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1、物質的第五態、第六態是什么樣的？ 2、溫度與物性有什么樣的關系?什么是物質的第五態? 3、自然界的物質通常有固態、液態、氣態，還有第四態嗎 4、玻色-愛因斯坦凝聚態的第五態 5、物質的第4，5態是什么？ 物質的第五態、第六態是什么樣的？

通常所見的物質有三態：氣態、液態、固態，再加上以火為代表的第四種狀態——等離子態。除此之外，物質還被認為有兩種狀態：超固態和中子態。處于等離子態的物質，電子與原子核彼此分離。在白矮星里面，壓力和溫度高，這種狀態下，不但原子之間的空隙消失，原子外圍的電子層也被壓碎了，所有的原子核和電子都緊緊地擠在一起，不再有什么空隙。這樣的物質被稱做超固態。在我們居住的地球的中心，就存在著這種超固態物質。假如在超固態物質上繼續加壓，原子核和電子突破擠壓的極限，原子核只能解體，從里面放出質子和中子。從原子核里放出的質子，在極大的壓力下會和核外電子結合成為中子。這樣一來，物質的構造發生了根本的變化，原來是原子核和電子，現在卻都變成了中子。這樣的狀態，叫做中子態。中子態物質的密度比超固態物質要大十幾萬倍，火柴盒大小的中子態物質重達30億噸。在宇宙中，估計只有少數恒星，才具有這種形態的物質。

溫度與物性有什么樣的關系?什么是物質的第五態?

物質第五態：玻色-愛因斯坦凝聚態。

玻色—愛因斯坦凝聚可看作是低密度原子氣體冷卻到接近絕對零度并且坍縮成非常致密的量子態時形成的物質狀態。該狀態的特性使其成為感應極小的慣性力的理想選擇，而且它們可用于測量重力加速度——保持原子做自由落體運動可以增加這些測量的靈敏度。研究玻色—愛因斯坦凝聚等量子系統，非常有助于增加我們對引力波、廣義相對論和量子力學的理解。

早在1925年愛因斯坦就預言，在極低的溫度下，服從玻色—愛因斯坦統計的原子可能會發生轉變——隨溫度不斷逼近絕對零度，越來越多的原子會聚集于最低的能量狀態上，直到幾乎所有的原子都處于這一個能量狀態上，整體呈現一個量子狀態，所有的原子似乎都變成了同一個原子，不再分你我他。這種狀態后來被命名為玻色—愛因斯坦凝聚，也被稱為是與氣態、液態、固態、等離子態并列的“物質的第五態”。　

自然界的物質通常有固態、液態、氣態，還有第四態嗎

迄今為止，人類發現物質有六態

第四態為等離子態

將氣體加熱，當其原子達到幾千甚至上萬攝氏度時，電子就會被原子被"甩"掉，原子變成只帶正電荷的離子。此時，電子和離子帶的電荷相反，但數量相等，這種狀態稱做等離子態。人們常年看到的閃電、流星以及熒光燈點燃時，都是處于等離子態。人類可以利用它放出大量能量產生的高溫，切割金屬、制造半導體元件、進行特殊的化學反應等. 在茫茫無際的宇宙空間里，等離子態是一種普遍存在的狀態。宇宙中大部分發光的星球內部溫度和壓力都很高，這些星球內部的物質差不多都處于等離子態。只有那些昏暗的行星和分散的星際物質里才可以找到固態、液態和氣態的物質

（等離子態，電漿，英文：Plasma）是一種電離的氣體，由于存在電離出來的自由電子和帶電離子，等離子體具有很高的電導率，與電磁場存在極強的耦合作用。等離子態在宇宙中廣泛存在，常被看作物質的第四態（有人也稱之為“超氣態”）。等離子體由克魯克斯在1879年發現，“Plasma”這個詞，由朗廖爾在1928年最早采用。

