Ciało stałe, ciecz, gaz ... są to dokładnie znane nam stany materii, ale co powoduje, że stan materii? A czy są inne stany materii?
Odkąd ludzie po raz pierwszy rozróżnili je, stany materii zostały określone masowo; więc ciało stałe miało ustalony kształt (i objętość), ciecz o ustalonej objętości (ale zmieniło kształt, aby pasował do pojemnika, w którym się znajdowało), a gaz rozszerzył się, aby wypełnić swój pojemnik. Kiedy zdaliśmy sobie sprawę, że materia składa się z atomów (i cząsteczek), stany materii zostały rozróżnione na podstawie tego, jak zachowały się cząsteczki (lub atomy, w elemencie): w ciałach stałych są zarówno blisko, jak i w ustalonym układzie (np. kryształów), w cieczach w pobliżu, ale układ nie jest ustalony, a w gazach nie w pobliżu (więc nie ma szczególnego układu).
Ale co z plazmą? Trochę jak gaz - ponieważ wypełnia każdy pojemnik, w którym się znajduje, jest gazem - ale nie (jony i elektrony oddziałują w zupełnie inny sposób, w plazmie, niż cząsteczki (lub atomy) w ciele stałym, cieczy lub gazie ). Stąd plazma jest czwartym stanem materii.
Sprawy stały się nieco bardziej skomplikowane, ponieważ naukowcy uważniej badali materię.
Na przykład, jeśli podgrzewasz wodę w mocnym, ale przezroczystym pojemniku, powyżej określonej temperatury (i ciśnienia) - zwanej temperaturą krytyczną (ciśnienie krytyczne) - stany cieczy i gazu stają się jednym… woda jest teraz płynem nadkrytycznym ( być może widzieliście to w klasie chemicznej, choć prawdopodobnie nie z wodą!).
Potem jest różnica między kryształami (stan krystaliczny) i szkłami (stan szklisty); oba wydają się bardzo solidne, ale układ cząsteczek w szkle jest bardziej podobny do układu cząsteczek w cieczy niż tych w krysztale… a szkła mogą płynąć, podobnie jak ciecze, jeśli zostaną pozostawione na wystarczająco długi czas.
Czy istnieje „piąty stan materii”? Tak! Kondensat Bosego-Einsteina (BEC)… który jest jak gaz, z wyjątkiem tego, że wszystkie atomy składowe są (lub przeważnie) w najniższym możliwym stanie kwantowym… więc BEC ma właściwości objętościowe zupełnie inne niż w jakimkolwiek innym stanie materii (kwant zachowanie staje się makroskopowe).
W astrofizyce istnieje wiele egzotycznych stanów materii; na przykład w gwiazdach białego karła materii zapobiega dalsze zapadanie się (grawitacyjne) przez ciśnienie degeneracji elektronowej; to samo dzieje się w gwiazdach neutronowych, z wyjątkiem tego, że jego ciśnienie zwyrodnieniowe neutronów (może być nawet bardziej ekstremalny stan materii, utrzymywany przez ciśnienie zwyrodnienia twarogu!). Istnieje również odpowiednik zwykłych plazmy: plazma kwarkowo-gluonowa (w zwykłej plazmie wykonanej z wodoru atomy są rozkładane na elektrony i protony; w plazmie kwarkowo-gluonowej protony i neutrony „topią się” w składowe kwarki i gluony).
Czy są powiązane historie czasopisma Space Magazine? Pewnie! Na przykład: Zapomnij o gwiazdach neutronowych, gwiazdach kwarku może być najgęstszych ciałach we wszechświecie, promieniu Schwarzschilda i rakiecie magnetoplazmy nowej generacji można przetestować na stacji kosmicznej.
Stany materii, w tym niektóre egzotyczne, znajdziesz w Astronomy Cast; na przykład to pytanie pokazuje.
Źródła:
Wikipedia
Uniwersytet Purdue
Uniwersytet w Nowym Jorku
Wikipedia: Kondensat Bosego-Einsteina
