拿两个氢原子来比较，它们中间既存在斥力又存在引力，斥力有两个原子的质子和质子之间的库仑力以及电子和电子之间的库仑力，引力有第一个原子的电子和第二个原子的质子之间及第一个原子的质子和第二个原子的电子之间的库仑力；又由于电子在运动着，它们之间彼此还存在磁力（包括电子自旋产生的）作用，可能是引力，也可能是斥力。这里的引力之和和斥力之和绝对相等吗？不是的，与它们之间的距离有关系，在一定距离它们会吸引并结合成氢气分子；所有由原子结合成分子的形式都与原子和原子之间的电磁力有关，这在分子化学中很清楚，正因为电磁力的存在，物质微粒结合形式不同，才造成了物质分子的多样性。那么分子和分子（包括有些原子和原子）之间的力是怎样的？由于既存在电磁斥力又存在电磁引力，分子力有时表现为引力有时表现为斥力。参照下图，距离小于r0时，随距离的减小斥力和引力同时增大，但斥力增大快，对外表现为斥力；距离大于r0时，随距离的增大斥力和引力同时减小，斥力减小快，对外表现为引力。一般认为，大于10r0可忽略其为零。但我认为虽然随距离的增大其表现出来的引力非常微小，可仍不可忽略，因为万有引力是比电磁力小1039的力。我们有理由认为虽然一个物体中的分子和另一个物体中的分子之间的电磁引力在宏观距离是非常微小，但考虑到宏观物体由大量数目的分子组成，电磁力又是可迭加力，其作用效果可能并不小。例如地球和地面上的人，构成一个普通的人的质子电子对就约为个，而地球的质量大约是人的1023倍，能认为这个人和地球之间的电磁力在经过1051倍的叠加后仍为零吗？我认为，由于人们的粗心，误将宏观物体之间的微弱电磁力认为是万有引力。或者说，所谓的万有引力实际是宏观不带电物体间电磁力的外在表现。根据以上的理解我提出以下观点：

第一，宇宙中只有三大相互作用，弱力、强力、电磁力。正如《老子》所言，“道生一，一生二，二生三，三生万物”，这三种相互作用不仅彼此有联系，而且造就了这繁华而多彩的物质世界。所谓“万有引力”无非是电磁力在宏观不带电物体间的表现。电磁力在宏观不带电物体间既存在引力又存在斥力，在分子尺度表现为分子力，在宏观距离及星体间表现为引力，在更大宇观距离如星系间可能表现为斥力。电磁力在宏观不带电物体间力的大小除与它们之间的距离有关系外还与物体的结构有极大关系，如质子、电子、中子、亚核粒子的个数，排列方式，运动状态，是否自旋等。

第二，不存在“万有引力”，万有引力定律不过是一种近似的巧合规律，更精确的规律与物质结构有关。重力实质是电磁力在地球和地球表面物体间的宏观表现，重力加速度并不完全决定于所在地球的位置，还与所研究的物体的组成物质微粒（分子、原子、电子、质子、中子等）的个数、排列情况、运动状态等有关。不存在所谓的“引力质量”，不因为物体有质量而存在引力，不能用天平或电子秤准确测物体的质量，也不能用所谓的“万有引力定律”准确测天体甚至宇宙的质量，只能用牛顿第二定律测物体惯性质量的方法来测物体的质量。不存在“引力子”，宏观物体间的相互作用完全是通过光子进行的。也不存在“引力场”、“重力场”，都是电磁场的作用。一切与万有引力有关的规律都是电磁力作用的结果，万有引力来源于电磁力，包括光在引力场中的弯曲都是电磁场对电磁波作用的结果。

可能有人要说，万有引力是理论总结和实践相结合的产物，并被证明是正确的。但要认识到它有文章开头所说那许多缺陷，而电磁力就没有；相反，电磁力更符合中国古代的太极图思想，老子说：“万物负阴而抱阳，冲气以为和。”电和磁不就是阴阳统一体吗？有时为斥力有时为引力，不正符合阴阳中又有阴阳的思想。而且，宏观物体间的电磁力理论不仅能解释何以此力与质量的乘积成正比，并能解释更多万有引力理论所不能解释的问题。具体如下：

1从库仑定律中可看到，向外辐射的场本来就与距离的平方成反比，与距离的关系不必解释。与质量的关系：由于每个宏观物体的质量粗略的和它中间所含的质子个数成正比，故人们将本应是由于质子电子对个数增多而迭加的与质子电子对个数成正比的电磁力误认为是万有引力。由电磁力的迭加原理可推出宏观物体间电磁力的粗略计算公式为，其中k’是一待测的常量，其中N1、N2表示两个物体中各自所含的质子或电子个数，r表示它们质心间的距离，F表示宏观物体间电磁引力和电磁斥力之差或外在表现力。这个公式适用于不带电的宏观物体在宏观距离下的作用。可以看出，这个公式能适用的地方“万有引力定律”恰好适用。由于在分子尺度电磁力表现为分子力，故由此理论可预测分子或量子尺度的粒子之间不会有所谓的“万有引力”，也不会有因“万有引力”在小尺度上无限迭加而形成的黑洞，除非电磁力在宏观物体间的迭加能有这样的效果。要解释的一点是，宏观物体间的电磁力与物质结构有很大关系，要知原子中的中子也有自旋，和另一物体中质子电子中子也可能有一定的作用，因此上式是忽略了它的作用而得出的式子，要精确可能还须改进。另外，由于在宏观尺度上物体自身有不同的物质结构，物质微粒的排列方式、运动状态等发生变化都可能引起电磁力的变化，故说明上式是一“粗略”计算式，因此也没有给出其常量数值；而宇宙空间也有不同的星体结构，上式在宇宙大尺度上如遥远的星系间可能已不适用。