等離子體和普通氣體的最大區別是它是一種電離氣體。由于存在帶負電的自由電子和帶正電的離子，有很高的電導率，和電磁場的耦合作用也極強：帶電粒子可以同電場耦合，帶電粒子流可以和磁場耦合。描述等離子體要用到電動力學，并因此發展起來一門叫做磁流體動力學的理論。

組成粒子和一般氣體不同的是，等離子體包含兩到三種不同組成粒子：自由電子，帶正電的離子和未電離的原子。這使得我們針對不同的組分定義不同的溫度：電子溫度和離子溫度。輕度電離的等離子體，離子溫度一般遠低于電子溫度，稱之為“低溫等離子體”。高度電離的等離子體，離子溫度和電子溫度都很高，稱為“高溫等離子體”。

相比于一般氣體，等離子體組成粒子間的相互作用也大很多

第五態：超固態（典型代表物：白矮星）

美國科學家宣稱他們可能發現了物質存在的新狀態———超固態（或超固體）。如果他們的發現是正確的話，那么他們見到的則是物質的一種十分奇異的狀態。該狀態下的物質為一種晶體固態，但能像滑潤的、無粘性的液體那樣流動。

無粘性液體的行為相當獨特，人們認識它已有多年，并將它們稱為超流體。當容器中的超流體被攪拌后，它將永久地保持旋渦形狀，這是在普通液體中無法看到的現象。此外，超流體甚至可以沿著容器的一邊向上蔓延并高出容器的頂端。過去，研究人員利用氦—4和氦—3首次發現兩種超流體。這兩種物質的超流體行為或現象需要在冷卻到接近絕對零度時才會出現。

據1月15日《自然》雜志網絡版介紹，美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員永順?金和摩西?陳表示，他們已將冷凍的氦—4成功地轉變成超固體。實驗中，他們將氦—4充進多孔帶有狹窄通道的維克玻璃盤中，接著冷卻玻璃盤并附加60多個大氣壓的壓力。然后，將該玻璃盤進行旋轉，在高于絕對零度0.175攝氏溫度時，這時的氦—4應該仍然是固態，他們卻發現玻璃的旋轉突然開始變得輕松。對此現象的解釋是固態的氦—4具有了液態的流動性，這導致旋轉變得容易。也就是說氦—4這時的狀態為超固態。

金和陳表示，如果不借用超固體的觀點，他們很難解釋他們發現的現象。然而，加拿大阿爾伯特大學研究人員約翰?比米西卻認為，金和陳的宣稱肯定會引起一些爭議。比如，有學者可能會認為，實驗中部分液態氦仍然覆蓋在維克玻璃多孔的表壁并變成超流體，導致玻璃多孔盤旋轉加快。但金和陳堅持認為他們的發現不像是比米西所說的這種情況。

第六態：中子態（典型代表：中子星）

假如在超固態物質上再加上巨大的壓力，那么原來已經擠得緊緊的原子核和電子，就不可能再緊了，這時候原子核只好宣告解散，從里面放出質子和中子。從原于核里放出的質子，在極大的壓力下會和電子結合成為中子。這樣一來，物質的構造發生了根本的變化，原來是原子核和電子，現在卻都變成了中子。這樣的狀態，叫做“中子態”。

超固態 如白矮星，超固態是原子與原子核被擠在一起，物質密度比正常物質高上億倍。

而中子態，則比超固態密度還高，當超固態壓力再增加，會將核外電子與核內質子中和生成中子，這樣原來的原子就全變成了中子，中子與中子之間壓在一起，密度比超固態高10萬倍

[img]玻色-愛因斯坦凝聚態的第五態

如果物質不斷冷下去、冷下去……一直冷到不能再冷下去，比如說，接近絕對零度（-273.15℃）吧，在這樣的極低溫下，物質又會出現什么奇異的狀態呢？

這時，奇跡出現了——所有的原子似乎都變成了同一個原子，再也分不出你我他了！這就是物質第五態——玻色-愛因斯坦凝聚態（以下簡稱“玻愛凝聚態”—— 玻色-愛因斯坦凝聚態）

