Fast, flytande, gas ... det är de materiella tillstånd som vi är välkända med, men vad gör det för en materia? Och finns det andra materiella tillstånd?
Eftersom människor först gjorde skillnader mellan dem, definierades materiens tillstånd utifrån hur saken uppförde sig, i stort; så ett fast ämne hade en fast form (och volym), en vätska en fast volym (men ändrade form för att passa i behållaren den var i) och en gas expanderades för att fylla sin behållare. När vi förstod att materien består av atomer (och molekyler), åtskildes materiens tillstånd genom hur molekylerna (eller atomerna i ett element) uppförde sig: i fasta ämnen är de både i närheten och i ett fast arrangemang (t.ex. i kristaller), i vätskor i närheten men arrangemanget är inte fixerat och i gaser som inte ligger i närheten (så inget särskilt arrangemang).
Men hur är det med plasma? Sorta som en gas - så när den fyller alla behållare den är i är den en gas - men inte (jonerna och elektronerna samverkar på helt andra sätt, i en plasma, än molekyler (eller atomer) gör i en fast, flytande eller gas ). Därför är plasma det fjärde tillståndet i materien.
Saker blev lite mer komplicerade när forskare studerade materien mer noggrant.
Till exempel, om du värmer vatten i en stark, men genomskinlig behållare, över en viss temperatur (och tryck) - kallad kritisk temperatur (kritiskt tryck) - blir vätskan och gastillståndet en ... vattnet är nu en superkritisk vätska ( du har kanske sett detta demonstrerat, i en kemi klass, men troligtvis inte med vatten!).
Sedan är det skillnaden mellan kristaller (kristallint tillstånd) och glas (glasartat tillstånd); båda verkar mycket fast, men arrangemanget av molekyler i ett glas är mer som molekylerna i en vätska än de i en kristall ... och glas kan flöda, precis som vätskor, om de lämnas tillräckligt länge.
Finns det ett "femte tillstånd"? ja! Ett Bose-Einstein-kondensat (BEC) ... som är som en gas, förutom att de beståndsdelande atomerna är alla (eller mestadels) i det lägsta möjliga kvanttillståndet ... så en BEC har bulkegenskaper ganska till skillnad från de i något annat tillstånd av materia (kvantitet) beteende blir makroskopiskt).
I astrofysik finns det en hel del exotiska tillstånd av materia; till exempel, i vita dvärgstjärnor förhindras ämne från att ytterligare (gravitations) kollaps av elektronisk degenerationstryck; samma typ av saker händer i neutronstjärnor, med undantag för att dess neutron-degeneratatryck (det kan också finnas ett ännu mer extremt tillstånd av materia, som hålls upp av kvark-degenerationstrycket!). Det finns också en motsvarighet till vanliga plasma: kvark-gluonplasma (i en vanlig plasma tillverkad av väte bryts atomerna in i elektroner och protoner; i en kvark-gluon-plasmaprotoner och neutroner smälter in i deras bestående kvarkar och gluoner).
Finns det relaterade Space Magazine-berättelser? Säker! Till exempel: Glöm neutronstjärnor, Quarkstjärnor kan vara de täta kropparna i universum, Schwarzschild Radius och Next Generation Magnetoplasma Rocket kunde testas på rymdstationen.
Ämneslägen, inklusive några exotiska, är något du hittar diskuterat i Astronomy Cast; till exempel den här frågan visar.
källor:
Wikipedia
Purdue University
New York University
Wikipedia: Bose-Einstein kondensat