2“2003年2月11日，美国太空总署公告当时探测到的宇宙学参数，认为宇宙中存在“反引力”，因为观测结果表明许许多多的星系正在“加速远离”，而不是在引力作用下减速。”这是引用某网站的原话。当人们观察到不符合万有引力定律的现象时，总喜欢另外寻找其它力的影响，以为是“反引力”或是“第五种力”甚至是“第六种力”的作用，却不重新认识已有的定律是否还能经住实践的考验。按照新理论（万有引力来源于电磁力）理解宇宙学规则认为，由于在分子尺度以上宏观物体间的电磁力表现为引力，而其中电磁引力和电磁斥力同时存在，在宇宙更大尺度上构成星系的天体结构同我们宏观物体或星球的物质结构有巨大的不同，不能认为其间还会表现为引力。中国先贤哲学《易经》思想中有“物极必反”、“此消彼长，此长彼消”的道理，由于组成星系的分子数目极多，已远超过了带电粒子间的电磁力对“万有引力”的强度倍数，在分子数目多到极致的情况下预测，星系间正如分子尺度的r0以内，表现为“万有斥力”。如此，则可以解释何以遥远的星系加速远离我们而去，并且越远越快。当年爱因斯坦在宇宙方程中引入斥力项也就找到可以存在的依据了，不过这个斥力项只能在大尺度的星系间才能表现出来。

31986年初美国物理学家费希巴克（E Fischbach）和四位同仁在著名的「物理评论通讯」刊物上发表文章表示自然界可能有第五种力存在，他们所根据的就是「重力加速度值」（g）的异常现象——在同一地方不同物体之重力加速度值不同。据新的理论可看出，这正是万有引力来源于电磁力的一个推论，不同的物体的物质微粒个数不同、排列方式不同、运动状态不同，虽然相对于地球的物质微粒各方面影响要少得多，但总可以产生出可观察的效应，那就是引力不同。即使是相同质量的物体因物质结构的不同在同一地点测量引力也会有差异，而造成我们认为「重力加速度值」（g）的异常。刘武青做了许多这方面的实验[ii]，其中一个实验是用电子天平测两个圆柱形磁体的质量的对比实验，把它们竖直磁极对磁极叠放在一个金属筒中，发现处于排斥叠放位置时其质量要小于吸引叠放时的质量；另外一个实验是测定电容器在充电和放电时质量的变化，发现有些质量增加而有些质量减少。刘武青认为这是被屏蔽的电磁力影响万有引力的效应，并将此申请成发现专利。殊不知，自然界的长程力只有电磁力一种，这不过是同一物体的物质微粒（如电子、质子、中子）的排列结构、运动状态（如绕核旋转或自旋）发生改变而引起地球和物体间电磁力发生改变的一个例证而已。而且宏观物体间的电磁力不能屏蔽，因为任何宏观物体都是由原子分子构成的，其中必定含有电磁力能够作用的物质微粒电子质子等，其中包括屏蔽物体。由以上实验可知，不能够通过测物体间引力（宏观物体间的电磁引力）的方式准确测定物体的质量，也不能够准确测定某地的重力加速度；否则，如要认为质量不变则重力加速度有异，要认为重力加速度不变则质量有异。

4狄拉克于1937年提出了著名的大数假说，其内容是：“自然界出现的任何两个很大的无量纲数是彼此相关的，他们都由一个简单的数学关系相联系”，[iii]他描述了从粒子世界导出的极小和从宇宙太空导出的极大数之间的必然关系。由于宇宙太空和粒子世界都是同一个相互作用电磁力的作用结果，故它们之间的联系是必然的，大数假说必能在新理论的基础上成为大数定理。其中提到万有引力常数G值随时间将变化，由新理论可知，本不存在这么一个相互作用，必然这个假想的常数会因时间、地点、物质结构而变化。

5人们根据质量和光度的比值测量出的质量，总比根据星系周围的物质转动曲线、双星系的万有引力和动力学平衡条件等力学的方法得出的质量要小得多。这是什么原因呢？有人由此断定宇宙中存在着大量有力学效果而不发光的暗物质，这是无稽之谈。因为新理论预言，不能用“万有引力”的方法准确测定物体的质量（包括天体的质量），而且在更大尺度宇观范围内“万有引力”要表现为斥力。同时也告诉我们，宇宙学需要新的理论，也许将是一种大尺度的膨胀结合小尺度的环绕理论。不过我相信，天上人间将遵循同一种“道”，上帝不会将宇宙造的连他自己也理解不了。

