物态( 二 )

Tc , 当温度低于Tc时 , 占全部粒子数有限百分比的(巨观数量的)部分将聚集到单一的粒子最低能态上的现象 。这是1925年爱因斯坦将S.玻色提出的处理黑体辐射(光子气体)的方法推广到实物粒子理想气体得出的理论预言 。后来被称为玻色-爱因斯坦凝聚 。聚集到最低能态上的所有粒子的集合被称为玻色-爱因斯坦凝聚体 。凝聚体是一种新的物态 , 可用单一波函式描写 , 可研究这种原子波的相干效应以及相应的原子雷射和原子光学 。玻色-爱因斯坦凝聚态所具有的奇特性质 , 不仅对基础研究有重要意义 , 在晶片技术、精密测量和纳米技术等领域 , 也都有很好的套用前景 。里德伯分子里德伯态属于强力的非理想等离子的其中一种介稳定状态 。当电子处于很高的激发态后冷凝而形成 。当到达某个温度时 , 这些原子会变成离子和电子 。在2009年4月 , 斯图加特大学的研究员成功由一粒里德伯原子和一粒基态原子中创造出里德伯分子(实验中利用极冷的铷原子) , 并由此证实了科罗拉多大学—博尔德校区的物理学家克里斯格林的假设 , 他认为这一种物质状态是真正存在的 。里德伯原子是价电子被激发到高激发态能级结构的原子 。其他的原子 , 甚至分子也可以产生里德伯态 。里德伯原子半径大 , 结合能小 , 寿命长 , 因此已被当作探针用来进行基础研究和多方面的套用 。里德伯原子的特殊性能已被用作测量微波、射电波及检验电磁场的探测器 。在高密度气体中的里德伯原子及分子还是新的雷射工作物质 。高能状态等离子态当温度达到摄氏数千度时便会形成等离子(离化气体) 。有些等离子是透过带电荷的空气粒子所做成 , 可以在一些恆星例如太阳中找到或雷电时产生 。当加热气体时 , 电子会因为拥有足够的动能而成功摆脱原子核的吸力 , 成为自由电子 , 不受原子或分子的包围 。离子是化学物种的一种 , 成因是质子的数目与电子不同而带有电荷 。自由电荷令到等离子有导电性 , 而令到它对磁场有强烈反应 。在极高温的情况之下 , 例如在恆星中 , 基本上假设电子是自由运动的 , 而极高能量的等离子像是一个空的原子核在电子海之中 。等离子相是宇宙中最常见的物质状态 。等离子可以考虑为被高度离化的粒子 , 但因为粒子之间有极强的离子吸力而拥有截然不同的特性 。因此被认为是一不同的相或者物质形态 。电浆是由大量带电粒子和中性粒子组成的 , 在电磁力作用下 , 粒子的运动和行为以集体效应为主的体系 。而电浆的集体效应 , 是指由于电磁等长程力的作用 , 粒子的运动状态不仅取决于该粒子附近的局部条件 , 还取决于远离该粒子的其他区域的状态 。电浆状态是区别于固态、液态和气态的另一种物质存在状态 , 常称为物质第四态 。电浆广泛出现在茫茫的宇宙之中 。在地球表面 , 闪电、极光等是地球上的天然电浆的辐射现象 。此外电浆只能人为产生 , 如充气电子管、日光灯、霓虹灯、电弧、气体放电等设备中产生的由电子、离子和中性粒子所组成的电离气体就是电浆 , 整体呈电中性 。电浆具有广泛的技术套用 , 如空间技术、受控热核聚变、同位素分离、无线电通信等 。夸克-胶子浆由欧洲核子研究组织(简称CERN)在2000年发现 。因为质子和中子都是由夸克构成 , 而夸克能透过这种物质状态中释放出来 , 并能独立观察 。科学家可以透过这种物质状态下观察夸克的特性 , 是从理论到实践的一大飞跃 。夸克胶子电浆是由许多夸克、反夸克和胶子组成的多体系统 。简称夸克物质 。所有的强相互作用粒子即强子 , 都是由夸克、反夸克和胶子构成的 。迄今为止 , 不论在自然界 , 或通过实验手段都没有找到自由存在的夸克和胶子 。然而 , 描述强相互作用的规範场理论预言 , 在超过一定的临界能量密度(大约1024电子伏/米3)时 , 夸克、反夸克和胶子可能冲破单个强子口袋的禁闭 , 而在一个大得多的空间範围内自由运动 , 形成夸克胶子电浆 。