非常に高い圧力では、特定の物質は液体と気体の区別がすべて失われ、「超臨界」液体と呼ばれます。 「Jahn-Teller」金属では、固体物質は絶縁体の基本的な性質をすべて備えていますが、固体原子の独特な結晶形状により導体として機能します。
中学校の理科の授業で、重力、光合成、天気、そしてもちろん物質の状態など、身の回りの自然界の基本を教えられます。
前世紀の公立学校制度を経験したほとんどの人が言うように、物質には固体、液体、気体の 3 つの基本的な状態があります。
私たちの周りの世界を見ると、これらの 3 つの状態は、ガスストーブの匂いや飲むコーヒーからモンスーンや山に至るまで、私たちが目にするほぼすべてのものを定義することができます。しかし、理科の先生は真実のすべてを教えてくれませんでした… 真実さえも教えてくれませんでした.
物質の 2 つの「その他の」一般的な状態
物質には確かに 3 つの支配的な状態がありますが、当然のことながら注目を集めていない、はるかに一般的ではない他の状態があります。たとえば、氷 (固体)、水 (液体)、蒸気 (気体) の 3 つのよく知られた状態を持つ水を考えてみましょう。
固体、液体、気体の間の状態の変動は、温度と圧力に依存します。水は温度を上げると蒸発して水蒸気になります。温度を下げるか、水蒸気の圧力を上げると、凝縮して水に戻ります。氷は温度を上げると液体になります。これらの基本原則は理解できますが、極端な場合はどうなるでしょうか?
物質のこれら 3 つの基本的な状態は、通常の圧力と温度の範囲内で発生しますが、ガスを極端な温度 (太陽や落雷の周囲で見られる温度など) に加熱すると、物質の新しい状態であるプラズマが達成されます。ガスを特定のレベルまで加熱すると、電子を十分に励起して原子核から分離し、近くにある他の原子核と相互作用を開始できます。ネオンサイン内のガスは、プラズマの一般的な例です.
2 倍のプラズマ、2 倍の楽しみ (写真提供者:Ig0rZh / Fotolia)
反対に、物質の温度を十分に下げると (絶対零度とも呼ばれる 0 ケルビン近く)、その物質のボソンはすべて同じ量子状態に陥り、単一の波または粒子のようになります。これはボーズ・アインシュタイン凝縮として知られています。
現在、私たちは 5 人になりましたが、表面をかじっただけです。プラズマは私たちの周りの世界で自然に発生しますが、ボーズ・アインシュタイン凝縮は慎重に操作された実験室条件を必要としますが、それはそれらが無視されるべきだという意味ではありません!
物質の見知らぬ状態
過去 1 世紀ほどの間に、原子物理学、粒子加速器、量子論、および絶え間なく進歩する技術により、物質の他の多くの現代的な低エネルギー状態が明らかになりました。 超流動体を発見しました とスーパーソリッド 極低温で摩擦なしに流動または移動できる極低温液体および特定の固体です。また、陽子と電子が中性子コアに結合する場所、または電子が異なる原子間で共有される場所である星の中心に通常見られる「縮退物質」も特定しました。
非常に高い圧力では、特定の物質は液体と気体の区別がすべて失われ、「超臨界」液体と呼ばれます。 「Jahn-Teller」金属では、固体物質は絶縁体の基本的な性質をすべて備えていますが、固体原子の独特な結晶形状により導体として機能します。
物質の高エネルギー状態について議論するとき、最も話題になるのはクォークグルーオン プラズマです。これは、宇宙の 4 つの基本的な力が実際に 1 つに結合されたビッグバンの直後に存在したとされる物質の状態です。温度と圧力が低下し、それらが分離する前に、力。クォークグルーオン プラズマ (QGP) は気体として振る舞ったと理論化されていますが、最近の粒子加速器実験では、QGP に非常によく似たものが作成され、代わりに「完全な液体」のように振る舞いました。まるで鳥の群れのようです。
ちょうどこの 1 か月で、研究者たちは 1 世紀近く前に作られた理論を探求するための条件をついに作り出すことができました。私たちの太陽系の最大の天体 (太陽と木星) のコアは、非常に高い圧力でのみ存在できる独自の形の水素で構成されていると考えられています。この「金属」形態の水素は、地球上の大気圧の約 300 万倍の圧力を必要とするため、観測されたことはありません。
しかし、科学者たちは最終的に、ダイヤモンドの間に水素分子を押し込むことによって、これらの高圧条件に近づくことに成功しました.彼らは部分的の観察に興奮しました 水素の原子状態と金属状態では、分子が構成原子に分解し始め、電子が金属のように振る舞い始めました。
私たちの宇宙の物理的側面を操作する技術とスキルがより達成可能になっているため、これらのタイプの進歩と実験はすぐに減速することはありません.理論は最終的に発見に現れており、それは条件の奇妙な組み合わせへの研究をさらに推し進めています.
物質のすべての新しい状態の詳細な説明はこの記事の範囲を超えていますが、現在 (そしてこれはいつでも変更される可能性があります)、物質には 4 つの古典的な状態 (固体、液体、気体、およびプラズマ) があるとだけ言っておけば十分です。は自然に発生します)、人工的な条件を観察する必要がある非古典的な状態が多数あります。
最も取るに足らない量子スケールから星間ガス巨星の巨大なコアまで、物質の多くの状態は、自然界の多様で奇妙で魅力的な側面であり、生命、宇宙、およびすべてを理解するのに役立つかもしれません.
