为什么火焰朝上燃烧？为什么不会朝下燃烧？

在日常生活中，我们经常会看到燃烧现象，通常情况下的燃烧，需要三个必要的条件，即可燃物、助燃剂（氧气）、达到燃点，这三个条件缺一不可。当我们看到一个物体发生了燃烧，会看到物体的外围有火焰的存在，而在没有外界风力干扰的情况下，我们看到火焰总是朝着上部运动的，但是按照万有引力的规律，任何物质都会受到地球向下的引力作用，难道火焰不是物质，不会受到地球的引力作用吗？

其实，火焰从本质上来说也是一种物质，是一种处于等离子态的物质。而人类对物质的形态认知，是随着对科学技术水平的发展，对物质组成的微观结构逐渐深入了解之后随之发生改变的。以前人们对于物体的形态，通常以固、液和气态3种形式来定义，后来又逐渐拓展成6种形式，即固、液、气三种基本形态之外，再加上等离子态、超固态和中子态。

火焰从物质的组成和运动规律来看，与等离子态相符。物质在发生燃烧这种化学反应的过程中，向外释放相应的能量，这种能量一部分转化为周围气体的分子内能，另外一部分推动气体分子发生电离，也就是说气体分子的原子核与核外电子发生了分离，因此，在燃烧所发生区域的一定范围之内，就会形成由带正电荷的离子和带负荷的自由态电子相互混合组成的现象，这就是所谓的等离子态，像太阳的表面、大气层的上层等一定区域内，也都是呈现这种气体分子电离后出现的等离子状态。

既然是物质，火焰也应会受到地球的引力作用，那为什么感觉火苗一直往上冒呢？按照万有引力定律，两个拥有质量的物体之间，会形成与二者质量乘积成正比、与距离的平方成反比的引力作用，这种作用使得物体有相互吸引的趋势，而吸引的方向则是朝着对方的质心，也就是引力源中心。我们身处地球之上，地球对其表面上物体的引力作用都是朝着地心方向，从我们人类的角度来看，方向都是朝着脚下的，因此我们把对着地面的方向称之为下，对着天空的方向我们称之为上，这是一种认知表达上的习惯，其实在宇宙空间中，其引力环境多数为微重力环境，根本没有上下之分，宇宙员所分辨的方位，也是靠着身体躯干（比如头和脚）所处的位置和状态，根据习惯进行定义的。

在物质被地球引力吸引的同时，能够决定着它最终下落、悬浮或者上升的运动状态，其实还有其它因素的综合作用影响，比如外界能源的输入对物体进行做功，或者产生了与引力方向相反的气流运动等等，都能够达到这一目的。前者的情况比如热气球的上升、后者比如暖空气的抬升，无论是热气球也好，还是暖空气，它们本身都有质量，都会受到地球的引力作用，然而它们的运动状态却不是指向地心，而是朝上行进，这就说明了外部能量或者外力的输入对物体运动状态的影响。

其实火焰方向的向上运动，与暖空气的运动原理差不了多少。世界上大部分的物质，都有热胀冷缩的性质，空气也不例外，温度越高的空气，其分子内能就会越大，其活跃程度也就越强，那么它们的运动范围相对于同质量的低温空气来说，就会出现空间扩大的趋势，因此密度就会变小。在地球引力的作用下，密度越大的气体越容易向低处聚集，因此低温气体下降、高温气体就会被抬升的现象，在大气层之内的这种冷暖空气的交互上升和下降，就会产生强烈的空气对流，引发降雨的天气过程。

同样的道理，物体燃烧的过程中，通过化学反应释放的热量，使得呈现等离子体之外的周围空气被加热，密度相应减小，因此会向上方移动，造成了这个区域的气压降低，然后处在更远一些区域温度较低的气体，则会在气压的推动下，被挤进这个区域之内，等离子体的周围就会出现一个气流的小区域循环，不断重复着气体被加热、密度变小、受热抬升、周围空气再填充进来这样的循环过程，而在这个过程中，被电离出的等离子体，随着上述空气的对流运动，就会受到周围空气向上抬升力的作用，这个作用结果已经远超本身所受到的重力作用，因此呈现出火焰的行进方向是向上的。

当被气流推动的等离子体上升到一定程度之后，由于热源提供的能量不足于支撑粒子间的长程相互库仑力的影响时，这团以正电离子和负电自由电子组成的混合物质的等离子体形态就会结束，自由电子重新与原子核结合形成气体分子，融入了周围的气体空间中，就也是为什么可燃物越多、氧气越充分、过火面积越大的燃烧，所表现出来的火焰越高的原因。

而在太空环境中，科学家们做过相应的燃烧实验，由于太空环境所受的引力基本处于平衡或者失重的状态，再加上空间中的气体密度异常稀薄，基本不会引发空气的对流，所以火焰呈现出来的形状，也是各向同性的球体形态。