物理科普——物质六态

你见过雾凇吗？这是什么？应该是水吧！而水，又有些什么形态呢？常见的当然就是它的液态（液态水），固态（冰）以及气态（水蒸气）了。

封面图：雾凇照片

Question：物质有些什么形态呢？

宇宙中有很多种物质的形态，对于这个话题，主要有两种不同的看法，这次我要说的是比较主流的看法：气态、液态、固态、等离子态、玻色—爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态（另一种说法：物质六态是 固态，液态，气态，等离子态，超固态和中子态。当然，物宇宙中物质的形态不止这些）

先简单地说下在地球上常见的三种形态：气态，固态，液态：

这三种形态，各位肯定都不陌生吧！

众所周知，物质是由分子、原子或离子构成的。处于气态的物质，构成其粒子与粒子之间距离很远，非常分散。然而，对于液态物质来说，构成它们的分子彼此已靠得很近，分子一个挨着一个，所以说它的密度要比气态的同种物质大得多。就拿构成水的H₂O（水分子）来说，构成水的水分子像链条一样，一个接一个构成一条水分子的长链。虽然水分子已经彼此紧靠在一起，但构成水分子的二个氢原子和一个氧原子，它们之间还离得很开。对于固态物质来说，构成元素是以原子状态存在的，而且固体中的原子一个挨着一个组成，相互攀拉，牢牢地结合在一起，这就是固体比液体坚硬的原因。

等离子态

原子是由原子核和核外电子组成的，通常情况下电子都围绕着原子核旋转。然而在几千摄氏度以上的高温中，气态的原子开始抛掉身上的电子，带负电的电子就开始自由自在地游逛，而原子也成为带正电的离子。温度愈高，气体原子脱落的电子就愈多，这种现象叫做气体的电离化。这种电离化的气体，叫做“等离子态”。除了高温以外，用强大的紫外线、X射线和丙种射线来照射气体，也可以便气体转变成等离子态。也许你感到这种等离子态很罕见吧！其实，在广漠无边的宇宙中，它是最普遍存在的一种形态。而日常生活中，火就是等离子态的。

玻色-爱因斯坦凝聚态

刚才说的是物质被加热到很高，但如果物质不断降低温度，比如，接近绝对零度,在这样的低温下,物质又会出现什么状态呢?此时，所有的原子都几乎会变为一个原子！这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态

也就是说，玻色–爱因斯坦凝聚是玻色子原子在冷却到接近绝对零度所呈现出的一种气态的、超流性的物态。1995年，麻省理工学院的沃夫冈·凯特利与科罗拉多大学鲍尔德分校的埃里克·康奈尔和卡尔·威曼使用气态的铷原子在1.7×100K（K，开氏度）的低温下首次获得了玻色-爱因斯坦凝聚。在这种状态下，几乎全部原子都聚集到能量最低的量子态，形成一个宏观的量子状态。

费米子凝聚态

这种形态，类似于玻色-爱因斯坦凝聚态，它由大量费米子占据同一量子态形成。由于泡利不相容原理，不同的费米子不能占据同一量子态，因此费米子不能像玻色子那样直接形成玻色-爱因斯坦凝聚态。但是有科学家把两个费米子结合在一起，于是就成为了具有玻色子性质的“费米子对”即库柏对，这样使费米子对冷凝，成为费米子凝聚态。

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