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所有佔據空間和質量的東西都是物質。所有物質都是由原子構成的,原子又是由質子、中子和電子構成的。原子聚集在一起形成分子,分子是所有物質的基石。原子和分子都被一種稱為化學能的勢能結合在一起。與動能不同,動能是運動物體的能量,勢能是儲存在物體中的能量。
物質的五種狀態
物質有四種自然狀態:固態、液態、氣態和等離子態。第五種狀態是人工合成的玻色-愛因斯坦凝聚態。
固體
在固體中,粒子被緊緊地擠在一起,所以它們不怎麼移動。每個原子的電子都在不斷地運動,所以原子有微小的振動,但它們是固定在它們的位置上的。正因為如此,固體中的粒子動能非常低。固體有一定的形狀、質量和體積,它們的形狀與放置它們的容器的形狀不一致。固體也有很高的密度,這意味著粒子被緊緊地擠在一起。
液體
在液體中,粒子比在固體中更鬆散,可以互相流動,使液體的形狀不確定。因此,液體將符合其容器的形狀。就像固體一樣,液體(大多數密度比固體低)很難壓縮。
氣體
在氣體中,粒子之間有很大的空間,並且有很高的動能。氣體沒有一定的形狀和體積。如果不受約束,氣體粒子就會無限擴散。如果受到限制,氣體就會膨脹充滿容器。當減少容器的體積來改變壓力時,粒子之間的空間就縮小了,氣體就被壓縮了。
等離子體
等離子體在地球上不是一種常見的物質狀態,但根據傑弗遜實驗室的研究,它可能是宇宙中最常見的物質狀態。恆星本質上是過熱的等離子體球。等離子體由具有極高動能的高電荷粒子組成。惰性氣體(氦、氖、氬、氪、氙和氡)經常被用來製造發光的跡象,用電將它們電離成等離子體狀態。
玻色-愛因斯坦凝聚體

玻色-愛因斯坦凝聚體(BEC)是科學家在1995年創造的。科羅拉多州博爾德市的實驗室天體物理聯合研究所(JILA)的科學家埃裡克·康奈爾(Eric Cornell)和卡爾·魏曼(Carl Weiman)利用雷射和磁鐵的組合,將銣樣品冷卻到逼近絕對零度。由於幾乎沒有動能從一個原子轉移到另一個原子,原子開始聚集在一起。不再有成千上萬個獨立的原子,只有一個「超級原子」。
BEC被用來在宏觀水平上研究量子力學。光在通過BEC時似乎減慢了速度,這使得科學家能夠研究粒子/波佯謬。BEC還具有超流體或無摩擦流動流體的許多性質。BEC也被用來模擬黑洞中可能存在的條件。
當物質從一種狀態變成另一種狀態時,從物質中添加或移除能量會導致物理變化。例如,向液態水中加入熱能會使其變成水蒸氣(氣體)。從液態水中去除能量會使它變成冰(固體)。運動和壓力也會引起物理的變化。