在以上问题中，一方面，万有引力理论难于解释其成因；另一方面，又为万有引力来源于电磁力理论提供了理论依据。其中，涉及引力质量的变化及有无，我们知道，引力质量等于惯性质量是广义相对论的基础之一，是否它会动摇相对论的根基，爱因斯坦的质能方程是否需要重新考证。大爆炸宇宙学说在宇宙的质量问题、将来的发展预测等方面也需要进一步的发展。由于本人知识有限，新的理论还要更多的有识之士来完善，要做出预测并能被实践所检验的理论才是好理论。

追踪引力波

引力波的直接探测，不仅是为了验证爱因斯坦的广义相对论，而且将有助于揭开宇宙年轻时的面纱。近年来，这项工作正在天文学界有条不紊地展开。引力波的随机背景 (SGWB , Stochastic Gravitational-Wave Background) 起源于天体物理事件和宇宙大爆炸，事实上随机背景是许多种尚未辨明的引力波源贡献的叠加。在宇宙演化的最早期，所产生的引力波很难到达标准的天体物理观测站，但SGWB应该携带着早期引力波的独特信号。为了理解大爆炸后一分钟之内宇宙的演化，有必要直接测量SGWB能量密度的相对幅值。

位于美国加洲理工学院的激光干涉仪引力波观测站(LIGO, Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) 近两年来一直正常运行, 先后有来自世界80 多个研究机构的科学家（组成了LIGO协作组和Virgo协作组）在这里工作。最近，他们联名在Nature周刊上发表文章，报告两年来的观测数据以及由此导出的SGWB相对幅值。按照宇宙临界能量密度作归一化处理，在LIGO频带(~100 Hz附近)，SGWB的能量密度上限是69 ×10 - 6 。这一结果减小了以往间接测量（取自大爆炸后核合成的结果——氦丰度，或取自宇宙微波背景辐射 ）给出的对SGWB能量密度的限制（小于11×10 - 5）, 大大增加了地面观测站直接探测到引力波本身的实验预期。引力波的直接探测难度非常大。两块测试重物（熔融石英，每块11kg）相隔约4000m，引力波探测要求的测量精度是，在4000m 的尺度上测出10 - 13cm 量级的长度变化。专家认为，在这次工作中，LIGO协作组和Virgo协作组做出了里程碑式的贡献，尽管引力波本身的直接探测还需要进一步的努力。

引力波的出现始于宇宙年龄的10 - 43秒；大爆炸后的10 - 38 秒，暴涨周期开始；在大约10 - 11秒时刻，弱电相互作用开始破缺，相变导致它分成截然不同的电磁相互作用和弱相互作用。所有这些过程和机制，都会在我们今天的探测中留下印记。引力波存在的间接证据来源于对Hulse–Taylor双星的观察。它们是一对中子星，其中之一是脉冲星，两者围绕着公共的质量中心运转。观察表明，它们的轨道能量损失与广义相对论的预言（基于引力波发射）精确相符。然而，引力波的直接探测仍是必须的，它将告诉我们：引力波是否以光速传播，以及关于极化态的细节。在大爆炸之后的380,000年期间，宇宙对于电磁辐射是不透明的，然而引力波可以在任何时间自由地穿越整个时空。这将使人们有可能通过引力波了解早期宇宙的信息。另一方面，引力波实验还将有助于黑洞研究，因为发生地的密度越高，引力波产生的效率就越高，而致密是宇宙极早期状态和黑洞共同具有的特性。

预计，下一代的LIGO（将于2014年投入运行）和Virgo探测器将保证能够直接探测到双星系统的引力波信号。未来，其他的间接探测手段包括：脉冲星编时阵列（Pulsar-timing arrays）；最近发射的普朗克卫星——它将通过宇宙微波背景辐射极化的印记探测来自暴涨期的超低频引力波。此外，直接探测也有向空间发展的计划，即建造空基的激光干涉仪空间天线（Laser Interferometer Space Antenna，LISA)。它将操作在较低的频率窗口，对于探测双星系统和超大质量黑洞特别有利。

（戴闻 编译自 Nature 460 (2009) : 964和990）

等离子体(pla a)又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的巨观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。电浆是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速电浆。电浆物理的发展为材料、能源、信息、环境空间、空间物理、地球物理等科学的进一步发展提供了新的技术和工艺。

电浆是不同于固体、液体和气体的物质第四态。物质由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。当被加热到足够高的温度或其他原因，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，就像下课后的学生跑到操场上随意玩耍一样。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”，因此人们戏称它为离子浆，这些离子浆中正负电荷总量相等，因此它是近似电中性的，所以就叫电浆。

