在學校裡，你可能已經了解到物質有三種甚至四種狀態； 物質的經典狀態。 但隨著我們對宇宙的了解不斷擴大，我們意識到物質可以以比我們想像的更多的方式組織自身。 儘管對於實際存在多少狀態仍存在分歧，但迄今為止超過 15 個狀態要么已在實驗室中得到證實，要么有足夠的間接證據表明科學理論取決於它們的存在。
什麼是物質狀態？
物質狀態是指一定數量的物質具有均勻的化學和物理性質。 這種物質可以透過相變從一種狀態轉變為另一種狀態。 我們可以將冰塊的融化視為簡單的相變。
物質的經典狀態：固體、液體、氣體、電漿
在經典的物質狀態中，我們有固體、液體、氣體和等離子體。 這些狀態是在日常生活的正常條件下觀察到的，並根據物質的體積、形狀和一般性質來定義。 A堅硬的具有形狀和體積，其組成顆粒緊密堆積在一起。 在液體，顆粒之間的作用力較弱，因此，它們具有（大部分）恆定的體積，但採用它們所填充的容器的形狀。
兩個都氣體和電漿既沒有固定的形狀，也沒有固定的體積。 不同之處在於等離子體具有導電性、產生電流並對電磁力產生強烈反應。 雖然我們都熟悉氣體，但等離子體也同樣常見，在閃電、火花、螢光燈、星星和某些火焰中也可見。
在不涉及極其奇怪的物理學的情況下，我們可以看到這四種狀態可能不代表所有的類別。 固體和液體都有子類別，其中一些似乎超出了我們給出的狹隘定義。液晶和液體玻璃屬於這些特殊的國家，但它們並不孤單。
「我們在日常生活中至少觀察到物質的三種狀態：固體、液體和氣體。 但即使在我們所認為的眾所周知的物質狀態中，大自然也可能欺騙我們，」劍橋大學材料科學與冶金系的紀堯姆·納塔夫博士告訴 IFLScience。
「例如，搞笑諾貝爾獎得主約翰·梅因斯通和托馬斯·帕內爾進行了一項長期實驗，測量一塊球場– 瀝青 – 多年來的研究表明，即使在室溫下瀝青也會流動，因此屬於液態物質。 其他有趣的例子還有很多。
在上個世紀，科學家逐漸意識到，除了我們（或多或少）熟悉的狀態之外，還有更多的狀態。 然而，為了找到並研究它們，我們需要走極端。 壓力、熱和冷可以將物質推入具有奇異特性的結構。
第五種物質狀態
所謂物質的第五態就是玻色愛因斯坦凝聚，這種情況僅發生在非常稀薄的玻色子氣體中，且溫度接近絕對零度時。
在這些條件下，整個氣體的行為不再像由單一粒子組成，而是像單一宏觀量子系統一樣。 它僅在極低密度（空氣密度的十萬分之一）和超低溫（比絕對零度高幾分之一度）的情況下獲得。 在這種限制條件下，量子力學效應變得占主導地位，我們看到了特殊的狀態。
超流體、超固體和超導體
待在超低溫下，我們也能體驗到超流體– 物質可以無摩擦流動的第二種液態。 這種狀態最奇怪的後果之一是超流體能夠從它們所在的容器中爬出。
您還可以擁有超固體，那些無摩擦移動的，以及超導體，它們是在特定溫度以下電阻為零的材料。 還有里德伯極化子，其中原子可能位於其他原子內部。
在壓力之下
在高溫天平的另一端，我們從超臨界流體，當溫度如此之高且壓力足夠高時，無法區分流體是氣體還是液體。 顯著增加壓力，我們到達白矮星的核心，它可能由電子簡併物質。 在這些恆星中，電子處於簡併氣體形式，它是完美的熱導體，並且表現得像固體。
繼續增加對物質的壓力，我們達到中子簡併物質，僅在中子星中可見。 在那裡，質子和電子緊密地堆積在一起，由於β衰變，它們變成了中子。 除了這個狀態之外，還有夸克膠子等離子體，甚至粒子的構建塊也不再被限制在緊密的配置中。
凝聚態物理學
在發現新狀態方面特別多產的領域是凝聚態物理，無論是固體還是液體。 有些存在於超導體中，由準粒子組成，這種現象的行為類似粒子，但實際上卻不是粒子。 這激子和滴上以類似的方式形成，電子與電子應該在的帶正電「電洞」形成束縛態。 激子的行為有點像一個簡單的原子，而液滴是第一個表現出類似液體行為的準粒子。
量子問題：什麼構成了新的物質狀態？
量子特性對於辨別物質狀態也至關重要。 粒子自旋等相互作用的方式可能會導致不同的狀態，例如量子自旋液體或自旋冰。 因此，研究人員在研究其他現象的同時發現新的配置也就不足為奇了。
關於什麼構成新的物質狀態以及普通固體內的特殊量子配置是否應該被視為狀態也有很多討論。 這是一場有趣的辯論，很難直接回答有多少州。
納塔夫博士告訴 IFLScience：「人們普遍認為，為了理解物質，有必要對它的不同狀態有一個精確的定義。但是，知道某物是否屬於新的物質狀態並不一定是正確的。」幫助理解新的基本概念或找到它的應用。 因此，我相信進步可以獨立於分類系統而取得。
在不久的將來，更多新的物質狀態肯定會被發現，也許一些令人興奮的新應用程式也會從我們已經熟悉的應用程式中解鎖。
