物质的五种状态这个术语描述了宇宙中构成“物质”的所有东西——任何占据空间并具有质量的东西都是物质。但这句话实际上已经过时了，因为物质的状态远不止于此。其中四种是自然发生的，而另一些则只是在实验室的极端条件下短暂产生的。
所有物质都是由，依次由质子、中子和电子组成。
物质的四种自然状态是：固体、液体、气体和等离子体。然而，这些只能在实验室中制造。其他奇异的物质状态也可以在实验室的极端条件下制造，例如费米子凝聚态和。甚至还有一种奇怪的物质，被称为。
固体、液体和气体
在一个，颗粒紧密地堆积在一起，因此它们不会移动太多。每个原子的电子都在不断地运动，因此原子的振动很小，但它们的位置是固定的。因此，固体中的粒子具有非常低的动能。
固体具有确定的形状以及质量和体积，并且不符合放置它们的容器的形状。固体还具有高密度，这意味着颗粒紧密地堆积在一起。
在一个，颗粒比固体中的颗粒堆积得更松散，并且能够相互流动，从而使液体具有不确定的形状。因此，液体将符合其容器的形状。
与固体非常相似，液体（其中大多数的密度比固体低）非常难以压缩。
在一个，粒子之间有很大的空间并且具有很高的动能。气体没有确定的形状或体积。如果不受限制，气体粒子将无限地扩散；如果受到限制，气体将膨胀以充满其容器。当通过减小容器的体积而将气体置于压力下时，颗粒之间的空间减小并且气体被压缩，根据的格伦研究中心。
等离子体
根据科学家的说法，这不是地球上常见的物质状态，但它可能是宇宙中最常见的物质状态 杰斐逊实验室。像太阳这样的恒星本质上是过热的等离子体球。
等离子体由具有极高动能的高带电粒子组成。这（氦、氖、氩、氪、氙和氡）通常通过用电将其电离成等离子态来制造发光标志。
玻色-爱因斯坦凝聚
BEC 最初由科学家于 1995 年创建。结合使用激光和科罗拉多州博尔德实验室天体物理联合研究所 (JILA) 的科学家埃里克·康奈尔 (Eric Cornell) 和卡尔·韦曼 (Carl Weiman) 冷却了一个样本到绝对零的几度以内。在这种极低的温度下，分子运动几乎停止。由于几乎没有动能从一个原子转移到另一个原子，原子开始聚集在一起。不再有数千个独立的原子，只有一个“超级原子”。
BEC 用于学习在宏观层面上。光穿过 BEC 时速度似乎会减慢，这使得科学家能够研究粒子/波悖论。 BEC 还具有 BEC 的许多属性 超流体，或没有流动的流体。 BEC 还用于模拟黑洞中可能存在的条件。
新的物质状态
许多其他物质状态是在极端或奇异条件下产生的。例如，2023 年 5 月，科学家创造了“，”或带中性电荷的对称晶态。2021年，科学家将水压至超高压，并用激光对其进行轰击，以产生“”，或者是一种奇怪的新形式的 H20，类似于位于漂浮氢原子海洋中的固体氧晶格。同年，研究发表在该杂志上美国国家科学院院刊研究表明，在液态和固态之间的转变过程中，玻璃变成了一种新的物质状态，称为液态玻璃。
在微观层面上，液态玻璃介于固体和称为胶体的凝胶状物质之间，胶体是大于单个原子或分子的颗粒混合物。当物质从液体转变为固体时，分子排列成晶体结构——对于玻璃来说，这种情况不会发生，颗粒在结晶发生之前被冻结在适当的位置。研究人员表示，液态玻璃中的颗粒比固态玻璃更柔韧，但不能旋转。
该研究的资深作者、康斯坦茨大学软凝聚态理论教授马蒂亚斯·福克斯（Matthias Fuchs）在一份报告中说：“我们的实验为科学界长期以来一直在寻找的临界波动和玻璃态停滞之间相互作用提供了证据。”陈述。
有关的：
