《三体》中的物理学：水滴态可能存在吗？(5)

当气体的温度升高到一定程度时，就会出现物质的第四种状态——等离子态。温度足够高的气体会让分子或原子电离：其中的一些电子被激发进游离状态，这样，气体就含有自由电子和一些离子（失去电子的原子或分子）。等离子体的应用很广泛，从研究恒星的构成到人工受控热核聚变。
超重的矮子
在宇宙中，存在形形色色不可思议的天体。就质量密度来说，中子星和白矮星几乎是冠军和亚军。
也许你会问，为什么说“几乎”而不直接说这些天体就是冠军和亚军？这个问题我们留到最后再谈。
先说亚军白矮星。白矮星是一类恒星演化到最后的产物，这类恒星的质量和太阳类似，叫作主星序恒星。“矮星”这个名词用处挺广，例如我们的太阳是一颗黄矮星，它也在主星序中，寿命大约是100亿年。天狼星是蓝矮星，温度比黄矮星高。比黄矮星表面温度低、质量也小一些的是红矮星，红矮星由于质量太小，不足以将氦元素聚合，从而不会在燃烧的最后阶段膨胀为红巨星。红矮星的寿命非常长，可达数百亿年。但红矮星还不是最小的恒星，最小的恒星是小到不能产生核反应的恒星，它们叫棕矮星，质量比太阳要小得多。棕矮星又叫褐矮星，表面温度也许会低到数百度。有人试图在科幻电影中用褐矮星擦过地球让地球急冻，我就建议将那颗褐矮星的温度设定为远远低于零度。这也许是可能的，只要这颗褐矮星的质量足够大。
现在，我们必须谈谈这一节的主角——白矮星。其实白矮星不属于主星序，与红矮星、黄矮星以及蓝矮星完全不同。一颗白矮星的质量与太阳质量相差不多，但它的半径却与地球相去不远，可见其密度之高。想想太阳的质量是地球质量的百万倍，这样，我们就很容易推想白矮星的质量密度是地球密度的百万倍，也就是说，白矮星上每立方厘米的物质高达数吨重。
这样高的密度是怎么来的？原来，当一颗恒星燃烧完后变成红巨星时，它的内核将氦合成为碳和氧，这些元素的原子序数分别是6和8。如果内核的温度低于10亿度，核聚变就到此为止了。如果温度更高，碳会聚变成更重的元素氖和镁，核聚变最后也会终止。在核聚变终止后，由于没有能量可以抗拒万有引力，内核会继续坍缩，直到电子气的压强取代聚变产生的压强来抵抗住万有引力的作用。这样形成的矮星叫作白矮星。
那么，电子气的压强是什么？当物质被压缩到极大密度后，原子中的电子和原子核不再束缚在一起，因为原子之间的距离已经小于原子的大小，此时物质是原子核和电子形成的等离子体。如果电子气的密度过大，这样的等离子体不是简单的以热能为特征的气体。我们知道，普通有温度的气体中的自由粒子的动能与温度成正比，当气体被压缩到一定程度后，每个粒子的动能已经与温度无关，因为此时粒子必须满足量子力学中的不确定性原理了。