為什么物理學(xué)家能不斷發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)狀態(tài)？
北京時間4月3日消息，我們常見的物質(zhì)有三種基本狀態(tài)，即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。這是一個理解我們所處物理世界的簡單方法。當(dāng)然，如果你還記得一點(diǎn)高中時的科學(xué)知識，你可能會想起物質(zhì)的第四種狀態(tài)：等離子態(tài)。如果關(guān)注科學(xué)新聞，你可能還聽說過“玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)”。這就有五種物質(zhì)狀態(tài)了。 g&BF#)7C
$qIMYX
[attachment=99517] s=U_tfpH
新的發(fā)現(xiàn)促使物理學(xué)家就像尋寶一樣在努力尋找新的物質(zhì)狀態(tài) )5 &w
那么，簡并態(tài)物質(zhì)呢？還有拓?fù)涑瑢?dǎo)體和時間晶體呢？沒錯，盡管我們在日常生活中不會遇到，但這些都是物質(zhì)的合理狀態(tài)（或稱為“相”）。事實(shí)上，物理學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了許多物質(zhì)狀態(tài)，很可能數(shù)以千計。與此同時，他們?nèi)匀灰恢痹趯ふ倚碌奈镔|(zhì)狀態(tài)。據(jù)推測，我們或許可以發(fā)現(xiàn)數(shù)百萬種可能的物質(zhì)狀態(tài)。 ajkRL|^
~Qzm!Po,
當(dāng)然，最基本的三種物質(zhì)狀態(tài)在很早以前就已為人熟知。到了19世紀(jì)下半葉，當(dāng)電實(shí)驗(yàn)首次產(chǎn)生等離子體時，科學(xué)家意識到，可能存在著更多新的物質(zhì)狀態(tài)。玻色-愛因斯坦凝聚理論最早于1924年提出，之后我們對物理學(xué)的理解不斷擴(kuò)展，很快就發(fā)現(xiàn)即使在日常生活中，物質(zhì)的狀態(tài)也比原先認(rèn)為的多得多。 r%_)7Wk*
h7*fjw-Xz[
對物理學(xué)家來說，冰箱上的磁鐵和冰箱本身是不同形式的物質(zhì)。酒杯和放置它的木架子同樣代表了物質(zhì)的兩種不同狀態(tài)。 n!3_%K0!r&
#1V vK
物質(zhì)的狀態(tài)只表明了原子或其他構(gòu)成物質(zhì)的粒子的排列方式，而不同的排列會產(chǎn)生不同的性質(zhì)。例如，在固體中，分子排列成晶格結(jié)構(gòu)，這就增加了材料的剛性。在液體中，分子間相互流動，但它們不能像在氣體中那樣輕易地相互靠近或遠(yuǎn)離。在等離子體中，分子就像在氣體中一樣流動，但它們的電子可以自由移動，從而可以很容易地導(dǎo)電。 5^0W\
||qsoF5B]
物質(zhì)的分子和組成粒子有無數(shù)的排列方式。例如，在固體中，分子排列形成三維晶體結(jié)構(gòu)的方式有230種，這些排列方式又稱為“空間組”。每一個空間組就代表了一種物質(zhì)形式。根據(jù)電子的排列方式，這230個空間組中的每一個都可以是導(dǎo)體或絕緣體，這也使其成為不同形式的物質(zhì)。 IU Dp5MIuR
\!G&:<h
當(dāng)溫度非常高或非常低，且壓力非常大的時候，正常物質(zhì)會變形為各種性質(zhì)奇特的狀態(tài)。例如，在中子星內(nèi)部，原子核可能會被壓縮成一種“簡并態(tài)”物質(zhì)，電子和質(zhì)子被迫結(jié)合在一起形成中子，甚至進(jìn)一步形成一種僅由基本粒子構(gòu)成的夸克-膠子等離子體。在另一個極端，當(dāng)分子溫度接近絕對零度時，量子力學(xué)開始在宏觀尺度上可見。當(dāng)一堆原子被冷卻到接近絕對零度時，就會形成玻色-愛因斯坦凝聚，它們會表現(xiàn)得就好像是單個原子一樣。這賦予了這些原子獨(dú)特的性質(zhì)，就像完全沒有黏性一樣。換句話說，你可以在其中制造出永遠(yuǎn)旋轉(zhuǎn)的小漩渦。 Zf?>:P
K[T? --H
荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)凝聚態(tài)理論副教授賈斯帕·范·韋策爾（Jasper van Wezel）表示，我們之所以能不斷發(fā)現(xiàn)新的物質(zhì)狀態(tài)，部分原因很簡單，因?yàn)橛刑嗟奈镔|(zhì)有待發(fā)現(xiàn)。“原子、分子或任何你可以用來排列的東西都有這些特性，”他說，“而發(fā)現(xiàn)所有這些可能性只是時間問題�！� Q !S"=2
(kb^=kw#0
隨著技術(shù)的進(jìn)步，我們也能夠在更極端的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而且精確度更高。例如，我們現(xiàn)在可以觀測到不同物質(zhì)中的粒子有不同的自旋。自旋是粒子固有的特性，可以產(chǎn)生磁力。 ,/o<O
|