时间晶体是2012 年首次提出的一种物质形式由诺贝尔奖获得者、物理学家弗兰克·维尔切克 (Frank Wilczek) 提出。时间晶体是在实验室制造的，能够在两种能量状态之间循环而不会损失能量。因为他们没有达到平衡或稳定状态，所以他们能够躲避，它指出封闭系统的无序度或熵总是增加。
时间晶体于 2017 年和 2021 年在实验室中制造出来，，并且水晶在短暂状态瓦解之前持续了100秒。
费米子凝聚体是另一种实验室制造的物质。 BEC 的姐妹阶段，费米子凝聚态于 2004 年首次诞生据美国宇航局称。费米子凝聚体是超流体，这意味着它们可以无粘性地流动。与 BEC 不同，它们由费米子组成，费米子是一种包含质子、中子和原子序数为奇数的电子的物质。费米子通常喜欢独处，但为了创造这种物质相，科学家必须诱使它们配对。
为了做到这一点，科学家们把事情变得非常非常冷。 2003 年杂志上的一项研究描述了第一个展示这一奇怪阶段的实验物理评论快报科罗拉多州博尔德市 JILA 的科学家们将 50 万个钾 40 原子云冷却到绝对零以上不到百万分之一度，然后应用给他们。这迫使钾原子配对，形成类似于电子对中发生的超导状态。
物质状态如何变化
当物质从一种状态转变为另一种状态时，向物质添加或去除能量会导致物理变化。例如，向液态水中添加热能（热量）会使其变成蒸汽或蒸气（气体）。从液态水中除去能量会使其变成冰（固体）。根据该研究，身体变化也可能是由运动和压力引起的高中生科学简编作者：H·梅塞尔。
融化和冻结
当热量施加到固体上时，其颗粒开始振动得更快并且距离更远。当物质达到一定的温度和压力组合时，其熔点，固体将开始熔化并变成液体。
当物质的两种状态（例如固体和液体）处于平衡温度和压力时，添加到系统中的额外热量不会导致物质的整体温度升高，直到整个样品达到相同的物理状态。大英百科全书。例如，当您将冰放入一杯水中并在室温下放置时，冰和水最终将达到相同的温度。当冰因水的热量而融化时，它的温度将保持在 32 华氏度（0 摄氏度），直到整个冰块融化，然后再继续变暖。
当热量从液体中移除时，其颗粒速度减慢并开始沉降在物质内的一个位置。当物质在一定压力下达到足够冷的温度（冰点）时，液体变成固体。
升华
当固体不经过液相而直接转化为气体时，该过程称为升华。当样品温度迅速升高超过沸点（闪蒸）时，或者当物质在真空条件下冷却而被“冷冻干燥”时，物质中的水会升华并从样品中去除，这种情况可能会发生。美国地质调查局。少数挥发性物质在常温常压下会升华，如冷冻的二氧化碳，或。
汽化
汽化是液体转化为气体，可以通过以下任一方式发生蒸发或沸腾，根据大英百科全书。
由于液体颗粒不断运动，因此它们经常相互碰撞。每次碰撞也会导致能量转移，当足够的能量转移到表面附近的粒子时，它们可能会作为自由气体粒子完全从样品中被撞开。液体蒸发时会冷却，因为转移到表面分子的能量会带走它们，从而导致液体逸出。
当向液体添加足够的热量以导致在表面下方形成蒸汽泡时，液体就会沸腾。这 沸点是液体变成气体的温度和压力。
凝结和沉积
根据美国地质调查局的数据，当气体失去能量并聚集形成液体时就会发生冷凝。例如，水蒸气凝结成液态水，称为水。
当气体不经过液相而直接转变为固体时，就会发生沉积。当空气接触固体（例如草叶）时，水蒸气会变成冰或霜，而空气的温度比其他空气要低。
其他资源
- 手表：玻色-爱因斯坦凝聚态的产生，来自美国国家标准技术研究所。学习宇宙中的物质从何而来，摘自康奈尔大学的《询问天文学家》。阅读更多关于物质、元素和原子的信息，来自可汗学院。
本文由 Tia Ghose 于 2022 年 10 月 20 日更新。
