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物质的七态
在自然界中,物质以各种形态出现.千差万别,极不统一.但是,就他们的基本结构特点来说,却可以区分为不多的几类,每一类叫物质的一种状态.例如,大家熟知的有固态、液态、气态三种态.现代科学家还发现物质有其他的状态,如等离子态、中子态（超固态）、场、反物质等等
各种态的特点：
我们常碰到的物质是由许多分子组成的.每个分子是由若干个原子组成的.每个原子又是由一个带正电的原子核和它周围的若干个带负电的电子组成的.原子核又是由若干个质子和中子组成的.质子带正电,和电子带的负电的电量一样多.中子不带电.质子华人中子的质量相差不多,都约是电子质量的1840倍.电子、质子和中子,都是目前人们认识的构成物质的基本单元,因此又叫做“基本粒子”.已发现的基本粒子不止这三种,还有u子、介子、超子等等.目前已发现的基本粒子已有三百余种,有的质量很小,有的质量相对地很大,有的带正电,有的带负电,有的不带电.从分子到基本粒子,由于他们非常微小,都不能用肉眼直接看到,所以统称微观粒子.我们常看到的以某种状态出现的物质,都是这些粒子以很大数目聚集而成的宏观物体.不同的状态,实际上不过是这些微观粒子的不同的聚集形式而已.像固态、液态、气态就是以分子或原子为基本单元的三种不同的聚集状态.
固态
各种金属看来好象没有一定的天然形状.但他们也是晶体.因为实际上,一大块金属是又许多小晶粒组成的.
有些固体是非晶体,起内部的分子或原子的排列没有按一定的严格的规律.把石英晶体熔化后在冷却成的固体,叫石英玻璃,就是一种非晶体.一般的玻璃也是非晶体.在这些非晶体内部,原子的排列也并非完全没有规则.只是在大范围内没有规律性.但对每一个原子来说,其近邻的原子排列还是有规则的.如装在石英玻璃中,一个硅原子的近邻总是四个氧原子,而一个氧原子的近邻总是两个硅原子.在大范围内分子或原子的有规则排列,叫做远程有序.单晶就是远程有序的固体.只是在每个原子的近邻才有的有规则排列,叫做近程有序.玻璃就是一种近程有序的固体.
近年来研究得很多,而且应用已经非常广泛的高分子（即同一个分子中有很多的原子）,固体材料（如聚乙烯、尼龙、有机玻璃等）的晶态和非晶态呈现更为复杂的情况.这些材料的每个分子都是由很多的分子连成的长链,由他们组成的固体,其非晶态常常是杂乱地扭绕在仪器的乱线团.经过某些特别的处理,这些长链也能排列整齐,形成缨状微束,而形成晶体.有时,长链也会按一定规则折叠起来形成大块片状的高分子晶体.在自然界中,绝大多数固体都是晶体.整个岩石矿物界（除少数例外）、金属、大多数无机化合物和有机化合物（包括上述高分子化合物）都是晶体.甚至植物的纤维也是晶体.
液态
液态不同于固体的外部特征是具有一定的体积,但因为有流动性而不再是固定的有规则的排列.和晶体相比,液体分子失去了远程有序.但试验证明,在液体内近程有序性是保持着的.从这一点来说,液体和非晶态固体具有同样的结构,只是液体的每一团小的有序区域可以相对移动.从这个意义上说,非晶体固态不是严格意义上的固体,它不过是一种过于浓稠的或过冷的液体罢了.
液体中分子的有序的程度随流体分子的种类而有不同.近年来研究得很多,而且得到广泛应用的液体晶态,叫液晶就是一种有序程度相当高的液体.除了流动性外,它在很多方面类似晶体.
目前知道的液晶有近晶型液晶.它的分子呈棒状、棒与棒并起来排成一层一层的,每层中分子的排列虽是杂乱的,但层与层之间保持相对稳定.这种液晶的流动性只是在层与层之间的滑移,这层分子的有序性是相当高的.有序性差一些的是向外型液晶.他的棒状分子虽然取向一致,但是不再分层.有些电子计算器或电子手表的数字显示用的就是这种液晶.还有一种液晶,它的分子也排列成层,每层中分子的长轴,逐层沿一个方向转一个小角度.就像一摞铜板由下到上逐个转过一个角度那样.这种液晶叫胆瑙型液晶.
气态
气态不同于液态的是,在这种分子的聚集态理,连近程有序也不存在了.气体分子间的距离比固体或液态分子间的距离太得多.气体分子间的相对位置完全不固定,而成为一种完全混乱的状态.
等离子态
对液态加热使之温度升高,可以使他转化为气体.如果对气体再加热,温度再升高,回游什么结果呢?在通常的气体中,物质的最小单元是分子.气体温度升高是,分子的运动速度就增大.这使得两分子相碰时,会相互撞“碎”,而分解成单个的原子.这种与原子喂基本单元而组成的气体叫原子气体.
