基本介紹
- 中文名：物質六態
- 外文名：Material six states
- 定義：氣態、液態、固態、電漿態等
- 常見三態：氣態、液態、固態
定義,等離子態,玻色,原理,不同觀點,
定義
通常所見的物質有三態：氣態、液態、固態。物質是由分子、原子或離子構成的。處於氣態的物質，其構成粒子與粒子之間距離很遠，幾乎像宇宙空間中的星球那樣分散。然而，對於液態物質來說，構成它們的分子彼此已靠得很近，分子一個挨著一個，它的密度要比氣態的同種物質大得多。拿水中的H2O（水分子）來說，它們就像鏈條一樣，一個接一個構成一條水分子的長鏈。雖然水分子已經彼此緊靠在一起，但構成水分子的二個氫原子和一個氧原子，它們之間還離得很開。對於固態物質來說，構成元素是以原子狀態存在的，而且固體中的原子一個挨著一個，組成一個，‘點陣”，就像造房子的腳手架那樣，相互攀拉，牢牢地結合在一起，這就是固體比液體硬的原因。
等離子態
原子是由原子核和電子組成的，通常情況下電子都圍繞著原子核旋轉。然而在幾千攝氏度以上的高溫中，氣態的原子開始拋掉身上的電子，於是帶負電的電子開始自由自在地遊逛，而原子也成為帶正電的離子。溫度愈高，氣體原子脫落的電子就愈多，這種現象叫做氣體的電離化。科學家把電離化的氣體，叫做“等離子態”。除了高溫以外，用強大的紫外線、X射線和丙種射線來照射氣體，也可以便氣體轉變成等離子態。也許你感到這種等離子態很稀罕吧！其實，在廣漠無邊的宇宙中，它是最普遍存在的一種形態。因為宇宙中大部分的發光的星球，它們內部的溫度和壓力都高極了，這些星球內部的物質幾乎都處在等離子態。這是物質的第四種狀態。
玻色
常溫下的氣體原子行為就象檯球一樣，原子之間以及與器壁之間互相碰撞，其相互作用遵從經典力學定律；低溫的原子運動，其相互作用則遵從量子力學定律，由德布洛意波來描述其運動，此時的德布洛意波波長λdb小於原子之間的距離d，其運動由量子屬性自旋量子數來決定。我們知道，自旋量子數為整數的粒子為玻色子，而自旋量子數為半整數的粒子為費米子。
玻色子具有整體特性，在低溫時集聚到能量最低的同一量子態(基態)；而費米子具有互相排斥的特性，它們不能占據同一量子態，因此其它的費米子就得占據能量較高的量子態，原子中的電子就是典型的費米子。早在1924年玻色和愛因斯坦就從理論上預言存在另外的一種物質狀態——玻色愛因斯坦冷凝態，即當溫度足夠低、原子的運動速度足夠慢時，它們將集聚到能量最低的同一量子態。此時，所有的原子就象一個原子一樣，具有完全相同的物理性質。
根據量子力學中的德布洛意關係，λdb=h/p。粒子的運動速度越慢（溫度越低），其物質波的波長就越長。當溫度足夠低時，原子的德布洛意波長與原子之間的距離在同一量級上，此時，物質波之間通過相互作用而達到完全相同的狀態，其性質由一個原子的波函式即可描述； 當溫度為絕對零度時，熱運動現象就消失了，原子處於理想的玻色愛因斯坦冷凝態。
玻愛凝聚態有很多奇特的性質，請看以下幾個方面：
這些原子組成的集體步調非常一致，因此內部沒有任何阻力。雷射就是光子的玻愛凝聚，在一束細小的雷射里擁擠著非常多的顏色和方向一致的光子流。超導和超流也都是玻愛凝聚的結果。
玻愛凝聚態的凝聚效應可以形成一束沿一定方向傳播的巨觀電子對波，這種波帶電，傳播中形成一束巨觀電流而無需電壓。
原子凝聚體中的原子幾乎不動，可以用來設計精確度更高的原子鐘，以套用於太空航行和精確定位等。
玻愛凝聚態的原子物質表現出了光子一樣的特性正是利用這種特性，2001年哈佛大學的兩個研究小組用玻色-愛因斯坦凝聚體使光的速度降為零，將光儲存了起來。
原理
量子力學認為，粒子按其在高密度或低溫度時集體行為可以分成兩大類：一類是費米子，得名於義大利物理學家費米；另一類是玻色子，得名於印度物理學家玻色。這兩類粒子特性的區別，在極低溫時表現得最為明顯：玻色子全部聚集在同一量子態上，費米子則與之相反，更像是“個人主義者”，各自占據著不同的量子態。“玻色一愛因斯坦凝聚態”物質由玻色子構成，其行為像一個大超級原子，而“費米子凝聚態”物質採用的是費米子。當物質冷卻時，費米子逐漸占據最低能態，但它們處在不同的能態上，就像人群湧向一段狹窄的樓梯，這種狀態稱作“費米子凝聚態”。
