你造嗎？物質的7態
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物質的七態
在自然界中,物質以各種形態出現.千差萬別,極不統一.但是,就他們的基本結構特點來說,卻可以區分為不多的幾類,每一類叫物質的一種狀態.例如,大家熟知的有固態、液態、氣態三種態.現代科學家還發現物質有其他的狀態,如等離子態、中子態（超固態）、場、反物質等等
各種態的特點：
我們常碰到的物質是由許多分子組成的.每個分子是由若干個原子組成的.每個原子又是由一個帶正電的原子核和它周圍的若干個帶負電的電子組成的.原子核又是由若干個質子和中子組成的.質子帶正電,和電子帶的負電的電量一樣多.中子不帶電.質子華人中子的質量相差不多,都約是電子質量的1840倍.電子、質子和中子,都是目前人們認識的構成物質的基本單元,因此又叫做「基本粒子」.已發現的基本粒子不止這三種,還有u子、介子、超子等等.目前已發現的基本粒子已有三百餘種,有的質量很小,有的質量相對地很大,有的帶正電,有的帶負電,有的不帶電.從分子到基本粒子,由於他們非常微小,都不能用肉眼直接看到,所以統稱微觀粒子.我們常看到的以某種狀態出現的物質,都是這些粒子以很大數目聚集而成的宏觀物體.不同的狀態,實際上不過是這些微觀粒子的不同的聚集形式而已.像固態、液態、氣態就是以分子或原子為基本單元的三種不同的聚集狀態.
固態
各種金屬看來好象沒有一定的天然形狀.但他們也是晶體.因為實際上,一大塊金屬是又許多小晶粒組成的.
有些固體是非晶體,起內部的分子或原子的排列沒有按一定的嚴格的規律.把石英晶體熔化後在冷卻成的固體,叫石英玻璃,就是一種非晶體.一般的玻璃也是非晶體.在這些非晶體內部,原子的排列也並非完全沒有規則.只是在大範圍內沒有規律性.但對每一個原子來說,其近鄰的原子排列還是有規則的.如裝在石英玻璃中,一個硅原子的近鄰總是四個氧原子,而一個氧原子的近鄰總是兩個硅原子.在大範圍內分子或原子的有規則排列,叫做遠程有序.單晶就是遠程有序的固體.只是在每個原子的近鄰才有的有規則排列,叫做近程有序.玻璃就是一種近程有序的固體.
近年來研究得很多,而且應用已經非常廣泛的高分子（即同一個分子中有很多的原子）,固體材料（如聚乙烯、尼龍、有機玻璃等）的晶態和非晶態呈現更為複雜的情況.這些材料的每個分子都是由很多的分子連成的長鏈,由他們組成的固體,其非晶態常常是雜亂地扭繞在儀器的亂線團.經過某些特別的處理,這些長鏈也能排列整齊,形成纓狀微束,而形成晶體.有時,長鏈也會按一定規則摺疊起來形成大塊片狀的高分子晶體.在自然界中,絕大多數固體都是晶體.整個岩石礦物界（除少數例外）、金屬、大多數無機化合物和有機化合物（包括上述高分子化合物）都是晶體.甚至植物的纖維也是晶體.
液態
液態不同於固體的外部特徵是具有一定的體積,但因為有流動性而不再是固定的有規則的排列.和晶體相比,液體分子失去了遠程有序.但試驗證明,在液體內近程有序性是保持著的.從這一點來說,液體和非晶態固體具有同樣的結構,只是液體的每一團小的有序區域可以相對移動.從這個意義上說,非晶體固態不是嚴格意義上的固體,它不過是一種過於濃稠的或過冷的液體罷了.
液體中分子的有序的程度隨流體分子的種類而有不同.近年來研究得很多,而且得到廣泛應用的液體晶態,叫液晶就是一種有序程度相當高的液體.除了流動性外,它在很多方面類似晶體.
