相態
相態，又叫物質狀態，係指物質嘅狀態，基本嘅有固態、液態、氣態、等離子態四個態。其他喺特定環境出現嘅狀態有液晶態 ；狀態包括玻色–愛因斯坦凝態，中子變性態（Neutron degeneracy），夸克-膠子等離子態，只係響極之凍，極之高密度同極之大能量嘅情況先會出現。
四種基本相態
編輯
固態
編輯
喺固態嗰陣，啲粒子（離子、原子或分子）緊密排列。啲粒子之間有好強嘅吸力，令到啲粒子無得周圍走，淨係可以喺原地震動。因為噉，固體有個穩定嘅形狀同固定嘅容量。
固體可以熔做液體，相反液體可以凝固做固體。固體直接變做氣體叫昇華，掉返轉叫凝華。
液態
編輯
氣態
編輯等離子態
編輯相變
編輯
物質嘅狀態都係用相變嚟區分嘅。相變表示結構嘅改變，可以通過物性嘅突變嚟識別。一個獨特嘅物質狀態可以定義為任何一組狀態，佢哋通過相變同其他組狀態區分開嚟。水可以話有幾種唔同嘅固態。[1] 超導現象嘅出現同相變有關，所以有超導態。同樣，鐵磁態都係由相變劃分，並且有獨特嘅性質。 當狀態嘅改變分階段發生嗰陣，中間步驟就叫做中間相。液晶技術嘅引入就係利用呢啲相。[2][3]
Template:Table of phase transitions
一組特定物質嘅狀態或者「相」會根據壓力同溫度條件而改變，當呢啲條件改變到有利於佢哋存在嗰陣，就會轉變到其他相；例如，固體會隨住溫度升高而轉變為液體。喺絕對零度附近，物質以固體形式存在。當熱力添加到呢種物質嗰陣，佢會喺熔點熔化成液體，喺沸點沸騰成氣體，如果加熱到足夠高嘅溫度，就會進入等離子體狀態，喺呢個狀態下，電子會受到激發而離開佢哋嘅母原子。
唔係由分子組成，而且由唔同力組織嘅物質形式，都可以認為係唔同嘅物質狀態。超流體（好似費米子凝聚體）同夸克-膠子漿就係例子。
喺化學方程式入面，化學物質嘅物質狀態可以用 (s) 表示固體，(l) 表示液體，同 (g) 表示氣體。水溶液用 (aq) 表示，例如，
等離子體狀態嘅物質喺化學方程式中好少用（如果用嘅話），所以冇標準符號嚟表示佢。喺罕見嘅用到等離子體嘅方程式中，佢用 (p) 符號表示。
非經典態
編輯玻璃
編輯
玻璃係一種非晶體或者非晶固體材料，當加熱到接近液態時會表現出玻璃轉變。玻璃可以用好多唔同種類嘅材料製成：無機網絡（例如窗玻璃，由矽酸鹽加添加劑製成）、金屬合金、離子熔體、水溶液、分子液體同聚合物。 熱力學上，玻璃相對於佢嘅晶體對應物處於亞穩態。但係，轉化率實際上係零。
有一定程度紊亂嘅晶體
編輯塑性晶體係一種分子固體，具有長程位置有序，但係組成嘅分子保留咗旋轉自由度；喺取向玻璃中，呢種自由度喺淬滅紊亂狀態下凍結。
類似噉樣，喺自旋玻璃中，磁性紊亂會凍結。
液晶態
編輯液晶態嘅性質介乎流動液體同有序固體之間。通常，佢哋能夠好似液體噉流動，但係表現出長程有序。例如，向列相由長棒狀分子組成，例如對偶氮苯甲醚，佢喺118～136 °C（244～277 °F） 嘅溫度範圍內係向列相。[4] 喺呢種狀態下，分子好似液體噉流動，但係佢哋都指向相同嘅方向（喺每個疇入面），並且唔能夠自由旋轉。好似晶體固體噉，但係唔同於液體，液晶會對偏振光產生反應。
其他類型嘅液晶喺關於呢啲狀態嘅主要文章入面描述。有幾種類型具有技術重要性，例如，喺液晶顯示器入面。
微相分離
編輯
共聚物可以發生微相分離，形成多種週期性納米結構，正如右邊所示嘅苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物嘅例子所示。微相分離可以通過類比油同水之間嘅相分離嚟理解。由於嵌段之間嘅化學不相容性，嵌段共聚物會發生類似嘅相分離。但係，由於嵌段係共價結合喺一齊嘅，佢哋唔能夠好似水同油噉宏觀地分離，所以相反，嵌段形成咗納米尺寸嘅結構。根據每個嵌段嘅相對長度同聚合物嘅整體嵌段拓撲結構，可以獲得好多形態，每種形態都係佢自己嘅物質相。