基本介绍 中文名 ：电浆 外文名 ：pla a 类目 ：物理学 又叫 ：电浆 构成,发展史,离子效应,主要套用,技术,不稳定性,核聚变,科研贡献, 构成 看似“神秘”的电浆，其实是宇宙中一种常见的物质，在太阳、恒星、闪电中都存在电浆，它占了整个宇宙的99%。21世纪人们已经掌握和利用电场和磁场产生来控制电浆。最常见的电浆是高温电离气体，如电弧、霓虹灯和日光灯中的发光气体，又如闪电、极光等。金属中的电子气和半导体中的载流子以及电解质溶液也可以看作是电浆。在地球上，电浆物质远比固体、液体、气体物质少。在宇宙中，电浆是物质存在的主要形式，占宇宙中物质总量的99%以上，如恒星(包括太阳)、星际物质以及地球周围的电离层等，都是电浆。为了研究电浆的产生和性质以阐明自然界电浆的运动规律并利用它为人类服务，在天体物理、空间物理、特别是核聚变研究的推动下，近三、四十年来形成了磁流体力学和电浆动力学。 电浆由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性的物质状态。电浆可分为两种：高温和低温电浆。电浆温度分别用电子温度和离子温度表示，两者相等称为高温电浆；不相等则称低温电浆。低温电浆广泛运用于多种生产领域。例如：等离子电视，婴儿尿布表面防水涂层，增加啤酒瓶阻隔性。更重要的是在电脑晶片中的蚀刻运用，让网路时代成为现实。 电浆发生器 高温电浆只有在温度足够高时发生的。恒星不断地发出这种电浆，组成了宇宙的99%。低温电浆是在常温下发生的电浆（虽然电子的温度很高）。低温电浆可以被用于氧化、变性等表面处理或者在有机物和无机物上进行沉淀涂层处理。 电浆 （Pla a）是一种由自由电子和带电离子为主要成分的物质形态，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”。电浆具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。电浆是由克鲁克斯在1879年发现的，1928年美国科学家欧文·朗缪尔和汤克斯（Tonks）首次将“电浆”（pla a）一词引入物理学，用来描述气体放电管里的物质形态[1]。严格来说，电浆是具有高位能动能的气体团，电浆的总带电量仍是中性，借由电场或磁场的高动能将外层的电子击出，结果电子已不再被束缚于原子核，而成为高位能高动能的自由电子。 电浆是物质的第四态，即电离了的“气体”，它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。其实，人们对电浆现象并不生疏。在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是电浆作用的结果。对于整个宇宙来讲，几乎99．9%以上的物质都是以电浆态存在的，如恒星和行星际空间等都是由电浆组成的。用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生电浆。分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。在通常情况下，即上述物质前三种形态，电子与核之间的关系比较固定，即电子以不同的能级存在于核场的周围，其势能或动能不大。 普通气体温度升高时，气体粒子的热运动加剧，使粒子之间发生强烈碰撞，大量原子或分子中的电子被撞掉，当温度高达百万开到1亿开，所有气体原子全部电离。电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等。这种高度电离的、巨观上呈中性的气体叫电浆。 电浆和普通气体性质不同，普通气体由分子构成，分子之间相互作用力是短程力，仅当分子碰撞时，分子之间的相互作用力才有明显效果，理论上用分子运动论描述。在电浆中，带电粒子之间的库仑力是长程力，库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果，电浆中的带电粒子运动时，能引起正电荷或负电荷局部集中，产生电场；电荷定向运动引起电流，产生磁场。电场和磁场要影响其他带电粒子的运动，并伴随着极强的热辐射和热传导；电浆能被磁场约束作回旋运动等。电浆的这些特性使它区别于普通气体被称为物质的第四态。 在宇宙中，电浆是物质最主要的正常状态。宇宙研究、宇宙开发、以及卫星、宇航、能源等新技术将随着电浆的研究而进入新时代。 发展史 19世纪以来对气体放电的研究;19世纪中叶开始天体物理学及20世纪对空间物理学的研究；1950年前后开始对受控热核聚变的研究；以及低温电浆技术套用的研究，从四个方面推动了这门学科的发展。 