闪烁的火焰

2024-08-13 00:00许秀华
科学大众·小诺贝尔 2024年8期

枫桥夜泊

〔唐〕张继

月落乌啼霜满天,江枫渔火对愁眠。

姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船。

入夜,夜宿客船的唐代诗人张继形单影只。举头望向夜幕,月亮落下了,只有漫天的寒霜。倾耳听,四下里,乌鸦在啼叫。近看,江边的枫树在附近渔船若明若暗、如繁星般闪烁的灯火映衬下,完全丧失了白天的婆娑美感。苏州城外的寒山寺半夜时分敲响的钟声,穿透黑暗与静谧,听起来格外清朗,加重了离乡之人心中的孤寂、愁苦。

十里不同风,百里不同俗。宋朝的欧阳修还曾质疑过,半夜的钟声是不是诗人张继为凑字句而杜撰的。后经审慎调查,才证实唐代时苏州地区的寺庙确实有半夜敲钟的风俗。欧阳修险些冤枉了张继。两位古代诗人虽都是文人墨客,但颇有唯真求实的科学精神。

今天,我们不聊钟声,聊聊渔火。

火焰不是纯粹的固体、液体或气体

电灯是近代才有的发明,在19 世纪末面世,20 世纪缓慢地普及开来。在古代,夜晚的照明方法可谓“八仙过海,各显神通”,总而言之,都是靠燃烧蜡烛、木头等物质产生的火焰光芒。

今天,我们为了保护眼睛,对光源很挑剔,不能过明、过暗,更不能闪烁。而在靠火焰照明的古代,灯火闪烁是照明的默认配置。

什么是火焰?火焰为什么会闪烁?

我们知道,物质有固体、液体、气体三态变化。那么,火焰是物质吗?火焰到底是固体、液体还是气体呢?

严格地说,火焰是燃烧这种化学反应所产生的物理现象。在化学反应过程中,能量以光的形式释放出来,就是燃烧。而这种光芒,就是火焰,似乎有点循环论证了。

火焰会在高温时产生,比如:太阳表面核聚变的火焰,照亮了我们立足的地球;电焊喷枪的火焰,能熔化很多金属;煤气灶的火焰,能煮熟食物。火焰也会在低温时产生,比如墓地上游荡的“鬼火”,就是磷在低温下自燃产生的。有些马戏艺人,有时也会拿低温火焰表演,让内心默认火焰都是高温的观众心惊胆战。

火焰的光芒,来自化学反应中物质内部电子的跃迁产生的能量释放。所以,火焰不是纯粹的固体、液体或者气体,而是气体和等离子体的混合物。

等离子体:固、液、气之外的第四态

金属是由原子组成的,除金属外的其他物质是由分子组成的,而各种分子又是由相同的或者不同的原子以相对固定的比例组成的。

原子之间靠着“共享经济”组成分子。它们共享的就是电子。因此,黏合原子的“胶水”本质上和原子内部的电荷息息相关。而把分子黏合在一起的“胶水”,同样和分子内部电荷分布息息相关。

然而,在高温下,这些电荷就不再“安分守己”了。原子里围绕原子核旋转的好几层电子中,最外层的一些电子会犹如脱缰之马一样,挣脱原子核的束缚,“离家出走”了。这个过程叫作“电离”。这样,物质内部获得“自由之身”的外层电子带负电,它带着带正电的内层电子的原子核“离家出走”了,所以它们分别叫作正离子、负离子。它们带的正、负电荷数量相等,整体上是电中性的,叫作“等离子体”。

通常,人们把等离子体叫作固体、液体、气体之外的第四态。闪电、极光、电焊产生的都是等离子体,高温的火焰里大多数也是等离子体。而低温的火焰中,比如墓地的磷火,里面就可能没有等离子体。

在地球上,我们常见的是气体、液体、固体。而在宇宙中,等离子体才是常态,等离子态物质约占宇宙物质总量的99%,比如恒星,都是等离子体。

产生等离子体需要的燃烧温度一般在1 000℃以上。木柴燃烧的时候,火焰温度只有几百摄氏度,可能有极少的等离子体,甚至没有。如果是木炭,燃烧的温度则高得多,很可能会充斥着大量的等离子体。

如果有渔船肯用木炭照明或者取暖,那么诗人张继就可以对着等离子体入眠了。

(责任编辑:陆艳)