物質只分為氣體液體固體嗎?其實多得說不清,最多一種佔宇宙99%

2020-12-03 科普大世界

從小學開始,課本上就講到物質共有三種狀態,分別是氣態,液態和固態,然而這其實只是我們在日常生活中看周圍的事物是這樣,實際上物質的狀態種類很多,細分下來已有好幾十種。

物質狀態是指一種物質呈現出的表象特徵。常見的物質都是由分子和原子構成的,完整的分子和原子很容易組合成氣態、液態、固態三種狀態。

1.固態

先說固態,嚴格地說物理上的固態應當指「結晶態」,但是我們常理解為物體的固態形狀,其實物理學上它往往指的是各種各樣晶體所具有的狀態,這種狀態下的物質分子或原子有規則地周期性排列著,這種結構稱為「空間點陣」結構。固態的突出特徵是有一定的體積和幾何形狀,加熱時有一定的熔點等,不同方向上物理性質不同(各向異性)。

2.液態

再說液態,我們常見的液體基本都屬於液態,液體有流動性,把它放在什麼形狀的容器中它就有什麼形狀,液體與固體不同,它有「各向同性」特點(不同方向上物理性質相同),這是因為物體溫度升高由固態變成液態的時候,分子或原子運動劇烈,不能再保持原來的固定位置,於是就產生了流動,固態也就變成了液態,然而這時分子或原子間的吸引力還比較大,相互之間並不會分散遠離,只是再難以形成固態的形狀。

3.氣態

再說氣態,氣態和液態的轉化比較常見,液體加熱會變成氣態,這是由於分子或原子運動更劇烈,分子或原子間的距離也隨之增大,使得它們之間的引力可以忽略,表現為分子或原子各自的無規則運動,那麼氣體的一些特徵就出現了,就是相對於液態的體積會變大很多,有流動性,沒有固定的形狀和體積,能自動地充滿任何容器,很容易被壓縮,有「各向同性」的物理性質等。

4.等離子態

這三種狀態之外,最常見的就是等離子態了,原子也很容易形成「等離子態」,這種狀態中原子的電子不再圍繞單獨的原子核運行,而是處於流動狀態,其可以在原子間自由穿梭,因此其性質又和常見的氣態、液態、固態不完全相同,比如我們常見的閃電、極光、高溫火焰、日光燈和霓虹燈裡面的東西,它們實際上都是等離子態,等離子態包含了宇宙中最多的物質,佔到了宇宙物質總量的99%左右,因為恆星、星雲等天體大多都是等離子態,比如我們的太陽就是一個巨大的等離子球。

上面所講的四種狀態之外還有「超臨界態」、「超固態」以及「中子態」等等,這三種狀態也是科學科技領域裡面常提到的。

5. 超臨界態

超臨界態指的是物質的壓力和溫度同時超過它的臨界壓力和臨界溫度的狀態,這是一種特殊的流體,在臨界點附近,它有很大的可壓縮性,適當增加壓力可使它的密度接近一般液體的密度,因而有很好的溶解其他物質的性能,例如超臨界態的水可以溶解正烷烴等。不過超臨界態物質的黏度只有一般液體的1/12至1/4,然而它的擴散係數卻比一般液體大7至24倍,近似於氣體。

6.超固態

「超固態」 物質基本看不到,因為它在行星和恆星內部,或者白矮星上面,這裡的壓力和溫度更高了,原子之間的空隙基本消失,有的就連電子層也消失,原子相互間擠在一起,不再有什麼空隙,而且沒有流動性,這樣的物質狀態叫做「超固態」,通常白矮星的內部就是這樣的超固態物質,科學家認為我們地球的最中心也存在一些超固態物質,比如同等體積下的鐵,地心比地表的要重幾十倍。

7.中子態

「中子態」是比超固態更高一級層面上的物質,通常只在中子星上才會有這樣的物質,這種物質是在巨大的壓力和極高的溫度下,原子核和電子已經不能單獨存在,電子被擠壓到了質子裡面,形成了中子,整個中子星幾乎都是由中子組成,因此中子星上的物質就屬於中子態,這種物質密度非常大,一立方釐米的中子態物質重量在8000萬到20億噸之間。

8.其它

另外還有夸克態物質,物理學家們認為夸克星也是存在的,而在微觀領域還認為有四夸克態物質和五夸克態物質,但都還有待證明,此外,我們對黑洞中的物質狀態還一無所知。

如果說基本粒子領域的話,那麼物質的狀態就更多了,如今已經被發現的基本粒子就多達幾十種,每一種都可以屬於一種狀態,科學家甚至認為基本粒子可能有幾千種呢!

在宏觀領域其實也可以分成多種物質狀態,比如星系、星系團、所謂的宇宙真空、宇宙微波、乃至我們的整個宇宙,都可以認為是某種物質形態。 因此,物質的形態其實是多得數不清的,不要再局限於物質只有氣體、液體、固體三種狀態的認知了。

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