19世纪30年代英国的M法拉第以及其后的JJ汤姆孙、JSE汤森德等人相继研究气体放电现象，这实际上是电浆实验研究的起步时期。1879年英国的W克鲁克斯采用“物质第四态”这个名词来描述气体放电管中的电离气体。美国的I朗缪尔在1928年首先引入电浆这个名词，电浆物理学才正式问世。1929年美国的L汤克斯和朗缪尔指出了电浆中电子密度的疏密波（即朗缪尔波）。 对空间电浆的探索，也在20世纪初开始。1902年英国的O亥维赛等为了解释无线电波可以远距离传播的现象，推测地球上空存在着能反射电磁波的电离层。这个假说为英国的EV阿普顿用实验证实。英国的DR哈特里(1931)和阿普顿(1932)提出了电离层的折射率公式，并得到磁化电浆的色散方程。1941年英国的S查普曼和VCA费拉罗认为太阳会发射出高速带电粒子流，粒子流会把地磁场包围，并使它受压缩而变形。 从20世纪30年代起，磁流体力学及电浆动力论逐步形成。电浆的速度分布函式服从福克－普朗克方程。苏联的ЛД朗道在1936年给出方程中由于电浆中的粒子碰撞而造成的碰撞项的碰撞积分形式。1938年苏联的AA符拉索夫提出了符拉索夫方程，即弃去碰撞项的无碰撞方程。朗道碰撞积分和符拉索夫方程的提出，标志著动力论的发端。 1942年瑞典的H阿尔文指出，当理想导电流体处在磁场中，会产生沿磁力线传播的横波(即阿尔文波)。印度的S钱德拉塞卡在1942年提出用试探粒子模型来研究弛豫过程。1946年朗道证明当朗缪尔波传播时，共振电子会吸收波的能量造成波衰减，这称为朗道阻尼。朗道的这个理论，开创了电浆中波和粒子相互作用和微观不稳定性这些新的研究领域。 从1935年延续至1952年，苏联的HH博戈留博夫、英国的M玻恩等从刘维定理出发，得到了不封闭的方程组系列，名为BBGKY链。由它可导出符拉索夫方程等,这给电浆动力论奠定了理论基础。 1950年以后，因为英、美、苏等国开始大力研究受控热核反应，促使电浆物理蓬勃发展。热核反应的概念最早出现于1929年，当时英国的阿特金森和奥地利的豪特曼斯提出构想，太阳内部氢元素的核之间的热核反应所释放的能量是太阳能的来源，这是天然的自控热核反应。1957年英国的JD劳孙提出受控热核反应实现能量增益的条件，即劳孙判据。 50年代以来已建成了一批受控聚变的实验装置，如美国的仿星器和磁镜以及苏联的托卡马克，这三种是磁约束热核聚变实验装置。60年代后又建立一批惯性约束聚变实验装置。 环状磁约束电浆的平衡问题由苏联的VD沙弗拉诺夫等解决。美国的M克鲁斯卡和沙弗拉诺夫导出了最重要的一种电浆不稳定性，即扭曲不稳定性的判据。1958年美国的IB伯恩斯坦等提出分析巨观不稳定性的能量原理。处在环状磁场中的电浆的输运系数首先由联邦德国的D普菲尔施等作了研究(1962)，他们给出在密度较大区的扩散系数，苏联的AA加列耶夫等给出了密度较小区的扩散系散(1967)，这一理论适用于托卡马克这类环状磁约束电浆中的输运过程被命名为新经典理论。 自从苏联在1957年发射了第一颗人造卫星以后，很多国家陆续发射了科学卫星和空间实验室，获得很多观测和实验数据，这极大地推动天体和空间电浆物理学的发展。1959年美国的JA范艾伦预言地球上空存在着强辐射带，这一预言为日后的实验证实，即称为范艾伦带。1958年美国的EN帕克提出了太阳风模型。1974年美国的DA格内特根据卫星资料，认证出地球是一颗辐射星体，为长波辐射和热红外辐射。地球辐射的辐射源是地球，其波长范围约为4～120微米，为长波辐射。辐射能量的99%集中在3微米以上的波长范围内。地球辐射的最强波长约为9．7微米。 在此期间，一些低温电浆技术也在以往气体放电和电弧技术的基础上，进一步得到套用与推广，如电浆切割、焊接、喷镀、磁流体发电，电浆化工，电浆冶金，以及火箭的离子推进等，都推动了对非完全电离的低温电浆性质的研究。 经过30年的发展，电浆所在高温电浆物理实验及核聚变工程技术研究方面中国科学院电浆物理研究所处于国际先进水平，形成了广泛的国际交流与合作，与欧、美、日、俄、澳等近三十个国家和地区建立了稳定合作交流关系，开展多个国际合作项目，成为“第三世界科学院开放实验室”和“世界实验室聚变研究中心”，是国际受控热核聚变计画ITER中国工作组的重要单位之一。 离子效应 电离层由大气的球面组成，其中带有已经被太阳辐射而电离的离子，这就是电浆区，形成不同离子密度的层D、E、F1、F2。在太空飞行器重返大气时，由于摩擦产生的高温在器表面形成了很浓密的电浆，这些电子密度足够高时，会致使电浆频率非常高（一般为8MHz），因此地面和太空飞行器的通信被阻断，直到它的速度降下来才恢复通信。 主要套用 当光打在金属表面时，二维光或是电浆就会被激发。电浆可以被看作是光子和电子的连线。 