Pevný, kapalný, plyn ... to jsou stavy látek, se kterými jsme důkladně obeznámeni, ale co je příčinou stavu? A existují i jiné stavy hmoty?
Protože lidé mezi nimi poprvé rozlišovali, stavy hmoty byly definovány podle toho, jak se hmota chovala hromadně; tak pevná látka měla pevný tvar (a objem), kapalina pevný objem (ale změněný tvar, aby odpovídal nádobě, ve které byla), a plyn expandovaný, aby naplnil svou nádobu. Jakmile jsme si uvědomili, že hmota je tvořena atomy (a molekulami), byly stavy hmoty rozlišovány podle toho, jak se molekuly (nebo atomy, v prvku) chovaly: v pevných látkách jsou oba blízko a ve fixním uspořádání (např. V krystaly), v kapalinách blízko, ale uspořádání není fixováno, a v plynech, které nejsou blízko (takže žádné zvláštní uspořádání).
Ale co plazma? Sorta jako plyn - tak, jak vyplňuje jakýkoli kontejner, ve kterém je, je to plyn - ale ne (ionty a elektrony interagují zcela odlišným způsobem, v plazmě, než molekuly (nebo atomy) dělají v pevné látce, kapalině nebo plynu ). Plazma je tedy čtvrtým stavem hmoty.
Věci se trochu komplikovaly, protože vědci zkoumali hmotu pečlivěji.
Například pokud ohříváte vodu v silné, ale průhledné nádobě, nad určitou teplotou (a tlakem) - nazývanou kritická teplota (kritický tlak) - stavy kapalin a plynů se stanou jedním ... voda je nyní superkritickou tekutinou ( Možná jste to viděli demonstroval, možná ve třídě chemie, i když pravděpodobně ne s vodou!).
Pak je rozdíl mezi krystaly (krystalický stav) a sklenicemi (skelný stav); oba se zdají velmi pevné, ale uspořádání molekul ve sklenici je spíš jako uspořádání molekul v kapalině než u krystalů ... a brýle mohou protékat, stejně jako kapaliny, pokud zůstanou dostatečně dlouho.
Existuje „pátý stav hmoty“? Ano! Kondenzát Bose-Einstein (BEC)… který je jako plyn, s tou výjimkou, že atomy složek jsou všechny (nebo většinou) v nejnižší možné kvantové fázi… takže BEC má sypné vlastnosti zcela odlišné od vlastností jakéhokoli jiného stavu hmoty (kvantové) chování se stává makroskopickým).
V astrofyzice existuje poměrně málo exotických stavů hmoty; například v případě bílých trpaslíků je hmota zabráněna dalšímu (gravitačnímu) kolapsu elektronovým degeneračním tlakem; totéž se děje v neutronových hvězdách, až na to, že její neutronový degenerační tlak (může zde být ještě extrémnější stav hmoty, zadržovaný kvarkovým degeneračním tlakem!). Existuje také protějšek k běžným plazmatům: kvark-gluonová plazma (v běžné plazmě vyrobené z vodíku jsou atomy rozděleny na elektrony a protony; v kvark-gluonových plazmatických protonech a neutronech se „roztaví“ na jejich základní kvark a gluony).
Existují související příběhy časopisu Space Magazine? Tak určitě! Například: Zapomeňte na neutronové hvězdy, kvarkové hvězdy mohou být nejhustšími těly ve vesmíru, Schwarzschildovým poloměrem a další generací magnetoplasmové rakety by mohly být testovány na vesmírné stanici.
Stavy hmoty, včetně některých exotických, jsou něco, co najdete v Astronomii Cast; například tato ukázka otázek.
Zdroje:
Wikipedia
Purdue University
New York University
Wikipedia: Bose-Einstein Condensate