離子液體亦都顯示出微相分離。陰離子同陽離子唔一定相容，如果唔係就會分離，但係電荷吸引力阻止咗佢哋分離。佢哋嘅陰離子同陽離子似乎喺分隔嘅層或者微胞入面擴散，而唔係好似喺均勻液體中噉自由擴散。[5]
磁性有序態
編輯過渡金屬原子通常由於未成對並且唔形成化學鍵嘅電子嘅淨自旋而具有磁矩。喺一啲固體入面，唔同原子上嘅磁矩係有序嘅，可以形成鐵磁體、反鐵磁體或者亞鐵磁體。
喺鐵磁體入面——例如，固體鐵——每個原子上嘅磁矩都喺相同嘅方向上對齊（喺磁疇入面）。如果磁疇亦都對齊，噉呢個固體就係永磁體，即使喺冇外部磁場嘅情況下都係有磁性嘅。當磁體加熱到居里點嗰陣，磁化強度會消失，鐵嘅居里點係 768 °C（1,414 °F）。
反鐵磁體有兩個相等且相反嘅磁矩網絡，佢哋互相抵消，因此淨磁化強度係零。例如，喺氧化鎳(II) (NiO) 入面，一半嘅鎳原子嘅磁矩喺一個方向上對齊，另一半喺相反嘅方向上對齊。
喺亞鐵磁體入面，兩個磁矩網絡係相反但係唔相等嘅，因此抵消唔完全，並且存在非零淨磁化強度。一個例子係磁鐵礦 (Fe3O4)，佢包含具有唔同磁矩嘅 Fe2+ 同 Fe3+ 離子。
量子自旋液體 (QSL) 係一種紊亂狀態，喺相互作用嘅量子自旋系統入面，佢將紊亂保持到非常低嘅溫度，唔同於其他紊亂狀態。佢唔係物理意義上嘅液體，而係一種磁序本質上係紊亂嘅固體。「液體」呢個名稱係由於同傳統液體中嘅分子紊亂類比而嚟嘅。QSL 既唔係鐵磁體（磁疇係平行嘅），亦都唔係反鐵磁體（磁疇係反平行嘅）；相反，磁疇係隨機定向嘅。例如，呢個可以通過幾何阻挫磁矩嚟實現，佢哋唔能夠均勻地指向平行或者反平行。當冷卻落嚟並穩定到一個狀態嗰陣，磁疇必須「選擇」一個方向，但係如果可能嘅狀態喺能量上相似，噉就會隨機選擇一個。因此，儘管有強烈嘅短程有序，但係冇長程磁序。
超流體同埋凝聚體
編輯超導體
編輯超導體係一啲材料，佢哋具有零電阻率，因此具有完美嘅電導率。呢個係一種獨特嘅物理狀態，佢喺低溫下存在，並且電阻率喺每個超導體嘅明確定義嘅轉變溫度下唔連續噉增加到有限值。[6]
超導體仲會將所有磁場從佢嘅內部排除出去，呢種現象被稱為邁斯納效應或者完美抗磁性。[6] 超導磁體喺磁共振成像機器中用作電磁鐵。
超導現象喺 1911 年被發現，並且喺 75 年入面只喺一啲金屬同金屬合金中喺 30 K 以下嘅溫度下知道。喺 1986 年，所謂嘅高溫超導現象喺某啲陶瓷氧化物中被發現，並且依家已經喺高達 164 K 嘅溫度下觀察到。[7]
超流體
編輯
接近絕對零度嗰陣，一啲液體形成咗第二種液態，被描述為超流體，因為佢具有零黏度（或者無限流動性；即係話，冇摩擦噉流動）。呢個現象喺 1937 年為氦發現，氦喺 2.17 K（−270.98 °C；−455.76 °F） 嘅λ溫度 以下形成超流體。喺呢種狀態下，佢會嘗試「爬」出佢嘅容器。[8] 佢仲具有無限熱導率，因此喺超流體中唔會形成溫度梯度。將超流體放入旋轉嘅容器中會導致量子化渦旋。
呢啲性質通過理論解釋，即係常見嘅同位素氦-4喺超流體狀態下形成玻色-愛因斯坦凝聚態（睇下一節）。最近，費米子凝聚體超流體已經通過稀有同位素氦-3同鋰-6喺更低嘅溫度下形成。[9]
玻色-愛因斯坦凝聚態
編輯
喺 1924 年，阿爾伯特·愛因斯坦同薩特延德拉·納特·玻色預測咗「玻色-愛因斯坦凝聚態」 (BEC)，有時被稱為物質嘅第五種狀態。喺 BEC 入面，物質停止表現為獨立粒子，並且坍縮成單一嘅量子態，可以用單一嘅、均勻嘅波函數嚟描述。
喺氣相中，玻色-愛因斯坦凝聚態喺好多年間仍然係一個未經證實嘅理論預測。但係喺 1995 年，埃里克·康奈爾同卡爾·威曼嘅研究團隊，嚟自JILA喺科羅拉多大學博爾德分校，實驗性噉產生咗第一個噉樣嘅凝聚態。玻色-愛因斯坦凝聚態比固體「更冷」。佢可能喺原子具有非常相似（或者相同）嘅量子能級嗰陣發生，喺非常接近絕對零度嘅溫度下，−273.15 °C（−459.67 °F）。