使原子气体的温度再升高,原子运动的速度也增大,最后,可以增大到两原子相撞时,会把原子撞“碎”的程度.这时原子中的一个或几个电子被撞出来,在空间自由移动.这种电子叫自由电子.剩下来的少了电子的原子就带了正电,叫 正离子.（温度实在太高时,原子中的电子都可能被剖掉,而只剩下原子核.）一个中性的原子分解成几个电子和正离子的过程叫做电离.在几千度的高温下,气体中的几乎所有原子都电离成了正离子和电子.这种高速运动着的正离子和电子组成的物体叫做等离子体.他的气体的结构有很大不同.物质的这种状态叫等离子态,通常又叫物质的第四态.
除了高温下分子的相撞能导致分子的电离外,在气体中放电（如空中的电闪）也能导致电离.气体受到辐射线（如紫外线、X射线、y射线）的照射,他的原子也能电离.
由于等离子体中的离子带有电荷,而且能自由移动,所以他具有很大的导电性.再加上他有很高的温度和流动性,所以就回游多方面的应用.利用等离子束来切割金属就是一个常见的离子.还可以用极细的等离子束来做手术刀,进行外科手术.近年来等离子体已被用来做磁流体发电的工作物质.在受控热核反应中,也利用等离子体,来得到极高的温度.更有人设想,用等离子体来作喷射发动机,为宇宙飞船提供电力,这种发动机比现在的火箭发动机的推力大得多.
在地面上要得到等离子体是要用很复杂的装置的.自然存在的等离子体是没有的.但是在地球以外,太阳和恒星都是热的几乎全部电离了的（如太阳表面温度六千度,中心温度达两千万度）物质,他们都是等离子体.星际气体由于受到恒星的辐射线的照射也是电离的,所以也是等离子体.因此,可以说,宇宙中绝大部分的物质都是质子和电子,因而也是等离子态.这一厚层大气叫电离层.他对地球表面的无线电通讯有着十分重要的作用.
在地球上,我们可能接触和研究利用的离子聚集态都可以分别列入上述四态中.
在地球以外,宇宙是无限大的,物质的状态还有其他种类.
中子态
宇宙是无线的,在地球之外,除了上述物质的几种状态外,人们还发现有另一种粒子的聚集态,叫中子态,也叫超固态.有一种星就是中子态物质构成的,叫中子星.
宇宙中有很多很多的恒星.每个恒星就是一个太阳,它们的温度都很高,能自行发光.发光的能量是从哪里来的呢?现在已有足够的证据证明,其能量是由恒星中的粒子,在极高的温度下进行的原子核的热核反应.在反应过程中,高温等离子体的气体压力和所发出的光的辐射压力向外,促使恒星膨胀消散,但恒星内部物质对外层物质的万有引力产生巨大的内压力,欲使恒星体积缩小.正是由于这两种相反的压力达到了平衡,才使恒星保持一定的稳定体积.我们的太阳目前就是这种情况.
但是,恒星内的原子核并不能无限期地进行下去,“核燃料”也有“烧”完的时候.随着核燃料要被烧完,恒星辐射出的能量的越来越少,向外的辐射也越来越小,因而,引力所产生的向内的辐射越来越大.由于这个压力的压缩作用,恒星内的粒子越挤越紧,到核反应不能在维持是,这压力会大到一定的程度,致使原来为等离子体中束缚的电子完全挤进原子核中,和其中的质子结合成中子.这样等离子体不再存在叻,都成了中子.这时的恒星已到了它的老年期,这就是所谓的中子星.这种在异常巨大的压力下（比太阳中心的压力……十亿大气压还要大得多得多!）完全由中子聚集成的物质就叫中子态.理论的推算指出,一个中子星的质量和我们的太阳差不多,但直径只有几十公里,其密度可达到10^15克/厘米^3＝10^9吨/厘米^3.一颗黄豆大小的中子态物质的质量可以达到几千万吨之多!
中子星除了密度极大之外,还有一个特点是它能按严格的周期向外发射电磁波,特别是X射线.由于这种周期性的辐射,中子星又叫做脉冲星,1967年发现的第一颗脉冲星的发射周期是1.3373秒,其周期的稳定性简直可用来作为计时的标准.到1975年为止,已肯定的中子星有147颗之多.
中子态物质算最密的物质了吗?还不能这么说,天文学研究指出,恒星到中子态阶段还有可能再收缩一阵子,最后成为异常致密、引力大到以致任何物质一掉进去就不能再出来的程度,连它自己发的光也不能向外传播了.它成为完全黑暗的东西了.这种“死了”的恒星被称作“黑洞”.
场
半个多世纪以来,科学上已确定,除了上述的粒子聚集态以外,场也是物质存在的一种形态.