目前知道的液晶有近晶型液晶.它的分子呈棒狀、棒與棒並起來排成一層一層的,每層中分子的排列雖是雜亂的,但層與層之間保持相對穩定.這種液晶的流動性只是在層與層之間的滑移,這層分子的有序性是相當高的.有序性差一些的是向外型液晶.他的棒狀分子雖然取向一致,但是不再分層.有些電子計算器或電子手錶的數字顯示用的就是這種液晶.還有一種液晶,它的分子也排列成層,每層中分子的長軸,逐層沿一個方向轉一個小角度.就像一摞銅板由下到上逐個轉過一個角度那樣.這種液晶叫膽瑙型液晶.
氣態
氣態不同於液態的是,在這種分子的聚集態理,連近程有序也不存在了.氣體分子間的距離比固體或液態分子間的距離太得多.氣體分子間的相對位置完全不固定,而成為一種完全混亂的狀態.
等離子態
對液態加熱使之溫度升高,可以使他轉化為氣體.如果對氣體再加熱,溫度再升高,回遊什麼結果呢?在通常的氣體中,物質的最小單元是分子.氣體溫度升高是,分子的運動速度就增大.這使得兩分子相碰時,會相互撞「碎」,而分解成單個的原子.這種與原子喂基本單元而組成的氣體叫原子氣體.
使原子氣體的溫度再升高,原子運動的速度也增大,最後,可以增大到兩原子相撞時,會把原子撞「碎」的程度.這時原子中的一個或幾個電子被撞出來,在空間自由移動.這種電子叫自由電子.剩下來的少了電子的原子就帶了正電,叫 正離子.（溫度實在太高時,原子中的電子都可能被剖掉,而只剩下原子核.）一個中性的原子分解成幾個電子和正離子的過程叫做電離.在幾千度的高溫下,氣體中的幾乎所有原子都電離成了正離子和電子.這種高速運動著的正離子和電子組成的物體叫做等離子體.他的氣體的結構有很大不同.物質的這種狀態叫等離子態,通常又叫物質的第四態.
除了高溫下分子的相撞能導致分子的電離外,在氣體中放電（如空中的電閃）也能導致電離.氣體受到輻射線（如紫外線、X射線、y射線）的照射,他的原子也能電離.
由於等離子體中的離子帶有電荷,而且能自由移動,所以他具有很大的導電性.再加上他有很高的溫度和流動性,所以就回遊多方面的應用.利用等離子束來切割金屬就是一個常見的離子.還可以用極細的等離子束來做手術刀,進行外科手術.近年來等離子體已被用來做磁流體發電的工作物質.在受控熱核反應中,也利用等離子體,來得到極高的溫度.更有人設想,用等離子體來作噴射發動機,為宇宙飛船提供電力,這種發動機比現在的火箭發動機的推力大得多.
在地面上要得到等離子體是要用很複雜的裝置的.自然存在的等離子體是沒有的.但是在地球以外,太陽和恆星都是熱的幾乎全部電離了的（如太陽表面溫度六千度,中心溫度達兩千萬度）物質,他們都是等離子體.星際氣體由於受到恆星的輻射線的照射也是電離的,所以也是等離子體.因此,可以說,宇宙中絕大部分的物質都是質子和電子,因而也是等離子態.這一厚層大氣叫電離層.他對地球表面的無線電通訊有著十分重要的作用.
在地球上,我們可能接觸和研究利用的離子聚集態都可以分別列入上述四態中.
在地球以外,宇宙是無限大的,物質的狀態還有其他種類.
中子態
宇宙是無線的,在地球之外,除了上述物質的幾種狀態外,人們還發現有另一種粒子的聚集態,叫中子態,也叫超固態.有一種星就是中子態物質構成的,叫中子星.