費米子凝聚態
編輯「費米子凝聚態」類似於玻色-愛因斯坦凝聚態，但係由費米子組成。泡利不相容原理阻止咗費米子進入相同嘅量子態，但係一對費米子可以表現為玻色子，並且多對噉樣嘅對可以喺冇限制嘅情況下進入相同嘅量子態。
高能量態
編輯簡併態物質
編輯喺極高嘅壓力下，好似喺死星嘅核心入面噉，普通物質會轉變為一系列奇異嘅物質狀態，統稱為簡併態物質，佢哋主要由量子力學效應支撐。喺物理學入面，「簡併」係指兩個具有相同能量並且因此可以互換嘅狀態。簡併態物質由泡利不相容原理支撐，呢個原理阻止咗兩個費米子粒子佔據相同嘅量子態。唔同於常規等離子體，簡併等離子體喺加熱嗰陣膨脹得好少，因為根本冇剩低動量態。因此，簡併星會坍縮成非常高嘅密度。質量更大嘅簡併星更細，因為引力會增加，但係壓力唔會成比例噉增加。
電子簡併態物質喺白矮星內部發現。電子仍然束縛喺原子上，但係能夠轉移到相鄰嘅原子。中子簡併態物質喺中子星入面發現。巨大嘅引力壓力強烈噉壓縮原子，以至於電子被迫通過反β衰變同質子結合，導致超高密度嘅中子聚集體。通常喺原子核外部嘅自由中子會喺大約 10 分鐘嘅半衰期內衰變，但係喺中子星入面，衰變會被反衰變所超越。木星等行星同埋甚至更大質量嘅棕矮星中都存在冷簡併態物質，預計佢哋嘅核心具有金屬氫。由於簡併性，質量更大嘅棕矮星唔會顯著更大。喺金屬中，電子可以被建模為喺非簡併正離子晶格中移動嘅簡併氣體。
夸克物質
編輯喺常規冷物質入面，夸克（核物質嘅基本粒子）通過強作用力被限制喺由 2-4 個夸克組成嘅強子入面，例如質子同中子。夸克物質或者量子色動力學 (QCD) 物質係一組相，喺呢啲相入面，強作用力被克服，夸克被解除限制並且可以自由移動。夸克物質相喺極高嘅密度或者溫度下發生，並且冇已知嘅方法喺實驗室中平衡噉產生佢哋；喺普通條件下，任何形成嘅夸克物質都會立即發生放射性衰變。
奇異物質係一種夸克物質，懷疑佢存在於一啲接近 托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限（大約 2-3 個太陽質量）嘅中子星內部，儘管冇直接證據表明佢嘅存在。喺奇異物質入面，部分可用能量表現為奇異夸克，一種常見下夸克嘅更重嘅類似物。一旦形成，佢可能喺較低嘅能量狀態下穩定，儘管呢個係未知嘅。
夸克-膠子漿係一種非常高溫嘅相，喺呢種相入面，夸克變得自由並且能夠獨立移動，而唔係永遠束縛喺粒子入面，而係喺膠子（傳遞將夸克束縛喺一齊嘅強作用力嘅亞原子粒子）嘅海洋中。呢個類似於等離子體中電子從原子中解放出嚟。呢種狀態喺粒子加速器中嘅極高能量重離子碰撞中短暫可達到，並且允許科學家觀察個別夸克嘅性質。預測夸克-膠子漿存在嘅理論喺 1970 年代後期同 1980 年代早期發展出嚟，[10] 並且喺 2000 年喺歐洲核子研究中心 (CERN) 嘅實驗室中首次檢測到。[11][12] 唔同於好似氣體噉流動嘅等離子體，QGP 內部嘅相互作用好強，佢好似液體噉流動。
喺高密度但係相對較低嘅溫度下，夸克被理論化為形成夸克液體，佢嘅性質依家係未知嘅。佢喺甚至更高嘅密度下形成獨特嘅色-味鎖定 (CFL) 相。呢個相對於色電荷係超導嘅。呢啲相可能喺中子星中發生，但係佢哋依家係理論性嘅。
色玻凝聚態
編輯色玻凝聚態係一種理論上存在於接近光速行進嘅原子核中嘅物質類型。根據愛因斯坦嘅相對論，高能原子核顯得長度收縮，或者沿住佢嘅運動方向壓縮。因此，原子核內部嘅膠子對於靜止嘅觀察者嚟講顯得好似一個接近光速行進嘅「膠子牆」。喺非常高嘅能量下，喺呢個牆入面嘅膠子密度被睇到大大增加。唔同於喺噉樣嘅牆嘅碰撞中產生嘅夸克-膠子漿，色玻凝聚態描述咗牆本身，並且係粒子嘅內在性質，只能喺高能條件下觀察到，例如喺相對論重離子對撞機 (RHIC) 同可能喺大型強子對撞機 (LHC) 嘅條件下。