什么是场?你或许知道电场和磁场.电荷的周围有电场,而运动的电荷周围又有磁场.认识到场是一种物质,是和人们认识到有运动的电场和磁场有密切关系的.无线电广播、电视广播都是通过发射台把电场和磁场由天线向四周传播除去.这就是电磁波,电磁波就是场的一种形式.光也是一种电磁波.光和电磁波等统称为电磁场.场即有质量,也有能量,也有动量.在这一点上它和我们通常熟悉的,由粒子组成的物质一样.我们的收音机、电视机所以能收到广播或电视,实际上就是收到了从广播电台或电视台发送的这种电磁场的能量的反映.
场不像粒子那样具有集中于很小区域的质量或能量,也不具有粒子那种单个的可数性.长总是弥漫于较大的空间.例如,一个电荷周围都弥漫着电场.无线电台工作时,它周围各处都弥漫着电磁场.另一方面,场的运动不像粒子那样具有一定的轨道.场的运动总是采取波动的形式.运动的电磁场又叫做电磁波就是这个道理.
除电磁场外,在原子核内,质子和中子之间,也有一种场,它不同于电磁场,叫核场或介子场.它也是场这种形态的物质.万有引力场也是一种场,现在人们也认为它是一种物质.如果你能想象到在宇宙空间,到处传播着恒星的光,各恒星之间又都有万有引力的作用,恒星的原子核内也有场的作用,那么你就可以认识到在整个宇宙中,场这种物质状态,也是极其普通遍地存在着的.
场和粒子虽然有区别,但是随着科学的发展,这种区别慢慢地消失了.本世纪初发现场具有粒子的性质.例如,对于光,它产生的光电效应,只有用光波具有粒子性才能说明.因此,我们可以说,光是由一个个粒子组成的.这种粒子叫光子.各种电磁波都由相应的光子组成.电荷之间的电或磁的作用就是以光子为中间媒介而实现的.同样,已经证明,和核场相应的也有一种粒子,叫介子.质子和中子之间的相互作用就是以介子做媒介而实现的.
不但场具有粒子性,本世纪20年代,又证明了粒子具有波动性.电子、质子、中子的运动,特别是在原子内的运动,也明显地表现出波的特性.因此,从更一般的意义上说,粒子也是一种场.
场具有粒子性,粒子具有场的性质.把物质的这两种形态概括起来,自然界物质即具有粒子性,也具有场的性质（或说波动性）,这就是物质具有波粒二现象的说明.
场和物质粒子的相互联系还表现在它们能互相转化上.一束y射线（或说一个y光子）,在一定条件下可以变成两个粒子,一个是带负电的电子,另一个是和电子质量一样的带正电的正电子.这一过程叫电子对产生.相反,一个电子和一个正电子相遇,它们都要消失而变成y光子.这种正、负电子相遇而消失的过程叫电子对的湮灭.
波粒二象性以及场和粒子可以相互转化,体现了客观物质世界的统一性.这是近代自然科学的重大成就之一.
反物质（第七态）
自然界中,除了带负电的电子外,还有一种正电子,它在其他方面都和电子一样,而且电量与电子的电量相等.对于电子来说,这种正电子叫它的反粒子.它的存在是在本世纪20年代,首先从理论上指出的.而在1932年人们在实验室中正式发现了它.最常见的是电子对中出现的正电子.在很多原子核反应中,它也常作为一种生成物的出现.
在随后的研究中,人们又从理论上指出,反质子和反中子的存在.反质子和质子的差别只在于电荷符号的不同,它带负电.反中子和中子一样都不带电,其区别在于磁性.中子具有磁性,而且不停的旋转.中子的旋转轴方向和小磁铁的N极指向相反,而反中子则相同.1955年在实验室中相继发现了反质子和反中子.它们都是用高速质子撞击另一个质子时产生的.
现在,关于基本粒子的研究证明,已发现的300多种基本粒子,都是正反成对存在的.由于过去我们认为物质都是电子、质子、中子等构成的,所以这些反粒子统称为反物质.应当指出的是,有些粒子的存在形式只有一种,并无正反之分,或者说,这种粒子本身就是自身的反粒子.光子是这种粒子,中性π介子也是这样的粒子.
通常的氢原子由一个电子围绕一个质子构成.同样可以想象更为复杂的反原子,它的核由反质子和反中子组成,而外围绕着若干正电子.在反原子中,各个反粒子的运动和物质原子中的普遍粒子完全一样,它们具有相同的能量,因而它们发的光和相应的物质原子发的光也完全一样.
在地球上,自然的反粒子和反物质是不存在的.在核反应中,产生的反粒子,由于被相应的大量的正常粒子包围,所以产生出来没多久就会和相应的正常粒子结合而湮灭,同时放出γ光子.但这并不是说,在地球以外的宇宙中,反物质也不能以自然形态存在.当然,物质和反物质同处于一个星体中是不可能的,因二者碰在一起就要湮灭.人们设想反物质星体存在还有一条“理由”,就是自然界的对称性.
有说法称，将反物质列为物质存在的一种状态是不恰当的。物质第7态应为辐射态。而就目前天文学观测的结果显示暗物质和暗能量很可能是物质存在的另外两种未知状态
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