物质有多少种状态？它们是什么？

在学校里，你可能已经学过物质有三种甚至四种状态，即经典的物质状态。但随着我们对宇宙的理解不断加深，我们意识到物质可以以比我们想象的更多的方式组织自己。虽然对于实际存在多少种状态仍然存在分歧，但到目前为止，已有超过 15 种状态在实验室中得到证实，或者有足够的间接证据表明科学理论依赖于它们的存在。

什么是物质状态？

物质的状态是指一定量的物质具有均匀的化学和物理特性。这种物质可以通过相变从一种状态转变为另一种状态。我们可以将冰块的融化视为简单的相变。

物质的经典状态：固体、液体、气体、等离子体

在经典的物质状态中，我们有固体、液体、气体和等离子体。这些状态在日常生活中的正常条件下可以观察到，并根据体积、形状和物质的一般性质来定义。坚硬的具有形状和体积，其组成粒子紧密堆积在一起。在液体，粒子之间具有较弱的力，因此，它们具有（大部分）恒定的体积，但具有它们所填充的容器的形状。

两个都气体和等离子体等离子体既没有固定的形状，也没有固定的体积。不同之处在于等离子体具有导电性，可产生电流，并对电磁力产生强烈反应。虽然我们都熟悉气体，但等离子体同样常见，在闪电、火花、荧光灯、星星和某些火焰中也能看到。

无需深入研究极其怪异的物理学，我们就能看出这四种状态可能并不代表现有的所有类别。固体和液体都有子类别，其中一些似乎超出了我们为它们赋予的狭义定义。液晶和液态玻璃这些都是特殊的州，但它们并不孤单。

“我们在日常生活中至少观察到三种物质状态：固体、液体和气体。但即使在我们认为众所周知的物质状态中，大自然也会欺骗我们，”剑桥大学材料科学与冶金学系的 Guillaume Nataf 博士告诉 IFLScience。

“例如，搞笑诺贝尔奖得主约翰·梅恩斯通和托马斯·帕内尔进行了一项长期实验，测量一块沥青多年来，研究人员一直在研究沥青，结果表明，即使在室温下，沥青也会流动，因此属于液态物质。其他有趣的例子还有很多。”

上个世纪，科学家们逐渐意识到，除了我们或多或少熟悉的状态之外，还有更多的状态。然而，要发现和研究它们，我们需要走极端。压力、高温和低温可以使物质形成具有奇异性质的结构。

物质的第五种状态

所谓的物质的第五种状态是玻色-爱因斯坦凝聚态，这种情况只会在非常稀薄的粒子气体（称为玻色子）中以及温度接近绝对零度时发生。

在这些条件下，整个气体不再表现得像由单个粒子组成，而是表现得像一个单一的宏观量子系统。只有在极低密度场景（空气密度的十万分之一）和超低温（绝对零度以上几分之一度）下才能获得。在这种极限条件下，量子力学效应占主导地位，我们会看到奇特的状态。

超流体、超固体和超导体

在超低温下，我们还可以体验超流体– 物质可以无摩擦流动的第二种液态。这种状态最令人好奇的后果之一是超流体能够从放置它们的容器中爬出。

您还可以超固体那些无摩擦移动的物体，以及超导体，即在特定温度以下电阻为零的材料。还有里德伯极化子，其中原子可以位于其他原子内部。

在压力之下

在高温的另一端，我们首先超临界流体，当温度很高且压力足够高时，无法区分流体是气体还是液体。显著增加压力，我们到达白矮星的核心，它很可能由电子简并物质在这些恒星中，电子处于简并气体形式，它是完美的热导体，行为方式类似于固体。

继续增加物质的压力，我们达到中子简并物质，这只在中子星中出现。在那里，质子和电子紧密地挤在一起，以至于它们会因β衰变而变成中子。在这种状态之后，还有夸克胶子等离子体，此时粒子的构成块也不再受紧密结构的限制。

凝聚态物理学

在发现新状态方面尤其多产的一个领域是凝聚态物理学，无论是固体还是液体。有些可以在超导体中找到，它们由准粒子组成，这是一种行为像粒子但不是粒子的现象。激子和滴状激子和液滴的形成方式类似，电子与带正电的“空穴”形成束缚态，而电子原本应该在空穴处。激子的行为有点像简单的原子，而液滴则是第一个表现出液体行为的准粒子。