可以建立一个混合原则，由光转变成的电浆在金属表面传播时（该电浆的波长比原始光波的波长小的多）；电浆能被二维光学仪器（镜子、波导、透镜等）处理，电浆能再次转变成光或者电信号。 电浆感测器和癌症治疗仪：NaomiHalas描述了电浆怎样激发小金属层表面的，米粒形状的粒子能量很大，做光谱学试验的光是微分子数量级。在米粒状粒子弯曲顶端处电浆电场比用来激发电浆的电场强很多，并且它在很大程度上改进了光谱的速率和精确性。换一种说法，纳米数量级的电浆不仅可以用来鉴定，还可以用来杀死癌细胞。 电浆 电浆显微镜：IgorSmolyaninov报导称他和他的同事能够拍下来空间解析度在60nm的物体（如果是实用材料，解析度能达到30nm），而用雷射激发只能达到515nm。换句话说，用这种解析度制造的显微镜会比平常使用的衍射方法好的多；而且，这更是远场显微镜――光源不用放在少于光波长的范围内。巨大光极化和光传输：GennadyShvets报导当表面的声子被光激发来制造超棱镜（用平板材料透镜化）显微镜是红外线光显微镜波长的二十分之一。他和他的同事能拍下样品表面下的特征，他们称为“巨大的光传输”，照射到表面的光比一般光的波长小的多。 光频率的未来电浆电路：NaderEngheta支持电浆激发的纳米粒子能够被设计成纳米数量级的电容，电阻，和感应器（电路中的各种元素）。 电路能够接收广播（1010Hz）或者是微波（1012Hz）的频率，而该电路却能达到光频率（1015Hz）。这就能实现小型化以及用纳米天线探测光信号的过程，纳米波导，纳米感测器，并且还有可能实现纳米计算机，纳米存储，纳米信号和光分子接口。 电浆主要用于以下3方面。 ①电浆冶炼：用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料，例如高熔点的锆(Zr)、钛(Ti)、钽(Ta)、铌(Nb)、钒(V)、钨(W)等金属；还用于简化工艺过程，例如直接从ZrCl、MoS、TaO和TiCl中分别获得Zr、Mo、Ta和Ti；用电浆熔化快速固化法可开发硬的高熔点粉末，如碳化钨-钴、Mo-Co、Mo-Ti-Zr-C等粉末电浆冶炼的优点是产品成分及微结构的一致性好，可免除容器材料的污染。 电浆 ②电浆喷涂：许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温，为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。用电浆沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热电浆中熔化，并喷涂到基体（部件）上，使之迅速冷却、固化，形成接近网状结构的表层，这可大大提高喷涂质量。 ③电浆焊接：可用以焊接钢、合金钢；铝、铜、钛等及其合金。特点是焊缝平整，可以再加工没有氧化物杂质,焊接速度快。用于切割钢、铝及其合金，切割厚度大。 技术 所谓电浆，就电气技术而言，它指的是一种拥有离子、电子和核心粒子的不带电的离子化物质。电浆包括有，几乎相同数量的自由电子和阳极电子。在一个等离子中，其中的粒子已从核心粒子中分离了出来。因此，当一个等离子包括大量的离子和电子，从而是电的最佳导体，而且它会受到磁场的影响，当温度高时，电子便会从核心粒子中分离出来了。 近几年来等离子平面萤幕技术支持下的PDP真可谓是如日中天，它是未来真正平面电视的最佳候选者。其实等离子显示技术并非21世纪才有的新技术，早在1964年美国伊利诺斯大学就成功研制出了等离子显示平板，但那时等离子显示器为单色。现在等离子平面萤幕技术为最新技术，而且它是高质图象和大纯平萤幕的最佳选择。大纯平萤幕可以在任何环境下看电视，等离子面板拥有一系列象素，同时这些象素又包含有三种次级象素，它们分别呈红、绿色、蓝色。在等离子状态下的气体能与每个次象素里的磷光体反应，从而能产生红、绿或蓝色。这种磷光体与用在阴极射线管(CRT)装置(如电视机和普通电脑显示器)中的磷光体是一样的，你可以由此而得到你所期望的丰富有动态的颜色，每种由一个先进的电子元件控制的次象素能产生16亿种不同的颜色，所有的这些意味着你能在约不到6英寸厚的显示屏上更容易看到最佳画面。 电浆 不稳定性 电浆偏离热力学平衡的性质。大体有两类方式。一类是电浆巨观参量如密度、温度、压强及其他热力学量的不均匀性，由此产生的不稳定性使电浆整体的形状改变，称为巨观不稳定性或位形空间不稳定性，可用磁流体力学（见电浆物理学）分析，故又称磁流体力学不稳定性。另一类是电浆的速度空间分布函式偏离麦克斯韦分布，由此产生的不稳定性称为微观不稳定性或速度空间不稳定性，可用电浆动力论分析，故又称动力论不稳定性。 