極高能量態
編輯各種理論預測咗喺極高能量下嘅新物質狀態。一種未知嘅狀態創造咗宇宙中嘅重子不對稱性，但係對佢知之甚少。喺弦理論中，預測咗超弦嘅哈格多恩溫度大約為 1030 K，喺呢個溫度下會大量產生超弦。喺普朗克溫度 (1032 K) 下，引力成為個別粒子之間嘅顯著力。冇當前嘅理論可以描述呢啲狀態，並且佢哋唔能夠通過任何可預見嘅實驗產生。但係，呢啲狀態喺宇宙學中好重要，因為宇宙可能喺大爆炸中經歷過呢啲狀態。
其他提議嘅狀態
編輯超固體
編輯超固體係一種空間有序嘅材料（即係話，固體或者晶體），具有超流體性質。類似於超流體，超固體能夠冇摩擦噉移動，但係保持剛性嘅形狀。儘管超固體係一種固體，但係佢表現出好多同其他固體唔同嘅特性，好多人認為佢係另一種物質狀態。[13]
弦網液體
編輯喺弦網液體中，原子具有明顯唔穩定嘅排列，好似液體噉，但係喺整體圖案中仍然係一致嘅，好似固體噉。當處於正常固態嗰陣，物質嘅原子會將自己排列成網格圖案，因此任何電子嘅自旋都同所有接觸佢嘅電子嘅自旋相反。但係喺弦網液體中，原子以某種圖案排列，呢種圖案需要一啲電子具有具有相同自旋嘅鄰居。呢個產生咗奇特嘅性質，以及支持咗一啲關於宇宙基本條件嘅唔尋常嘅提議。
超玻璃
編輯超玻璃係一種物質相，佢嘅特徵係同時具有超流體性同凍結嘅非晶結構。
鏈熔化態
編輯鉀等金屬喺鏈熔化態中似乎同時處於液態同固態。呢個係受到高溫同高壓嘅結果，導致鉀中嘅鏈溶解成液體，而晶體保持固體。[14]
量子霍爾態
編輯「量子霍爾態」產生咗量子化嘅霍爾電壓，喺垂直於電流方向測量。量子自旋霍爾態係一種理論相，佢可能為開發耗散更少能量同產生更少熱量嘅電子設備鋪平道路。呢個係量子霍爾態嘅推導。
光子物質
編輯光子物質係一種現象，其中同氣體相互作用嘅光子產生咗明顯嘅質量，並且可以相互作用，甚至形成光子「分子」。質量嘅來源係氣體，佢係有質量嘅。呢個同喺空曠空間中移動嘅光子形成對比，佢哋冇靜止質量，並且唔能夠相互作用。
睇埋
編輯註同埋參考文獻
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外部連結
編輯
- 2005-06-22, MIT News: MIT physicists create new form of matter 引述: "... 佢哋已經成為第一個創造新類型物質嘅人，一種顯示高溫超流性嘅原子氣體。"
- 2003-10-10, Science Daily: Metallic Phase For Bosons Implies New State Of Matter
- 2004-01-15, ScienceDaily: Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter 引述: "...我哋顯然已經第一次觀察到，一種具有超流體特性嘅固體材料...但係因為佢所有嘅粒子都處於相同嘅量子態，所以即使佢嘅組成分子不斷流動，佢仍然保持固體..."
- 2004-01-29, ScienceDaily: NIST/University Of Colorado Scientists Create New Form Of Matter: A Fermionic Condensate
- 短片演示物質狀態，固體、液體同氣體，由 Sussex 大學嘅 J M Murrell 教授提供 互聯網檔案館嘅歸檔，歸檔日期2023年3月30號，.
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