被认为是物质发生某些变化时的表征。很多物质都能在某些特定的变化或说反应中产生光和热，两者共同构成我们所说的“火”。 譬如以蜡烛为例，蜡烛燃烧时当然产生了火。但我们到底该认为谁是火呢？是蜡，还是二氧化碳、水，甚至是炭或蜡分解出的小分子有机物？ 水和二氧化碳是无法独自产生火的，可排除此可能性；我们在蜡烛燃烧时看到黑烟，说明炭还好好的存在着，并未发生反应，所以这种可能性亦不存在，至于其他杂分子，也是燃烧的副产物，既然称为产物，则不会在我们所讨论的反应过程中发生变化了，排除。只剩下蜡了。蜡是火？确实荒谬。不错，蜡本身绝不是火，但火源自蜡，而非上述任何其他物质，这是肯定的。蜡产生了火，而火却不是此反应中的任何反应物或生成物本身！火就是火自己！但火实际上确是一种物质，但又不仅仅是物质。 或许我们也会问“闪电是什么物质？”，有人可能会回答道“闪电是一种现象，不是一种物质”，这样的答复没什么意义。其实这个问题颇值得思考。闪电产生于空气中，更准确地说，是云（以水为主）中。书本告诉我们闪电是电中和所致，但这并不直击问题要害。相信某人说“闪电是一种大自然的现象”没人会反驳，但我提出的闪电与他说的闪电是两个不同的词。我说的是一个物质名词，他说的是一个动名词！举个例子，我说的闪电好比雪snow，而他所说的闪电好比下雪fall of snow OR snowing。对于火的理解，也有相同的理解分歧。但是，我们要清楚一点，任何自然现象都是物质的。客观存在的是物质本身，而其现象只是人脑中的反映，或说人的感知及后继的理性思考。 在火中，光既是物质又是能量，这不难接受。而对于热，大多数人认为热仅仅是能量，但实际上，热辐射作为一种电磁辐射，在量子物理中亦有物质性，其和光的本质是同一的。更深层上，物质与能量是统一的，可等价的。只是当代物理学界倾向于将物质统一于能量——受限的能量。所以火的本质既是同具光波和热辐射的电磁波，是物质，也是同具光能、热能的能量。 电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的，一团均匀的“浆糊”，人们称它离子浆。这些离子浆中正负电荷总量相等，因此又叫等离子体。 而我们通常看到的火是电离的电子由激发态回到基态时放出的光子，不同能量的光子有不同能量的颜色。

一些火里面可能含有等离子体。这些等离子体是电离率低、且相互作用以碰撞为主。

这里面有三个需要注意的点。第一，“可能含有”，火焰是否含有等离子体，含多少等离子体，跟火焰的温度和发生燃烧反应的物质有关；第二，“电离率低”，意味着火焰中即使含有等离子体，也只有少部分发生了电离；第三，“相互作用以碰撞为主”，这意味着火焰的性质跟一般气体分子差别不大。与第三点相对的是“相互作用以库伦力为主”，这种等离子体的性质更不像传统的气体，而“像等离子体”。

也就是说，高温的火焰里面可能有等离子体，低温的则可能没有。但即使火里面有等离子体，火体现出的性质主要还是一般气体的性质。

火到底是什么物质？它又是什么形态的？

物体的存在形式一般有三种，固态、液态、气态，但是火看起来好像和这三者都不太符合。火到底是什么物质？为什么说它是一种特殊的形态？

我们眼中看到的火不如称之为焰，它以等离子体的形态出现，这是物质的第四种形态，看起来和气体有些像，因此也被叫做超气派。那什么是等离子体呢？我们所见到的物质都是由分子、原子构成的，原子又包括核外带负电的电子和带正电的原子核。当物质温度过高或者因为其他原因，核外电子吸收能量，摆脱了原子核的束缚，成为自由电子，物质就变成了自由电子和带电离子，这种状态下的物质就被叫做等离子体。

地球上的火、闪电、极光等都是等离子体的形态。那火是从哪、来的呢？中国神话中有一段关于燧人钻木取火的故事，由于远古人类没有火种，经常生病，寿命也很短暂，天神伏羲不忍告诉人类遂明国有火种。后来有年轻人去往遂明国，在穗木树下钻木取得火种。考古学家研究发现，生活在东非肯尼亚的早期猿人300万年前就已经使用火了，在中国的袁某人遗址也发现了用火的痕迹。

火自从被发现以来，给人类带来了太多好处。原始人利用火驱逐野兽，学会了用火烤食物，火光还为人类带来了光明，即使是在黑暗中，人们也可以看清事物那伙的本质。究竟是什么东西呢？从现代科学的立场来解释，火是物质燃烧过程中所进行的强烈氧化反应，其能量以光和热的形式释放。换句话说，火其实是能量的一种存在形式，而火的本质就是氢、碳、氧和其他物质混合成的。

如果想生火需要可燃物、足够高的温度和氧化剂，三者缺一不可。既然火团是由物质构成的，那火有重量吗？为什么我们看到的火苗都是向上跑的？火有重量，并且会受到地球重力的影响。我们之所以看到火焰向上，是因为火苗周围所产生的热空气，热空气在上升的过程中推着火焰向上走，而如果在外太空燃起一团火，那么火会是一个圆球的形状。

除此之外，不同的可燃物燃烧时所产生的火焰颜色也都是不同的，天然气燃烧时是蓝色的火焰，而蜡烛燃烧时是橘红色的火焰。除了物质本身的成分不同之外，还和可燃物的燃烧程度有关。当物质燃烧充分时，一般就是蓝色的火焰。燃烧不充分的情况就像蜡烛，其实红色火焰中间的心也都是蓝色的，但是由于被外层红色火焰包裹，往往观察不到了蓝色部分外层的红色火焰则是因为燃烧中产生的碳黑飘在火焰上边，所以多显示为红色。