第五态,第五态玻色

发布时间:2023-01-25 18:30:29编辑:admin来源:www.tanling.com 当前位置:探灵网 > 宇宙之迷 >

物质的第五态、第六态是什么样的?

通常所见的物质有三态:气态、液态、固态,再加上以火为代表的第四种状态——等离子态。除此之外,物质还被认为有两种状态:超固态和中子态。处于等离子态的物质,电子与原子核彼此分离。在白矮星里面,压力和温度高,这种状态下,不但原子之间的空隙消失,原子外围的电子层也被压碎了,所有的原子核和电子都紧紧地挤在一起,不再有什么空隙。这样的物质被称做超固态。在我们居住的地球的中心,就存在着这种超固态物质。假如在超固态物质上继续加压,原子核和电子突破挤压的极限,原子核只能解体,从里面放出质子和中子。从原子核里放出的质子,在极大的压力下会和核外电子结合成为中子。这样一来,物质的构造发生了根本的变化,原来是原子核和电子,现在却都变成了中子。这样的状态,叫做中子态。中子态物质的密度比超固态物质要大十几万倍,火柴盒大小的中子态物质重达30亿吨。在宇宙中,估计只有少数恒星,才具有这种形态的物质。

物质的6种形态?

当大量的微观粒子在一定的温度和压力下相互集聚为一种稳定的结构状态时,就叫做“物质的—种状态”,简称物态。一般说来,任何一种物质,在不同的温度、压力和外场(如引力汤、电场、磁场等)影响下将呈现不同的物态。有时一种物质在某种温度和压力下,有几种不同的物态同时存在,从而把整个物体分为几个均匀的部分,每个均匀部分称为一个“相”。这时,每一种物态就是一个相。同一种物态下也有可能同时存在若干个“相”的情形。

在本世纪以前,人们还只能从物体的宏观特征来区别物质的状态;一切具有固定形状和体积,又不易形变的物态叫固态;物体具有一定体积但外形随容器而变,且易于流动的状态叫液态;若物体的形状和体积均随容器而变,容器敞开时,物质粒子就逃之夭夭,这种状态就是气态。人们常说“物质有三态”,就是指一种物质能以固体、液体或气体出现。

但从物质内部的结构来考虑,就远不止三态了。有些固体,内部的分子或原子以规则、对称、周期性的结构状态出现,叫结晶态。另一些所谓固体,如玻璃、沥青、电木、塑料等等,虽然在常温常压下也具有固定的体积和外形,也不明显地表现出流动性,但内部结构却更像液体,这种状态叫玻璃态。不少有机物质,介于液态和晶态之间,存在一种既具有流动特性,又具有某些类似晶体的光学性质,这种物态被称为液晶态或介晶态。气体被加热至万度以上高温或被辐时之后,原子可能会电离,整个气体将成为带正电的离子和带负电的电子所组成的集合体,而且正负电量相等,这两种离子的集聚状态叫等离于态。如果使物体处于极低温度条件下,例如在绝对零度以上若干度,某些金属的直流电阻将趋近于零,这叫做超导态。在极低温下,有的液体(如液态氦)的粘滞性也完全消失,便叫做超流态。另一方面,也可通过改变压力来改变物质的状态,例如在巨大的压力下,氢可以转变成具有金属特性的固态,叫金属氢态。

以上这些物态都是我们生活中或实验室里能够得到的物质状态。如果压力和温度继续住上增高,那将是个什么结果呢?

天文学家已发现,在离地球很远的太空中,有一种质量大而体积小的恒星,叫白矮星,其内部的压力和温度大得使物质原子的所有电子都脱离了原于核而成为自由电子,并使所有光身的原子核像晶体那样,高度紧密、规则地堆砌起来,自由电子则在其间混乱地运动着,由于其密度很高,便称为超固态。还有另一种恒星,其内部的温度和压力远远超过白矮星的温度和压力,在强大的压力下,把原子核外的所有电子都“挤”进原子核里与质子结合成中子,而且大部分原于核不再维持其原有的结合状态,因此星球外壳的物质几乎变成了由中子组成的流体,其密度也大大越过白矮星的密度,这种高密度物态叫中子态,故这种恒星叫中子星。但中子态还不是密度最高的物态,科学家们认为,可能存在一些密度更高的物态,如超子态、反常中子态、黑洞或白洞等等,并且在理论上已计算出这些物态能够稳定存在的条件。

不管是低密度还是高密度物态,虽都是由各种实物粒子集聚而成的,但人们在研究物质的性质时往往把大多数物态作为连续体看待,这仅是处理问题的一种近似方法而已。即使是无实物占据的真空也并非空无一物,而是充满着我们无法直接察觉的“负能量”粒子的空间,形成一个广阔无边的真空海洋,所以真空也是物质存在的一种形态。

现在已发现大多数基本粒子都存在质量相等而电磁性或其它一些物理性质相反的粒子,叫做反粒子,如反质子、反中子等等。于是科学家们推测,也许存在一个由“反粒子”组成的“反世界”,那里物质的状态与我们现在所处的“正”世界物态应当一一对应,统称为反物质态。

总之,从物质的宏观外形及是否容易形变等特征来看,我们说物质有固液气三态。而从物体内部结构特征来看,实际上存在更多的物态。而且随着科学的发展,人类对物质的认识将愈加深入,必会有新的物态发现。

补充:(固态,液态.气态,反物质态,结晶态,金属氢态)

玻色-爱因斯坦凝聚态的第五态

如果物质不断冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去,比如说,接近绝对零度(-273.15℃)吧,在这样的极低温下,物质又会出现什么奇异的状态呢?