宇宙中有很多很多的恆星.每個恆星就是一個太陽,它們的溫度都很高,能自行發光.發光的能量是從哪裡來的呢?現在已有足夠的證據證明,其能量是由恆星中的粒子,在極高的溫度下進行的原子核的熱核反應.在反應過程中,高溫等離子體的氣體壓力和所發出的光的輻射壓力向外,促使恆星膨脹消散,但恆星內部物質對外層物質的萬有引力產生巨大的內壓力,欲使恆星體積縮小.正是由於這兩種相反的壓力達到了平衡,才使恆星保持一定的穩定體積.我們的太陽目前就是這種情況.
但是,恆星內的原子核並不能無限期地進行下去,「核燃料」也有「燒」完的時候.隨著核燃料要被燒完,恆星輻射出的能量的越來越少,向外的輻射也越來越小,因而,引力所產生的向內的輻射越來越大.由於這個壓力的壓縮作用,恆星內的粒子越擠越緊,到核反應不能在維持是,這壓力會大到一定的程度,致使原來為等離子體中束縛的電子完全擠進原子核中,和其中的質子結合成中子.這樣等離子體不再存在叻,都成了中子.這時的恆星已到了它的老年期,這就是所謂的中子星.這種在異常巨大的壓力下（比太陽中心的壓力……十億大氣壓還要大得多得多!）完全由中子聚集成的物質就叫中子態.理論的推算指出,一個中子星的質量和我們的太陽差不多,但直徑只有幾十公里,其密度可達到10^15克/厘米^3＝10^9噸/厘米^3.一顆黃豆大小的中子態物質的質量可以達到幾千萬噸之多!
中子星除了密度極大之外,還有一個特點是它能按嚴格的周期向外發射電磁波,特別是X射線.由於這種周期性的輻射,中子星又叫做脈衝星,1967年發現的第一顆脈衝星的發射周期是1.3373秒,其周期的穩定性簡直可用來作為計時的標準.到1975年為止,已肯定的中子星有147顆之多.
中子態物質算最密的物質了嗎?還不能這麼說,天文學研究指出,恆星到中子態階段還有可能再收縮一陣子,最後成為異常緻密、引力大到以致任何物質一掉進去就不能再出來的程度,連它自己發的光也不能向外傳播了.它成為完全黑暗的東西了.這種「死了」的恆星被稱作「黑洞」.
場
半個多世紀以來,科學上已確定,除了上述的粒子聚集態以外,場也是物質存在的一種形態.
什麼是場?你或許知道電場和磁場.電荷的周圍有電場,而運動的電荷周圍又有磁場.認識到場是一種物質,是和人們認識到有運動的電場和磁場有密切關係的.無線電廣播、電視廣播都是通過發射台把電場和磁場由天線向四周傳播除去.這就是電磁波,電磁波就是場的一種形式.光也是一種電磁波.光和電磁波等統稱為電磁場.場即有質量,也有能量,也有動量.在這一點上它和我們通常熟悉的,由粒子組成的物質一樣.我們的收音機、電視機所以能收到廣播或電視,實際上就是收到了從廣播電台或電視台發送的這種電磁場的能量的反映.
場不像粒子那樣具有集中於很小區域的質量或能量,也不具有粒子那種單個的可數性.長總是瀰漫於較大的空間.例如,一個電荷周圍都瀰漫著電場.無線電台工作時,它周圍各處都瀰漫著電磁場.另一方面,場的運動不像粒子那樣具有一定的軌道.場的運動總是採取波動的形式.運動的電磁場又叫做電磁波就是這個道理.
除電磁場外,在原子核內,質子和中子之間,也有一種場,它不同於電磁場,叫核場或介子場.它也是場這種形態的物質.萬有引力場也是一種場,現在人們也認為它是一種物質.如果你能想像到在宇宙空間,到處傳播著恆星的光,各恆星之間又都有萬有引力的作用,恆星的原子核內也有場的作用,那麼你就可以認識到在整個宇宙中,場這種物質狀態,也是極其普通遍地存在著的.
