物质到底有多少种形态

作者: 韩彦(江苏)

在中学课本里,我们知道:水在自然界中常见的三态——液态、固态和气态。

巡视我们周围的物质,差不多都属于这三种形态。但是我们把眼光再放远点,就会发现物质还有几种奇妙的形态。物态除以上所说的三态外,还存在着等离子态、超固态和中子态;还存在着第七种奇妙的物态——液晶态,青少年朋友这你可知道吗?

我们知道:“太阳是一个比地球大130万倍的白炽球体,其表面温度高达6千多度。气体的原子在高温中获得了很高的能量。带负电的核外电子获得高能之后,冲破了带正电的原子核的“束缚”,成为“自由自在”的负电子,而原来呈电中性的原子,失去电子后,就成为带阳电的正离子。这种电离化气体,尽管由自由的正离子和自由的负电子所组成,但正负电荷数量仍然相等,从整体看仍然是电中性的,所以称为等离子体。”等离子体已经完全不同于一般的气体态,液体态和固体态物质了,所以被人们称作物质的第四种形态。太阳的表面就是等离子态。

在浩瀚无涯的宇宙深处,在肉眼看不到的地方,还有没有其它形态呢?

有,那就是一种超固态的物质,一种不同于前四种状态的特殊物质。人们把这种超固体称之为物质的第五种状态。

“19世纪60年代,科学家在天狼星旁边发现了一颗天狼星的奇异伴星——白矮星。白矮星可真是与众不同,它的密度竟是水的密度的17万5千倍。一杯水在我们手中,感觉是轻飘飘的,可是白矮星上的物质,一杯水竟有35吨重,要9辆载重量5吨的汽车才能拖动它。

陪伴着天狼星的那颗白矮星,比起后来发现的其它白矮星密度要小得多。后发现的白矮星在其上的物质,1立方厘米那么1小块,竟有一千吨。

超固态的物质是怎样形成的呢?为什么白矮星上的物质会变成超固态呢?

原来白矮星上的物质在超高温、超高压的条件下,原子核和电子紧紧地挤压在一起,固态物质被“压缩”成超固态,形成了物质的第五种形态。那么温度更高,压力更大,物质的形态还会不会发生新的变化呢?

当然会发生变化。在超高温、超高压的条件下,物质中坚硬的原子核也被压碎了,从压碎的原子核中,放出了构成原子核的质子和中子,带正电的质子又和带负电的核外电子结合,变成为中子。这样一来,所有的物质统统变成了中子,成为一种中子态的物质,人们把这种物质状态,称之为第六种形态。

20世纪60年代,英国射电天文学家报道他们发现一种新型的天体,以极其精确的时间间歇发射出无线电脉冲,因此被称为脉冲星。

脉冲星真是一种奇妙的天体,它的“个体”矮小,半径只有10到13公里,我们人类居住的小小地球可以装一千万颗脉冲星呢!但是脉冲星的物质,密度却大得惊人,1立方厘米的物质重1亿吨,要上万艘万吨巨轮才能拖动呢!简直令人难以置信。

脉冲星上的物质,为什么会有这样大的密度呢?

原来脉冲星是一个罕见的超高温世界,它的表面温度是一千万度,中心部分温度高达60亿度。同时脉冲星的中心压力,高达1万亿亿亿个大气压,比太阳的中心压力大3亿亿倍,是一个罕见的超高压世界。

中子态的物质,比起超固态的物质,密度还要大十多万倍。脉冲星就是由这种中子态物质构成的奇妙天体。所以又被称之为中子星。

物质世界,还有没有其它形态呢?有,那就是液晶态。人们称它为物质的第七种形态。

19世纪80年代的一天,奥地利植物学家莱尼茨尔正在一间简陋的实验室做实验。他把一种名叫胆留醇苯酸脂的晶体放在试管里加热。当温度升至145.5℃时,晶体开始熔融为乳白色的混浊流体。在整个熔融过程中,大家都知道由于晶体吸收熔解热,所以温度停止上升,直至所加的热量使晶体熔融后,温度才能继续上升。可是这个实验出现了奇怪的现象,当温度升至178.5℃时,再次出现了温度停止上升的现象,此时混浊的流体开始变成清亮的液体,待液体完全透明后温度又徐徐上升了,这是怎么回事呢?

德国物理学家雷蒙恩在偏光显微镜下观察温度在145.5℃～178.5℃之间,乳白色的胆甾醇苯酸脂流体呈现出光的双折射引起的干涉条纹。这是固态晶体才有的性质,居然在这种流体中也会出现。雷蒙恩便给它起了一个形象的名字——“液晶”。

液晶的应用很广泛,用液晶作电视屏幕不仅图像清晰,而且也为大屏幕电视的实现建立了功勋。液晶在原子物理及高能物理的舞台上也是出色的“演员”。液晶这门涉及物理、化学、生物、电子、数学等领域的新的边缘科学,在辛勤的科学家们的努力下,如雨后春笋般地在我国迅猛发展,它越来越广泛地应用于科学技术和国民经济的各个方面。

物质世界,还有没有第八种、第九种形态的物质呢?目前,科学家正在探索一种密度更大的天体,叫超子星。超子,是一种质量上超过质子的基本粒子,全部由超子组成的星体,则被称为超子星。如果超子星果真被发现,那么,星球的起源,天体的演化,物质的奥秘,自然规律都将展示出一幅更迷人的新图画。