我們所能夠看得見摸得著的這個世界是由物質所構成的,一草一木是物質、一花一樹是物質、一桌一椅是物質,就連恆星與行星同樣也是物質。而宇宙間的物質具有不同的外在形態,也就是我們常說的固體、液體和氣體,它們通俗的被稱為物質的三態。於是很多人理所當然的就認為所有物質都是以這三種形態出現的,但其實不然,物質的形態可謂是多種多樣,沒有上百種,也有幾十種,而且處於固體、液體和氣體形態的物質實際上只佔宇宙中物質總量的1%,可能還不足。如果你不信,我們的身邊就有很多物質不屬於這三種形態。
首先一個就是火焰,火焰顯然不是固態或者液態,那麼火焰是氣態嗎?當然也不是,否則它就飄散了。然而,火焰的的確確是一種物質,那麼火焰這種物質是以什麼形態存在的呢?別急,還是讓我們先從固態、液態和氣態這三種物質的基本形態說起,雖然我們每個人都能夠輕而易舉的識別物質的這三種形態,但是對於這三種形態之間的關係,其實大多數人並不了解。物質的本質就是原子與分子,我們日常所見的所有物質都是由原子和分子所組成的,而物質的三種形態實際上就是對物質內部原子與分子運動狀態的描述。
通常我們所說的固態物質,它內部的分子和原子是非常整齊的排列著的,因此固態物質會呈現出一種穩定的形狀,或方形、或圓形、或不規則的形狀,但終歸它是穩定的。固態物質內部分子與原子的排列結構在物理學上被稱之為「空間點陣」。我們知道,所有物質內部的分子都是處於不斷運動之中的,固態物質也是如此,只不過它們的運動相對緩慢平穩。當物質由固態轉變為液態時,需要加溫,而溫度的升高會導致物質內部的分子與原子加速運動,由於分子與原子開始劇烈運動,所以物質便很難再保持固定的結構。
於是物質開始流動了起來,也就成為了我們通常所說的液態。不過,儘管分子與原子開始劇烈運動,物質固定的結構被打破,但是分子與原子間的相互吸引力並不會因此消失,所以液體仍然是一種緊密的物質。當我們對液體繼續加熱,物質內部的分子和原子運動更為劇烈了,在劇烈運動的過程中,分子與原子間的距離逐漸拉大,相互之間的引力作用減弱,幾近消失,物質表現為很容易飄散,這就是物質的氣態。可見,常見的三態是對物質內部分子和原子運動劇烈程度的描述,而上面所說的火焰則是一種等離子態物質。
等離子態描述的不再是分子或原子之間的運動,而是原子周圍電子的運動狀態。對於三態物質而言,無論原子的運動多麼劇烈,就每一個原子而言,其電子都是圍繞原子緊密運行的。而等離子態的物質不是,在等離子態物質中,電子不再圍繞單一原子核進行運動,而是會在原子之間四處遊蕩穿梭、不斷流動。不僅僅火焰是等離子態物質,我們常見的閃電、極光都是等離子態物質,而且縱觀整個宇宙,近乎於99%的物質都是等離子態。比如像太陽一般的恆星,全都是一個個巨大的等離子態球體。而宇宙中更為神秘的天體,比如中子星則又是另一種形態的物質所組成,我們稱之為中子態。