电浆的不稳定性（无论巨观、微观）也可按引起它的驱动能量分类。如磁能引起的电流不稳定性；电浆向弱磁场区膨胀时膨胀能引起的交换不稳定性；密度、温度梯度产生的电浆膨胀能引起的漂移不稳定性；非麦克斯韦分布或压强各向异性对应的自由能引起的速度空间不稳定性等。电浆中种类多样的不稳定性会导致带电粒子的逃逸或输运系数的异常增大，破坏电浆的约束或限制约束时间。因此，研究电浆的各种不稳定性，阐明其物理机制，探索稳定化的方法，一直是受控热核聚变研究的一个中心课题，也是电浆物理学的重要内容。 电浆 如果电浆柱仅由其中纵向电流产生的角向磁场约束，则稍有扰动后，因收缩处向内的磁压增大，更趋收缩，膨胀处向内的磁压减小，更趋膨胀，形如腊肠，故称腊肠不稳定性，它可切断电浆，附加纵向磁场抵制收缩和膨胀，即可使之稳定。如果载有纵向强电流的电浆柱受扰动稍有弯曲，则凹部磁场增强，凸部减弱，由此引起的磁压之差使扰动扩大，电浆柱将很快弯曲甚至形成螺旋线，这是扭曲不稳定性，可用纵向磁场使之稳定。如果水在上、油在下，则稍有扰动便在重力作用下互换，电浆中与此类似的不稳定性称为互换不稳定性。以上数例均属巨观不稳定性。 核聚变 核聚变是解决未来能源的主要选择。高温电浆研究以实现核聚变为目的。托卡马克类型核聚变研究是当今世界上主要聚变研究途径之一，也是本所主要学科方向。本所先后建成了HT-6B、HT-6M、HT-7和EAST等多套托卡马克核聚变实验装置及其研究系统，参与了国际热核聚变试验堆（ITER）计画与研究。计画未来在中国建造稳态燃烧托卡马克实验堆和中国磁约束聚变示范堆，进而实现纯聚变能源的商用化。 在建设托卡马克和开展电浆物理实验研究过程中，本所发展了保障托卡马克运行的诊断、电源、微波、低温、超导、真空、数据采集处理、材料、安全与环保、电物理及精密仪器加工等一系列高新技术，开展了反应堆新概念设计和相关技术研究。在高功率电源、大型低温制冷、超导储能、高温超导、电物理装备研制等方面的技术已套用于国民经济，其中部分技术已实现产业化。 科研贡献 建国以来，电浆所承担著国家发改委、科技部、国家基金委和中国科学院等多项重大科研项目，获得科研成果200多项，其中重要成果105项。电浆所依靠自己的力量先后建设了常规磁体托卡马克装置HT-6B和HT-6M及中国第一个圆截面超导托卡马克装置HT-7；2006年，世界上第一个非圆截面全超导托卡马克EAST装置又在电浆所自主建成，EAST成功建设被国际聚变界评价为：“是全世界聚变工程的非凡业绩，是全世界聚变能开发的杰出成就和重要里程碑”，该重大成果荣获2008年度国家科学技术进步奖一等奖，入选为2006“中国十大科技进展”和“中国基础研究十大新闻”。 电浆所在与高温热核聚变电浆物理及工程研究密切相关的电浆理论与实验、反应堆技术、大功率电源技术、计算机自动控制与数据采集处理技术、高真空技术、低温制冷技术、低温超导和高温超导技术、特种材料技术、大型微波加热及电流驱动等学科的研究成绩斐然，积聚了学科不一的综合人才队伍。已建成的多套电浆物理诊断系统、2兆瓦波加热系统、2兆瓦波驱动电流系统、总功率达20万千瓦的交直流脉冲电源系统、110千伏变电站、中国最大的2千瓦液氦制冷系统、超高真空系统、20万高斯稳态混合磁体、先进的计算机控制和数据采集及处理系统、大型超导磁体生产和测试系统等先进设施，构建成全面系统的从事电浆物理和聚变工程及技术研发的先进平台。 离子束生物学工程是电浆所科研人员开创的物理学与生物学交叉的新的研究领域，现已形成一门新兴的交叉学科分支——离子束生物工程学。该学科主要研究自然界低能离子辐射对进化和健康的影响，基于离子束和单离子束细胞精确定位照射平台，研究离子束、射线束与生物体相互作用机理。离子束生物工程技术己在工业生物技术、农业、环境健康等领域推广套用，获得了显著的社会效益和经济效益，多次获得国家级重要奖项，并成为这一领域的“leading team”。 太阳能材料与工程研究先后承担了国家重点基础研究973计画、中科院知识创新工程等多个项目，染料敏化太阳电池及光电功能材料和高分子结晶领域的研究，取得了多项具有国际先进的科研成果，为发展具有中国特色的太阳能事业做出积极的贡献。 结合建设创新型国家的发展纲要要求，电浆所确立了低温电浆技术在环境、新能源、化工、新材料等领域的套用研究，取得了一系列具有自主智慧财产权、可对国民经济产生重要作用的高新技术成果。 等离子体所编辑出版的《Pla a Science and Technology》是国内电浆专业唯一的英文版学术期刊，已被SCI、SA等国际重要资料库收录。 电浆在催化中的套用主要集中在： 低温电浆催化甲烷转化 电浆催化共同作用下CO2氧化低碳烷烃反应 低温电浆催化处理废气，如VOCs

