物质都有哪些态

我们所熟知的物质的形态有固态、液态和气态，但这只是最常见的物质形态。随着科学的发展，我们又发现了很多种“物态”，迄今知道的“物态”已达10余种之多。

固态

严格地说，物理上的固态应当指“结晶态”，也就是各种各样晶体所具有的状态。最常见的晶体是食盐（化学成份是氯化钠，化学符号是NaCl）。拿出一粒食盐观察（最好是粗制盐），可以看到它是由许多立方晶体构成。如果到地质博物馆去，还可以看到许多颜色、形状各异的规则晶体，十分漂亮。物质在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状，在不同方向上物理性质可以不同（各向异性）有一定的熔点，熔化时温度不变。

在固体中，分子或原子有规则地周期性排列着，就像我们做操时，人与人之间都等距离地排列一样。每个人在一定位置上运动，就像每个分子或原子在各自固定的位置上作振动一样。我们将晶体的这种结构称为“空间点阵”结构。

液态

液体具有流动性，把它放在什么形状的容器中就呈什么形状。与固体不同，液体有“各向同性”（不同方向上物理性质相同）的特点，这是因为，物体由固态变成液态的时候，由于温度的升高使得分子或原子运动剧烈，而不可能再保持原来的固定位置，于是就产生了流动。但这时分子或原子间的吸引力还比较大，使它们不会分散远离，于是液体仍有一定的体积。实际上，在液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结构——“类晶区”。流动性是“类晶区”移动形成的。我们打个比喻，在柏油路上行驶的“车流”，每辆汽车就是有固定位置的一个“类晶区”，而车与车之间可以相对运动，这就造成了车队整体的流动。

气态

液体加热会变成气态。这时分子或原子运动更剧烈，“类晶区”也不存在了。由于分子或原子间的距离增大，它们之间的引力可以忽略，因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动，这导致了我们所熟知的气体特性：有流动性，没有固定的形状和体积，能自动地充满任何容器；容易压缩；物理性质“各向同性”。显然，液态是处于固态和气态之间的形态。

非晶态——特殊的固态

普通玻璃是固体吗？你一定会说，当然是固体。其实，它并不处于固态（结晶态）。对这一点，你觉得奇怪吗？

玻璃与晶体有不同的性质和内部结构。将玻璃放在火中加热，随着温度逐渐升高，它先变软，然后逐步地熔化。也就是说，玻璃没有固定的熔点。此外，它的物理性质“各向同性”。这些都与晶体不同。

研究表明，玻璃内部结构没有“空间点阵”特点，而与液态的结构类似。只不过“类晶区”彼此不能移动，因而玻璃没有流动性。我们将这种状态称为“非晶态”。

严格地说，“非晶态固体”不属于固体，因为固体专指晶体。它可以看作一种极粘稠的液体。因此，“非晶态”作为另一种物态被提出来。

除普通玻璃外，“非晶态”固体还有很多，如橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑料等。

液晶态——结晶态和液态之间的一种形态

“液晶”现在对我们已不陌生，它在电子表、计算器、手机、传呼机、微型电脑和电视机等产品中得到了广泛的应用。

“液晶”属于有机化合物，迄今人工合成的液晶已达5 000多种。这种材料在一定温度范围内可以处于“液晶态”，就是既具有液体的流动性，又具有晶体在光学性质上的“各向异性”。它对外界因素（如热、电、光、压力等）的微小变化很敏感。

上述几种“物态”是在日常条件下可以观察到的。但是随着物理学实验技术的进步，在超高温、超低温、超高压等条件下，又发现了一些新“物态”。

超高温下的等离子态

这是气体在约几百万度的极高温或在其他粒子的强烈碰撞下所呈现出的物态，这时，电子从原子中游离出来而成为自由电子。等离子体就是一种被高度电离的气体，但是它又处于与“气态”不同的“物态”——“等离子态”。

太阳及其他许多恒星都是极炽热的星球，它们就是等离子体。宇宙内大部分物质都是等离子体。地球上也有等离子体，比如高空的电离层、闪电、极光，等等。日光灯、水银灯里的电离气体则是人造的等离子体。

超高压下的超固态

在140万个大气压下，物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1 000吨以上。

已有充分的根据说明，质量较小的恒星发展到后期阶段的白矮星就处于这种超固态。它的平均密度是水的几万到一亿倍。

超高压下的中子态

在更高的温度和压力下，原子核也能被“压碎”。我们知道，原子核由中子和质子组成，在更高的温度和压力下，质子吸收电子转化为中子，物质呈现出中子紧密排列的状态，称为“中子态”。

已经确认，中等质量（1.44～2倍太阳质量）的恒星发展到后期阶段的“中子星”，是一种密度比白矮星还大的星球，它的物态就是“中子态”。

更大质量恒星的后期，理论预言它们将演化为比中子星密度更大的“黑洞”，目前还没有直接的观测证实它的存在。至于 “黑洞”中的超高压作用下物质又呈现什么物态，目前一无所知，有待于今后的观测和研究。

物质在高温、高压下出现了反常的物态，那么在低温、超低温下物质会不会也出现一些特殊的状态呢？下面讲到的两种物态就是这类情况。

超导态

超导态是一些物质在超低温下出现的特殊物态。最先发现超导现象的，是荷兰物理学家卡麦林·昂纳斯。1911年夏天，他用水银做实验，发现温度降到4.173K（约-269℃）的时候，水银开始失去电阻。接着他发现许多材料都有这种特性：在一定的临界温度（低温）下失去电阻。卡麦林·昂纳斯把某些物质在低温条件下表现出电阻等于零的现象称为“超导”。超导体所处的物态就是“超导态”，超导态在高效率输电、磁悬浮高速列车、高精度探测仪器等方面将会给人类带来极大的益处。

超导态的奇特性质引起了全世界的关注，人们纷纷投入了极大的力量研究超导，至今它仍是十分热门的科研课题。目前发现的超导材料主要是一些金属、合金和化合物，已不下几千种，它们各自对应有不同的“临界温度”，目前最高的“临界温度”已达到130K（约-143℃），各国科学家正在拼命努力向室温（300K或27℃）的临界温度冲刺。

超导态物质的结构如何？目前理论研究还不成熟，有待继续探索。

超流态

超流态是一种非常奇特的物理状态，目前所知，这种状态只发生在超低温下的个别物质上。

1937年，前苏联物理学家彼得·列奥尼多维奇·卡皮察惊奇地发现，当液态氦的温度降到2.17K的时候，它就由原来液体的一般流动性突然变化为“超流动性”：它可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝（线度约10万分之一厘米），还可以沿着杯壁“爬”出杯口外。我们将具有超流动性的物态称为“超流态”。但是目前只发现低于2.17K的液态氦有这种物态。超流态下的物质结构理论目前仍在探索之中。

上面介绍的只是迄今发现的10 种物态，有文献归纳说还存在着更多种类的物态，例如超离子态、辐射场态、量子场态等。我们相信，随着科学的发展，我们一定会认识更多的物态，解开更多的谜，并利用它们的奇特性质造福人类。

编辑/王一鸣