等离子体占可见宇宙的 99%，主要存在于恒星和太空中。当电子与原子分离，产生离子和自由电子时，它就形成了，这是一种可以导电并表现出复杂行为的状态。
等离子体占可见宇宙的 99%，主要存在于恒星和太空中。当电子与原子分离，产生离子和自由电子时，它就形成了，这是一种可以导电并表现出复杂行为的状态。
什么是等离子体？
等离子体是物质的四种基本状态之一，与气体、液体和固体并列。虽然大多数人在日常生活中看待等离子体的方式与看待其他物质状态的方式不同，但等离子体构成了宇宙中 99% 的可见物质。这包括在外太空发现的天体物理等离子体，例如星云和太阳等恒星内的等离子体。
在等离子体中，一些电子分离并脱离中性原子（具有相同数量的质子和电子，因此具有中性电荷的原子）。由此产生的自由电子使等离子体与其他物质状态不同，在其他物质状态中，电子仍然紧密地固定在原子核上。
当等离子体中的原子与其带负电的电子分离时，它们不再具有中性电荷。相反，原子变成离子——带正电的粒子。因此，等离子体是由带正电的离子和带负电的电子组成的电离状态。
北极光是由地球大气中等离子体波中的粒子碰撞形成的。图片来源：弗兰克·奥尔森
原子中的电子能够分离并形成等离子体有多种原因。在实验室实验中，科学家可以用高压电、激光或电磁场爆炸原子以形成等离子体。在太空中，等离子体可能由高能光子（包括伽马射线撞击原子）形成。当重力使压力增大到使气体过热时，等离子体也会在太空中形成。高温导致原子相互碰撞，导致电子与原子分离，形成等离子体和恒星的诞生。
气体过热产生等离子体的过程表明，气体和等离子体之间的关系类似于液体成为固体的加热形式。这个类比并不总是正确的。其一，与气体不同，等离子体可以导电。此外，在气体中，所有粒子的行为方式都相似。然而，在等离子体中，电子和离子以非常复杂的方式表现和相互作用，从而产生波动和不稳定。
等离子体有多种类型。宇宙中的大多数等离子体都是研究人员所说的高温等离子体。在这些高温等离子体中，温度可以超过 10,000 华氏度，所有原子都可以完全电离。低温等离子体则不同。原子仅部分电离，而且它们的温度可以非常低——甚至是室温。另一种不寻常的等离子体类型是高能量密度等离子体，科学家在实验室中制造这种等离子体来研究其不寻常的特性。
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一种闪电——球状闪电——是等离子体。
北极光也是由等离子体引起的。
限制等离子体是设计聚变托卡马克和仿星器装置的重要一步，这些装置最终可能为我们提供聚变能量。
高能量密度等离子体科学使聚变点火能够在实验室条件下实现。
美国能源部科学办公室：对等离子体研究的贡献
研究等离子体有助于科学家了解物质。它还帮助他们朝着聚变能源的目标迈进。能源部 (DOE) 科学办公室通过其聚变能源科学和核物理项目支持等离子体研究。美国能源部资助的等离子体研究还改善了从手机、电脑到汽车等各种产品中使用的半导体的制造。等离子体方面的专业知识帮助美国能源部国家实验室的研究人员开发出在原子水平上控制半导体制造的方法。