太阳是一颗典型的恒星，它每秒向宇宙空间发出。

自古以来，太阳为何会发光发热，一直是人们关注的问题。曾有人认为，太阳是依靠燃烧煤来发光发热的，但经过计算，如果太阳是一个大煤球，按照太阳的总辐射能量375x10^26J，只够太阳发光发热1500年。后又有人提出，太阳是依靠物质向内部“掉落”，即重力势能转变为动能，再转变为热能来发光发热的，但这样一来，太阳就必须因为不断的收缩而越来越小，但没有观察到这一现象。且即使这样，也只能维持太阳以观测到的能量辐射一千多万年。

上世纪20年代末，随着元素放射性的发现，英国物理学家亚瑟·爱丁顿提出，太阳的能量只能来源于氢的核聚变反应，并在30年代出版的《恒星的结构》一书中详细论述。但经过计算，要使氢发生核聚变反应，太阳中心的温度必须达到上亿度才行，而太阳中心的温度只有约1500万度，不足以引发氢的核聚变反应。

上世纪40年代，来自前苏联的美国物理学家乔治·伽莫夫应用德国物理学家维尔纳·海森堡的量子物理不确定性原理（也称测不准原理），解释了原子核的放射性。下图是其“火山口模型”简图。

在原子核尺度上（这一尺度大约是10^-13厘米），所有粒子都要受到强相互作用力这一短程力的作用，无法离开原子核，就像是落入了火山口的内部。而在原子核尺度以外，强相互作用力迅速减小，粒子主要受电磁力这一长程力的作用。一个粒子，若要从“火山口”中离开，就必须具有足够的能量克服把核内粒子束缚在一起的强相互作用力。而在稳定的原子核内部，没有哪个粒子能够具有这一能量，但依据测不准原理，在不稳定原子核中，粒子可以从周围的其它粒子那里暂时“借”到一定的能量，达到“爬上火山顶部”所需的能量，从而离开原子核。就好像是在火山内部打了一条隧道一样，粒子可以通过这条隧道直接离开，而不用“费力去翻山”。这一量子效应被称为“隧道效应”或量子隧穿效应。

美国物理学家富勒认为，隧道效应也可以反过来用，即既然原子核内的粒子可以借助于“隧道”而脱离原子核，那么原子核外面的粒子，也可以借助于“隧道”而进入原子核。于是，他把隧道效应应用于太阳能量的产生，终于计算出，在太阳内部，氢的核聚变反应能够在1500万度的温度下发生。

现在我们知道，包括太阳在内的所有恒星，都是借助于“隧道效应”，时刻发生着各种核聚变反应，并借此发光发热的。

根据爱因斯坦的质能公式E＝mc^2计算，每“燃烧”1千克氢，就能放出64×10^14焦耳的能量，相当于燃烧19000吨煤所产生的能量。按照太阳目前的总辐射量计算，每秒钟有6亿多吨的氢被转化成氦。这听起来很多，但其实只是太阳质量的很小一部分。太阳质量若取整数，大约是2×10^33克，或2×10^27吨。太阳每秒把6×10^8吨的氢转变成氦，每年“烧”掉不到2×10^16吨的燃料。按照这样的消耗速度，100亿年也只用掉2×10^26吨的氢，只有太阳总质量的10%。太阳在50亿年的漫长时间中，只消耗了不到5%的质量。太阳上，氢元素占元素总量的70%，氦占28%，其它元素只占2%。对于一颗恒星来说，虽然氢所占的量下降20%，该恒星就会显露出“老态”，而按照目前太阳因核聚变反应速率计算，太阳足可以稳定地“燃烧”上332×1017秒，约10^10年，即100亿年，因此说太阳现在刚到“中年”。它还可以稳定“燃烧”50亿年以上。

那么，氢的核聚变反应过程究竟是怎样的呢？

在恒星内部，发生着两类氢核聚变反应。一类是“碳氮氧循环（或称CNO循环）”，其过程如下：

解释一下。首先是C12（碳元素最稳定的同位素）接受一个质子（氢原子核），变成N13。N13不稳定，放出一个正电子和一个电子型中微子，衰变为C13。C13接受一个质子，放出一个γ光子，变成N14。N14再接受一个质子，放出一个γ光子，变成O15。O15不稳定，放出一个正电子和一个电子型中微子，衰变为N15。当N15再接受第四个质子时，生成的新元素不是O16，而是分裂为两个部分，一部分是有两个质子、两个中子的氦核，另一部分是原先的C12原子核，开始另一次循环。在这一类反应中，并不要求所有参与元素同时存在。只要有其中一种元素存在，新的、其他的元素就可以通过核反应产生出来，并完成整个循环。

总的效果是：通过一个循环，四个质子组合成了一个氦原子核，产生了三个γ光子、两个正电子和两个电子型中微子。两个正电子与电子发生湮灭，再产生新的γ光子。能量由此产生。

另一类氢核聚变反应是“质子－质子链式反应（或称为P－P反应）”。其过程如下：

解释一下。以下各步反应为：

1H + 1H → 2H + e+ + νe

2H + 1H → 3He + γ

3He +3He → 4He + 1H + 1H

其他还有几个分支反应，涉及到锂、铍、硼等，就不再细说了。

按照美国物理学家贝特的计算，以上两类核反应都可以在恒星内部所具备的温度和压强条件下发生。但在太阳上，主要是发生第二类核反应，即P－P链式反应。它所需要的反应温度是1500万度。而CNO循环则需要更高的温度，大约是2000万度。

目前，科学家们已经把恒星中从氢开始，聚变到铁的所有元素的产生机理都了解清楚了。而元素周期表上，铁以后的元素就不是依靠正常恒星的元素的核聚变反应生成的，而是在大质量恒星演化后期的超新星爆发中生成的。这是另一个故事了。

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