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第3章 物质只有三种状态吗

任何物质都在不停地运动着,在运动过程中,一定条件下物质会相对稳定地处于某种状态,表现出某些特殊性质,这就是所谓的物质的“态”。人类正是通过认识各种物质的态,利用其特性,能动地认识自然、改造自然,造福于社会的。

在日常生活中,我们接触的主要是固态、液态和气态,通常分别称之为物质第一态、第二态和第三态。众所周知,当温度变化时,固态、液态和气态可以相互转化。正是这些变化,使我们的生活五彩斑斓。然而除了这三种状态,物质还有没有别的状态呢?随着科学技术的发展,人们发现物质还有许多新的态。

等离子态

我们熟悉的固态、液态和气态,对于广袤无垠的宇宙而言,还不是主要的物态。科学研究表明,宇宙中99.9%的物质是以等离子态存在着的,等离子态被称作物质的第四态。大家知道,原子是由原子核和绕核运动的电子组成的,当温度上升到几万度甚至几百万度,或者在高强度射线作用下,气态物质中的电子可以摆脱原子核的吸引,离开自己运动的轨道,成为游离状态,这样物质变成了电子和离子的混合物,这就是等离子态。这高度电离的气体,由于电子和离子所带的电荷符号相反、数量相等而呈中性。

中子态

当压力达到140万大气压,原子中电子就被压缩到与原子核紧密地挤在一起。如果物质受到更大压力,原子核将遭到破坏,整个体系成为电子、质子和中子的混合物,电子和质子结合成中子,最后物质呈中子态。科学家认为,地球核心处压力可达355万大气压,该处物质就呈中子态。宇宙中恒星演变到中老年阶段,其内部氢、氦等核燃料不断消耗,于是由自身引力收缩产生高压,压碎原子形成中子态。不同质量的恒星会分别变成中子星、白矮星或黑洞。

反物质态

1930年,英国物理学家狄拉克用数学方法描述电子运动规律时,发现电子的电荷可以是负电荷,也可以是正电荷的,他猜想,在自然界中可能存在“反常的”带正电荷的电子。两年后,美国物理学家安德森在研究太空宇宙线时,果然发现了与电子质量相等,电荷数量相同但电荷性质相反的粒子,这正好与狄拉克预言一致,安德森将其称为正电子。不过正电子不能长久存在,它刚出现不久就会与邻近电子碰撞结合成光子,这就是“湮灭”现象。

真空态

在托里拆利实验中,竖直水银管上端没有空气,这是人类获得的第一个人造真空。过去人们认为,真空就是空无一物的空间。其实不然,即使在没有实物粒子的真空中,也并不是真的空无一物,而是充满了热辐射,即电磁波,或者说充满了光子。实验证明正负电子可以湮灭成光子,反之光子也可能转化成正反粒子,所以科学家称真空为辐射场态。

物质运动是绝对的,物质在运动过程中出现的稳态是相对的,有条件的。人类将创造条件来认识物质的各种运动状态,这也是当代科学发展的重要课题。上述的7种物态当然不会是物质的全貌。

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