物質只有固液氣三態?其實多達幾十種,但宇宙物質中99%都是它

2020-12-05 科普大世界

小學的時候我們就知道物質可以分為固態、氣態和液態這三態,這是我們身邊常見物質的狀態,很容易區分,然而宇宙中物質的狀態可並非僅是這三種,而是至少有幾十種物質態。

比如等離子態、電子簡併態、中子簡併態,單一中子態(夸克星)、液晶態、超導態、超流態、非晶態(特殊的固態)、超高壓下的超固態、玻色一愛因斯坦凝聚態、費米子凝聚態、超離子態、輻射場態、量子場態、反物質態等等。如果深入到分子和原子的微觀世界或者上升到星雲和星系的宏觀宇宙來看的話,那麼物質的狀態就更多了。

這些物質狀態有些是我們看不到的,比如電子簡併態和中子簡併態,它們分別是白矮星和中子星上的物質;有些是我們比較熟悉,卻以為是固態液態等的,比如玻璃和大部分金屬都屬於非晶態,它們都不是晶體狀物質,其性質比較接近於流體,但是常溫常態下並不會流動,所以一般認為它們都屬於固態,然而如果給它們不斷加溫的話,它們就會變軟變形,開始趨近於流體形態。

這裡我們重點討論一下等離子態,它是物質原子內的電子在脫離原子核的吸引後形成的帶負電的自由電子和帶正電的離子共存的狀態,此時,電子和離子帶的電荷相反,但數量相等,自由電子可在物質中到處流動,這種物質狀態就稱作等離子態。

實際上我們對等離子態也不陌生,比如常見的閃電、電焊和氣焊槍的高溫火焰都屬於等離子態,不過地球上這種物質態還是比較少的,在宇宙中那就太多了,因為所有的恆星都屬於等離子態,因此科學家們認為在可見物質之中,等離子態物質佔到了宇宙可見物質總量的99%左右。

我們常見的火也屬於等離子態的一種,然而火焰卻並非全是等離子態,因為也包括高溫的氣態易燃物質和燃燒後形成的微末狀固態物質,所以一般認為火焰是等離子態和氣態高溫易燃物質以及燃燒形成物的混合體,其中發光最亮的高溫區域內等離子態物質最多。

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    生活中常見的霓虹燈,點亮後燈管裡的氣體就是等離子體。如果放在宇宙範圍,等離子態的物質更為常見,因為恆星內部的溫度非常高,那裡的物質基本上都是等離子態的。這還要從原子結構說起,原子內部有很大空隙,如果把原子比作廚房,則原子核僅僅相當於廚房裡的一小塊冰糖,但是原子核卻佔有原子質量的99%!至於電子的體積更加微不足道,一個電子頂多相當於一粒鹽。不但原子內部有很大空隙,原子與原子之間同樣存在很大空隙。
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    簡單的說它是一種氣態和等離子態的混合物。等離子態是我們宇宙存在最多的物質狀態,但很多人對這個認知並不足,也不知道等離子態性質是什麼,所以在這裡著重討論一下。一些人把火等同於等離子態,這是不準確的。但在生活中的我們看到的等離子體並不多,而在宇宙中,等離子體就佔有可見宇宙的99.9%以上了。這就是恆星。恆星內部在高溫高壓下,時刻進行著熱核聚變反應,整個星球都是一種等離子態存在,這種存在佔據了整個宇宙質量的99.9%以上。這就是物質的第四態,這種物質的第四態於上世紀中葉被科學界確認。
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