Твердое вещество, жидкость, газ ... это те состояния материи, с которыми мы хорошо знакомы, но что делает состояние материи? И есть ли другие состояния материи?
Поскольку люди впервые делали различия между ними, состояния материи определялись тем, как материя вела себя в целом; таким образом, твердое тело имело фиксированную форму (и объем), жидкость фиксированного объема (но меняла форму, чтобы соответствовать контейнеру, в котором оно находилось), и газ расширялся, чтобы заполнить свой контейнер. Как только мы поняли, что материя состоит из атомов (и молекул), состояния материи отличались тем, как вели себя молекулы (или атомы в элементе): в твердых телах они находятся как рядом, так и в фиксированном расположении (например, в кристаллы), в жидкостях рядом, но расположение не фиксировано, а в газах не рядом (так что никакого особого расположения).
Но как насчет плазмы? Сорта как газ - так как он заполняет любой контейнер, в котором он находится, это газ - но не так (ионы и электроны взаимодействуют в плазме совершенно иначе, чем молекулы (или атомы) в твердом теле, жидкости или газе ). Следовательно, плазма является четвертым состоянием материи.
Все стало немного сложнее, поскольку ученые изучали материю более тщательно.
Например, если вы нагреваете воду в прочном, но прозрачном контейнере выше определенной температуры (и давления), называемой критической температурой (критическое давление), состояния жидкости и газа становятся единым целым… вода теперь является сверхкритической жидкостью ( Вы, возможно, видели это, возможно, на уроке химии, хотя, вероятно, не с водой!).
Затем проводится различие между кристаллами (кристаллическое состояние) и стеклами (стеклообразное состояние); оба кажутся очень твердыми, но расположение молекул в стакане больше похоже на расположение молекул в жидкости, чем в кристалле ... и стекла могут течь, как жидкости, если их оставить на достаточно долгое время.
Есть ли «пятое состояние материи»? Да! Конденсат Бозе-Эйнштейна (БЭК) ... который похож на газ, за исключением того, что все составляющие атомы находятся (или в основном) в минимально возможном квантовом состоянии ... поэтому БЭК обладает объемными свойствами, совершенно не похожими на свойства любого другого состояния вещества (квантового). поведение становится макроскопическим).
В астрофизике существует довольно много экзотических состояний материи; например, в белых карликовых звездах материя предотвращается от дальнейшего (гравитационного) коллапса давлением вырождения электронов; то же самое происходит с нейтронными звездами, за исключением того, что это давление нейтронного вырождения (также может существовать еще более экстремальное состояние вещества, поддерживаемое давлением кваркового вырождения!). Существует также аналог обычной плазмы: кварк-глюонная плазма (в обычной плазме, состоящей из водорода, атомы разбиваются на электроны и протоны; в кварк-глюонной плазме протоны и нейтроны «плавятся» в составляющие их кварки и глюоны).
Существуют ли связанные истории из журнала Space? Конечно! Например: Забудьте нейтронные звезды, кварковые звезды могут быть самыми плотными телами во вселенной, радиус Шварцшильда и ракета магнитоплазмы следующего поколения могут быть испытаны на космической станции.
Состояния материи, включая некоторые экзотические, - это то, что вы найдете в Astronomy Cast; например это вопросы показывают.
Источники:
Википедия
Университет Пердью
Нью-йоркский университет
Википедия: конденсат Бозе-Эйнштейна