这时,奇迹出现了——所有的原子似乎都变成了同一个原子,再也分不出你我他了!这就是物质第五态——玻色-爱因斯坦凝聚态(以下简称“玻爱凝聚态”—— 玻色-爱因斯坦凝聚态)

这个新的第五态的发现还得从1924年说起,那一年,年轻的印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文,提出了一种关于原子的新的理论,在传统理论中,人们假定一个体系中所有的原子(或分子)都是可以辨别的,我们可以给一个原子取名张三,另一个取名李四……,并且不会将张三认成李四,也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定,认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子(如两个氧原子)有什么不同。

玻色的论文引起了爱因斯坦的高度重视,他将玻色的理论用于原子气体中,进而推测,在正常温度下,原子可以处于任何一个能级(能级是指原子的能量像台阶一样从低到高排列),但在非常低的温度下,大部分原子会突然跌落到最低的能级上,就好像一座突然坍塌的大楼一样。处于这种状态的大量原子的行为像一个大超级原子。打个比方,练兵场上散乱的士兵突然接到指挥官的命令“向前齐步走”,于是他们迅速集合起来,像一个士兵一样整齐地向前走去。后来物理界将物质的这一状态称为玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC),它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态。这就是崭新的玻爱凝聚态。

然而,实现玻爱凝聚态的条件极为苛刻和矛盾:一方面需要达到极低的温度,另一方面还需要原子体系处于气态。极低温下的物质如何能保持气态呢?这实在令无数科学家头疼不已。

后来物理学家使用稀薄的金属原子气体,金属原子气体有一个很好的特性:不会因制冷出现液态,更不会高度聚集形成常规的固体。实验对象找到了,下一步就是创造出可以冷却到足够低温度的条件。由于激光冷却技术的发展,人们可以制造出与绝对零度仅仅相差十亿分之一度的低温。并且利用电磁操纵的磁阱技术可以对任意金属物体实行无触移动。这样的实验系统经过不断改进,终于在玻色—爱因斯坦凝聚理论提出71年之后的1995年6月,两名美国科学家康奈尔、维曼以及德国科学家克特勒分别在铷原子蒸气中第一次直接观测到了玻爱凝聚态。这三位科学家也因此而荣膺2001年度诺贝尔物理学奖。此后,这个领域经历着爆发性的发展,世界上己有近30个研究组在稀薄原子气中实现了玻爱凝聚态。

玻爱凝聚态有很多奇特的性质,请看以下几个方面:

这些原子组成的集体步调非常一致,因此内部没有任何阻力。激光就是光子的玻爱凝聚,在一束细小的激光里拥挤着非常多的颜色和方向一致的光子流。超导和超流也都是玻爱凝聚的结果。

玻爱凝聚态的凝聚效应可以形成一束沿一定方向传播的宏观电子对波,这种波带电,传播中形成一束宏观电流而无需电压。

原子凝聚体中的原子几乎不动,可以用来设计精确度更高的原子钟,以应用于太空航行和精确定位等。

玻爱凝聚态的原子物质表现出了光子一样的特性正是利用这种特性,2001年哈佛大学的两个研究小组用玻色-爱因斯坦凝聚体使光的速度降为零,将光储存了起来。

玻爱凝聚态的研究也可以延伸到其他领域,例如,利用磁场调控原子之间的相互作用,可以在物质第五态中产生类似于超新星爆发的现象,甚至还可以用玻色-爱 因斯坦凝聚体来模拟黑洞。

温度与物性有什么样的关系?什么是物质的第五态?

物质第五态:玻色-爱因斯坦凝聚态。

玻色—爱因斯坦凝聚可看作是低密度原子气体冷却到接近绝对零度并且坍缩成非常致密的量子态时形成的物质状态。该状态的特性使其成为感应极小的惯性力的理想选择,而且它们可用于测量重力加速度——保持原子做自由落体运动可以增加这些测量的灵敏度。研究玻色—爱因斯坦凝聚等量子系统,非常有助于增加我们对引力波、广义相对论和量子力学的理解。

早在1925年爱因斯坦就预言,在极低的温度下,服从玻色—爱因斯坦统计的原子可能会发生转变——随温度不断逼近绝对零度,越来越多的原子会聚集于最低的能量状态上,直到几乎所有的原子都处于这一个能量状态上,整体呈现一个量子状态,所有的原子似乎都变成了同一个原子,不再分你我他。这种状态后来被命名为玻色—爱因斯坦凝聚,也被称为是与气态、液态、固态、等离子态并列的“物质的第五态”。 

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