這個新的第五態的發現還得從1924年說起，那一年，年輕的印度物理學家玻色寄給愛因斯坦一篇論文，提出了一種關于原子的新的理論，在傳統理論中，人們假定一個體系中所有的原子（或分子）都是可以辨別的，我們可以給一個原子取名張三，另一個取名李四……，并且不會將張三認成李四，也不會將李四認成張三。然而玻色卻挑戰了上面的假定，認為在原子尺度上我們根本不可能區分兩個同類原子（如兩個氧原子）有什么不同。

玻色的論文引起了愛因斯坦的高度重視，他將玻色的理論用于原子氣體中，進而推測，在正常溫度下，原子可以處于任何一個能級（能級是指原子的能量像臺階一樣從低到高排列），但在非常低的溫度下，大部分原子會突然跌落到最低的能級上，就好像一座突然坍塌的大樓一樣。處于這種狀態的大量原子的行為像一個大超級原子。打個比方，練兵場上散亂的士兵突然接到指揮官的命令“向前齊步走”，于是他們迅速集合起來，像一個士兵一樣整齊地向前走去。后來物理界將物質的這一狀態稱為玻色-愛因斯坦凝聚態（BEC），它表示原來不同狀態的原子突然“凝聚”到同一狀態。這就是嶄新的玻愛凝聚態。

然而，實現玻愛凝聚態的條件極為苛刻和矛盾：一方面需要達到極低的溫度，另一方面還需要原子體系處于氣態。極低溫下的物質如何能保持氣態呢？這實在令無數科學家頭疼不已。

后來物理學家使用稀薄的金屬原子氣體，金屬原子氣體有一個很好的特性：不會因制冷出現液態，更不會高度聚集形成常規的固體。實驗對象找到了，下一步就是創造出可以冷卻到足夠低溫度的條件。由于激光冷卻技術的發展，人們可以制造出與絕對零度僅僅相差十億分之一度的低溫。并且利用電磁操縱的磁阱技術可以對任意金屬物體實行無觸移動。這樣的實驗系統經過不斷改進，終于在玻色—愛因斯坦凝聚理論提出71年之后的1995年6月，兩名美國科學家康奈爾、維曼以及德國科學家克特勒分別在銣原子蒸氣中第一次直接觀測到了玻愛凝聚態。這三位科學家也因此而榮膺2001年度諾貝爾物理學獎。此后，這個領域經歷著爆發性的發展，世界上己有近30個研究組在稀薄原子氣中實現了玻愛凝聚態。

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。激光就是光子的玻愛凝聚，在一束細小的激光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宏觀電子對波，這種波帶電，傳播中形成一束宏觀電流而無需電壓。

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，以應用于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。

玻愛凝聚態的研究也可以延伸到其他領域，例如，利用磁場調控原子之間的相互作用，可以在物質第五態中產生類似于超新星爆發的現象，甚至還可以用玻色-愛 因斯坦凝聚體來模擬黑洞。

物質的第4，5態是什么？

人類生存的世界，是一個物質的世界。然而，這個世界還有許多人們肉眼看不到的物質。過去，人們只知道物質有三態，即氣態、液態和固態。20世紀中期，科學家確認物質第四態，即“等離子體態”。1995年，美國標準技術研究院和美國科羅拉多大學的科學家組成的聯合研究小組，首次創造出物質的第五態，即“玻色一愛因斯坦凝聚態”。去年，這個聯合研究小組又宣布，他們創造出物質的第六種形態，即“費米子凝聚態”。

回顧物質前五態

人們通常所見的物質是由分子、原子構成的。處于氣態的物質，其分子與分子之間距離較大。而對液態物質來說，構成它們的分子彼此靠得很近；分子一個挨著一個，它的密度要比氣態的大得多。至于固態物質，它們的原子一個挨著一個，并相互牽拉，這就是固體比液體硬的原因。而被激發的電離氣體電離到一定程度后，便處于導電狀態，這種狀態的電離氣體表現出集體行為，即電離氣體中每一帶電粒子的運動，都會影響其周圍帶電粒子，同時也受其他帶電粒子的約束。因為電離氣體內正負電荷數相等，所以電離氣體整體表現出電中性，這種氣體狀態被稱為等離子體態。由于它的獨特行為與固態、液態、氣態都截然不同，故稱為物質第四態。

