【转】科学：物质的12种第四形态

注：不知道多少人对物理感兴趣？这几段内容有趣，你们可以看看，大概出自《物质的秘密：藏在微观粒子里的神奇世界》？没考证过。

固，液，气三态，又被称为第一态、第二态和第三态。它们在我们日常生活中是极为常见的，就不再多提，下面主要介绍一些不常见的物质形态。

等离子态：

物质原子内的电子在脱离原子核的吸引而形成带负电的自由电子和带正电的离子共存的状态，此时，电子和离子带的电荷相反，但数量相等，这种状态称作等离子态。

1879年，由英国皇家学会会员化学家兼物理学家—威廉·克鲁克斯（William Crookes）发现。

其实等离子态的物质在我们生活中算是比较常见的了，例如恒星，火焰，闪电，极光，还有我们荧光灯的灯管内部也有它们的存在。

超固态：

当物质处于在140万大气压下，物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1000吨以上。

宇宙中的白矮星就是由超固态物质组成。而如果超固体几乎全部由中子组成，如中子星那样，则被称为中子态。

辐射场态：

辐射场态是英国物理学家法拉第于1851年提出了场的概念。自然界不存在没有物质的空间，即使是真空，也并非空无一物。

本世纪六十年代的天文观测发现，在整个宇宙空间（包括真空）始终存在着3K微波背景辐射。

象这种具有辐射作用的引力场和电磁场（包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线和γ射线等），人们称之为辐射场态物质，又叫真空场态物质。

反物质

指人们推测在宇宙的某些空间可能存在一种完全由反粒子组成的物质，这种物质称为反物质。

1932年美国物理学家卡尔·大卫·安德森通过宇宙射线的实验，发现了电子的反粒子——正电子+e。

1955年和1956年，美国物理学家西格里和张伯伦等人相继发现了质子和中子的反粒子——反质子和反中子。后来，现代物理学又发现了反氘核和反氚核。

有说法称，将反物质列为物质存在的一种状态是不恰当的。物质第7态应为辐射态。

目前天文学观测的结果显示暗物质和暗能量很可能是物质存在的另外两种未知状态。

超临界流体态：

临界状态是指纯物质的气、液两相平衡共存的极限热力状态。

而温度、压力高于其临界状态的流体被称作超临界流体。通常把处于温度超过临界温度而不论其压力和密度是否超过临界值状态的流体都归之为超临界流体。

例如:当水的温度和压强升高到临界点(t=374.3 ℃，p=22.05 MPa)以上时，就处于一种既不同于气态，也不同于液态和固态的新的流体态──超临界态。该状态下水的液体和气体没有区别，完全交融在一起，被称之为超临界水。

非晶态：

非晶态固体与液态一样具有近程有序而远程无序的结构特征（原子、分子范围内有一定规则排列，而宏观范围没有规则排列）。

非晶态固体宏观上表现为各向同性，熔解时无明显的熔点，只是随温度的升高而逐渐软化，粘滞性减小，并逐渐过渡到液态。

非晶态固体又称玻璃态，可看成是粘滞性很大的过冷液体。

非晶态有玻璃、树脂、沥青和高分子塑料等。

液晶态：

液晶态是结晶态和液态之间的一种形态，是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。

如0~4℃的冰水混合物。

超流态：

超流态是1937年，前苏联物理学家彼得·列奥尼多维奇·卡皮察（1894～1984年）发现的。

当液态氦的温度降到2.17K(-270.98℃)的时候，它就由原来液体的一般流动性突然变化为“超流动性”：它可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝（线度约10万分之一厘米），还可以沿着杯壁“爬”出杯口外。

我们将具有超流动性的物态称为“超流态”。但是目前只发现低于2.17K的液态氦有这种物态。

超导态：

超导态由荷兰物理学家卡茂林·昂纳斯（1853～1926年）最先发现，是一些物质在超低温下出现的特殊物态。

1911年夏天，卡麦林·昂纳斯用水银做实验，发现温度降到4.173K的时候（约-269℃），水银开始失去电阻。接着他又发现许多材料都有有这种特性，于是他把某些物质在低温条件下表现出电阻等于零的现象称为“超导”，超导体所处的物态就是“超导态”。

超导态在高效率输电、磁悬浮高速列车、高精度探测仪器等方面将会给人类带来极大的益处。

玻色-爱因斯坦凝聚态：

所谓“玻色一爱因斯坦凝聚态”，是科学巨匠爱因斯坦在70 年前预言的一种新物态。为了揭示这个有趣的物理现象，世界科学家为此付出了几十年的努力。

1995年，美国科学家维曼、康奈尔和德国科学家克特勒首先从实验上证实了这个新物态的存在。为此，2001年度诺贝尔物理学奖授予了这3位科学家，以表彰他们在实现“玻色一爱因斯坦凝聚态”研究中作出的突出贡献。

“玻色一爱因斯坦凝聚态” 是物质的一种奇特的状态，处于这种状态的大量原子的行为像单个粒子一样。这里的“凝聚”与日常生活中的凝聚不同，它表示原来不同状态的原子突然“凝聚” 到同一状态，要达到该状态，一方面需要物质达到极低的温度，另一方面还要求原子体系处于气态。

虽然玻色-爱因斯坦凝聚很难理解也很难制作，但它们也有许多非常有趣的特性，比如它们可以有异常高的光学密度差。一般来说凝聚的折射系数是非常小的。因为它的密度比平常的固体要小得多。但使用激光可以改变玻色-爱因斯坦凝聚的原子状态，使它对一定的频率的系数骤增。这样光速在凝聚内的速度就会骤降，甚至降到数米每秒。所以会用玻色—爱因斯坦凝聚来降低光速。

自转的玻色-爱因斯坦凝聚可以作为黑洞的模型，入射的光不会逃离。凝聚也可以用来“冻结”光，这样被“冻结”的光在凝聚分解时又会被释放出来。由此可以造出‘液态光’。

费米子凝聚态：

量子力学认为，粒子按其在高密度或低温度时集体行为可以分成两大类：一类是费米子，得名于意大利物理学家费米；另一类是玻色子，得名于印度物理学家玻色。

这两类粒子特性的区别，费米子凝聚态在极低温时表现得最为明显：玻色子全部聚集在同一量子态上，费米子则与之相反，更像是“个人主义者”，各自占据着不同的量子态。

“玻色一爱因斯坦凝聚态”物质由玻色子构成，其行为像一个大超级原子，而“费米子凝聚态”物质采用的是费米子。

当物质冷却时，费米子逐渐占据最低能态，但它们处在不同的能态上，就像人群涌向一段狭窄的楼梯，这种状态称作“费米子凝聚态”。

超离子态：

美国科学家发现水在高温及超高压的状态下可能形成超离子(superionic)态， 在这种状态下， 水中的氢原子核可以如导体中的电子般自由活动。

科学家早在其它物质上观察到超离子态， 在这些超离子态的物质中， 有些原子是固定在晶格上， 其它的原子则可在晶体中自由移动。

而在1980年代及1990年代就有计算机仿真发现超离子态也可能存在于水中， 也就是氧原子会被冻结在不规则的晶格上， 而氢原子核（仅包含一个带正电的质子）则可在氧原子间跳跃。

可自由活动的氢原子核使得水具有导电性， 这也是一般纯水或冰所没有的性质。