場和粒子雖然有區別,但是隨著科學的發展,這種區別慢慢地消失了.本世紀初發現場具有粒子的性質.例如,對於光,它產生的光電效應,只有用光波具有粒子性才能說明.因此,我們可以說,光是由一個個粒子組成的.這種粒子叫光子.各種電磁波都由相應的光子組成.電荷之間的電或磁的作用就是以光子為中間媒介而實現的.同樣,已經證明,和核場相應的也有一種粒子,叫介子.質子和中子之間的相互作用就是以介子做媒介而實現的.
不但場具有粒子性,本世紀20年代,又證明了粒子具有波動性.電子、質子、中子的運動,特別是在原子內的運動,也明顯地表現出波的特性.因此,從更一般的意義上說,粒子也是一種場.
場具有粒子性,粒子具有場的性質.把物質的這兩種形態概括起來,自然界物質即具有粒子性,也具有場的性質（或說波動性）,這就是物質具有波粒二現象的說明.
場和物質粒子的相互聯繫還表現在它們能互相轉化上.一束y射線（或說一個y光子）,在一定條件下可以變成兩個粒子,一個是帶負電的電子,另一個是和電子質量一樣的帶正電的正電子.這一過程叫電子對產生.相反,一個電子和一個正電子相遇,它們都要消失而變成y光子.這種正、負電子相遇而消失的過程叫電子對的湮滅.
波粒二象性以及場和粒子可以相互轉化,體現了客觀物質世界的統一性.這是近代自然科學的重大成就之一.
反物質（第七態）
自然界中,除了帶負電的電子外,還有一種正電子,它在其他方面都和電子一樣,而且電量與電子的電量相等.對於電子來說,這種正電子叫它的反粒子.它的存在是在本世紀20年代,首先從理論上指出的.而在1932年人們在實驗室中正式發現了它.最常見的是電子對中出現的正電子.在很多原子核反應中,它也常作為一種生成物的出現.
在隨後的研究中,人們又從理論上指出,反質子和反中子的存在.反質子和質子的差別只在於電荷符號的不同,它帶負電.反中子和中子一樣都不帶電,其區別在於磁性.中子具有磁性,而且不停的旋轉.中子的旋轉軸方向和小磁鐵的N極指向相反,而反中子則相同.1955年在實驗室中相繼發現了反質子和反中子.它們都是用高速質子撞擊另一個質子時產生的.
現在,關於基本粒子的研究證明,已發現的300多種基本粒子,都是正反成對存在的.由於過去我們認為物質都是電子、質子、中子等構成的,所以這些反粒子統稱為反物質.應當指出的是,有些粒子的存在形式只有一種,並無正反之分,或者說,這種粒子本身就是自身的反粒子.光子是這種粒子,中性π介子也是這樣的粒子.
通常的氫原子由一個電子圍繞一個質子構成.同樣可以想像更為複雜的反原子,它的核由反質子和反中子組成,而外圍繞著若干正電子.在反原子中,各個反粒子的運動和物質原子中的普遍粒子完全一樣,它們具有相同的能量,因而它們發的光和相應的物質原子發的光也完全一樣.
在地球上,自然的反粒子和反物質是不存在的.在核反應中,產生的反粒子,由於被相應的大量的正常粒子包圍,所以產生出來沒多久就會和相應的正常粒子結合而湮滅,同時放出γ光子.但這並不是說,在地球以外的宇宙中,反物質也不能以自然形態存在.當然,物質和反物質同處於一個星體中是不可能的,因二者碰在一起就要湮滅.人們設想反物質星體存在還有一條「理由」,就是自然界的對稱性.
有說法稱，將反物質列為物質存在的一種狀態是不恰當的。物質第7態應為輻射態。而就目前天文學觀測的結果顯示暗物質和暗能量很可能是物質存在的另外兩種未知狀態
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