其他状态简併态物质在极高压的环境下 , 常温物质会转变成一连串奇怪的物质状态 , 统称简併态物质 。这引起了天体物理学家的兴趣 。因为他们相信在恆星中 , 当核聚变的“燃料”用尽时会出现这种情况 , 例如白矮星和中子星 。中子星主要由简併中子组成的性质奇特的緻密天体 。1932年发现中子后不久 , L.朗道就提出可能存在由中子组成的緻密星 。1939年J.奥本海默和G.沃尔科夫通过计算建立了第一个中子星的模型 。大质量恆星耗尽内部核燃料后 , 星核坍缩 , 在某一点几乎所有的自由电子将被迫与原子核中的质子结合形成中子 。中子星的引力把大部分自由电子压进原子核里 , 强迫它们与质子结合形成中子 。中子星的密度极高 , 一匙勺中子星物质重10亿吨 , 它与质量为1.7×10-24克、“半径”为10-13厘米的单箇中子的密度相似 。中子星有极高的核密度以及极强的引力场 。超固体超固体可以在指定的空间下有秩序排列(即是固体或者晶体) , 但却拥有例如超流体等多种非固体特性 , 因而被纳入新的物质状态 。超固体也称超结构(超点阵) , 是有序固溶体结构的通称 。当固溶体有序化后 , 晶胞中的各个座位变得不等同了 , 不同组元的原子分别优先占有特定的座位 。当完全有序实现以后 , 晶体的结构类型就发生变化 , 有时甚至点阵类型也发生变化 。完全有序化后 , 点阵类型也转变为简单立方型 , 但习惯上仍称之为具有超结构的固溶体 。弦状网液态在正常的固体状态下 , 物质中的原子应以网状排列 , 因此对于任何一粒电子 , 它相邻的电子的自旋方向应与它自身相反 。但在弦状网液态下 , 原子会以某种形式排列从而令到部分相邻电子的自旋方向与它的方向相同 , 因而出现一些独特的性质 。有趣的是 , 这些特质对解释在基础情况下的宇宙中一些奇异现象有帮助 。弦状网液态又称液态亚点阵 。可以认为快离子导体的点阵是由两个亚点阵构成的 , 一个是不运动离子构成的刚性亚点阵 , 另一个是可运动离子构成的亚点阵 。刚性亚点阵为可运动离子提供很多能量上近似相等的位置 , 可运动离子就无序地分布在这些位置上 , 因而称为液态亚点阵 。实验上已证实液态亚点阵的存在 。快离子导体兼有固体和液体的特性 。玻璃态玻璃态也称硫璃态 。原子或分子不像在晶体中那样按某一规则排列的固态 , 原子排列仅有局域的、部分的规则性(短程有序) , 而无大範围的、周期性的规则性(长程有序)的固体状态 。晶体和液体之间的转变是一种相变 , 而且是一级相变 。在非晶体与液体之间无一个确定的转变温度 , 当温度下降时液体先变成黏滞性越来越大的过冷液体 , 然后在玻璃态转变温度处转变成非晶体(玻璃态固体) 。玻璃态转变温度并无定值 , 随着液体的冷却速率而改变 , 冷却速率越快 , 玻璃态转变温度越低 。过冷液体与非晶体之间的转变 , 情况十分複杂 , 不能简单地看成相变 。处于这种状态的固体只能在非常长的时间后才结晶 。当从熔体冷却或其他方法形成玻璃时 , 体系所含的内能并不处于最低值 。物质在冷却过程中内能随温度而变化 。因此从热力学观点 , 玻璃态是处于热力学不稳定状态 , 与相应的结晶态比较 , 具有较高的内能 , 有向晶体转变的趋势 。但从动力学观点看 , 它又是稳定的 , 因为在常温下由于玻璃的高粘度而不能自发地转变为结晶态 , 必须克服结晶所需的活化能才行 。所以玻璃态属于亚稳态 。製作一些物态注:某些实验十分危险 , 这里未写 。固态可以通过将液态物体加压或冷冻至凝点 , 也可以将超固态的物质减压生成 。液态可以通过固态物质加热或减压生成 , 也可以通过气态物质冷凝或加压生成 。气态可以将液态物质蒸发 。