所謂“玻色一愛因斯坦凝聚態”，是科學巨匠愛因斯坦在70 年前預言的一種新物態。為了揭示這個有趣的物理現象，世界科學家為此付出了幾十年的努力。 1995年，美國科學家維曼、康奈爾和德國科學家克特勒首先從實驗上證實了這個新物態的存在。為此，2001年度諾貝爾物理學獎授予了這3位科學家，以表彰他們在實現“玻色一愛因斯坦凝聚態”研究中作出的突出責獻。

“玻色一愛因斯坦凝聚態” 是物質的一種奇特的狀態，處于這種狀態的大量原子的行為像單個粒子一樣。這里的“凝聚”與日常生活中的凝聚不同，它表示原來不同狀態的原子突然“凝聚” 到同一狀態，要達到該狀態，一方面需要物質達到極低的溫度，另一方面還要求原子體系處于氣態。華裔物理學家朱棣文，曾因研究出激光冷卻和磁阱技術這一有效的制冷方法，而與另兩位科學家分享了1997年的諾貝爾物理學獎。“玻色一愛因斯坦凝聚態”所具有的奇特性質，不僅對基礎研究有重要意義，在芯片技術、精密測量和納米技術等領域，也都有很好的應用前景。

何為“費米子凝聚態”

根據“費米子凝聚態”研究小組負責人德博拉·金的介紹， “費米子凝聚態”與“玻色一愛因斯坦凝聚態”都是物質在量子狀態下的形態，但處于“費米子凝聚態”的物質不是超導體。

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，得名于意大利物理學家費米；另一類是玻色子，得名于印度物理學家玻色。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”物質采用的是費米子。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，就像人群涌向一段狹窄的樓梯，這種狀態稱作“費米子凝聚態”。

“費米子凝聚態”是如何創造出來的？

科學家們在1995年已成功地通過將具有玻色子特征的原子氣體冷卻至低溫，獲得所謂的 “玻色一愛因斯坦凝聚態”。由于沒有任何2個費米子能擁有相同的量子態，費米子的凝聚一直被認為不可能實現。去年，物理學家找到了一個克服以上障礙的方法，他們將費米子成對轉變成玻色子。這一研究為創造“費米子凝聚態”鋪平了道路。

德博拉·金領導的聯合研究小組，將具有費米子特征的鉀原子氣體冷卻到絕對零度以上的十億分之一度，此時鉀原子停止運動。絕對零度相當于一273．15℃。試驗中，科學家用激光方法遠遠達不到費米子凝聚所要求的溫度。為此，還要把原子放到“磁杯”中進行蒸發冷卻。他們將氣體約束在真空小室中，并采用磁場和激光使鉀原子配對，成功地創造出“費米子凝聚態”。

費米子與超導體有哪些不同？

首先，費米冷凝體所使用的原子比電子重得多，其次是原子對之間吸引力比超導體中電子對的吸引力強得多，在同等密度下，如果使超導體電子對的吸引力達到費米體中原子對的程度，制造出常溫下的超導體立即可以實現。超冷氣體中形成費米體為研究超導的機理提供了一個嶄新的物質工具。當然，現在的技術并不能使所有費米子都可以發生費米冷凝，而且所獲得的冷凝體還相當脆弱——比玻璃還要脆！但這只是技術問題。

第六態催生下一代超導體

這項成果在超導技術上的應用前景非常廣闊，有助于下一代超導體的誕生，而新一代超導體技術可在電力工程、電能輸送、電動機與發電機的制造、磁流體發電、超導磁懸浮列車、超導計算機、超導電子器件、地球物理勘探、地質學、生物磁學、高能加速器與高能物理研究等眾多領域和學科中大顯身手

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