在自然界中，物質(zhì)以各種形態(tài)出現(xiàn)。千差萬(wàn)別，極不統(tǒng)一。但是，就他們的基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，卻可以區(qū)分為不多的幾類，每一類叫物質(zhì)的一種狀態(tài)。例如，大家熟知的有固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種態(tài)。現(xiàn)代科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)物質(zhì)有其他的狀態(tài)，如等離子態(tài)、中子態(tài)（超固態(tài)）、場(chǎng)、反物質(zhì)等等

各種態(tài)的特點(diǎn)：

我們常碰到的物質(zhì)是由許多分子組成的。每個(gè)分子是由若干個(gè)原子組成的。每個(gè)原子又是由一個(gè)帶正電的原子核和它周圍的若干個(gè)帶負(fù)電的電子組成的。原子核又是由若干個(gè)質(zhì)子和中子組成的。質(zhì)子帶正電，和電子帶的負(fù)電的電量一樣多。中子不帶電。質(zhì)子華人中子的質(zhì)量相差不多，都約是電子質(zhì)量的1840倍。電子、質(zhì)子和中子，都是目前人們認(rèn)識(shí)的構(gòu)成物質(zhì)的基本單元，因此又叫做“基本粒子”。已發(fā)現(xiàn)的基本粒子不止這三種，還有u子、介子、超子等等。目前已發(fā)現(xiàn)的基本粒子已有三百余種，有的質(zhì)量很小，有的質(zhì)量相對(duì)地很大，有的帶正電，有的帶負(fù)電，有的不帶電。從分子到基本粒子，由于他們非常微小，都不能用肉眼直接看到，所以統(tǒng)稱微觀粒子。我們?？吹降囊阅撤N狀態(tài)出現(xiàn)的物質(zhì)，都是這些粒子以很大數(shù)目聚集而成的宏觀物體。不同的狀態(tài)，實(shí)際上不過(guò)是這些微觀粒子的不同的聚集形式而已。像固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)就是以分子或原子為基本單元的三種不同的聚集狀態(tài)。

1. 固態(tài)

各種金屬看來(lái)好象沒(méi)有一定的天然形狀。但他們也是晶體。因?yàn)閷?shí)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(nèi)部的分子或原子的排列沒(méi)有按一定的嚴(yán)格的規(guī)律。把石英晶體熔化后在冷卻成的固體，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(nèi)部，原子的排列也并非完全沒(méi)有規(guī)則。只是在大范圍內(nèi)沒(méi)有規(guī)律性。但對(duì)每一個(gè)原子來(lái)說(shuō)，其近鄰的原子排列還是有規(guī)則的。如裝在石英玻璃中，一個(gè)硅原子的近鄰總是四個(gè)氧原子，而一個(gè)氧原子的近鄰總是兩個(gè)硅原子。在大范圍內(nèi)分子或原子的有規(guī)則排列，叫做遠(yuǎn)程有序。單晶就是遠(yuǎn)程有序的固體。只是在每個(gè)原子的近鄰才有的有規(guī)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(lái)研究得很多，而且應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛的高分子（即同一個(gè)分子中有很多的原子），固體材料（如聚乙烯、尼龍、有機(jī)玻璃等）的晶態(tài)和非晶態(tài)呈現(xiàn)更為復(fù)雜的情況。這些材料的每個(gè)分子都是由很多的分子連成的長(zhǎng)鏈，由他們組成的固體，其非晶態(tài)常常是雜亂地扭繞在儀器的亂線團(tuán)。經(jīng)過(guò)某些特別的處理，這些長(zhǎng)鏈也能排列整齊，形成纓狀微束，而形成晶體。有時(shí)，長(zhǎng)鏈也會(huì)按一定規(guī)則折疊起來(lái)形成大塊片狀的高分子晶體。在自然界中，絕大多數(shù)固體都是晶體。整個(gè)巖石礦物界（除少數(shù)例外）、金屬、大多數(shù)無(wú)機(jī)化合物和有機(jī)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。

2.液態(tài)

液態(tài)不同于固體的外部特征是具有一定的體積，但因?yàn)橛辛鲃?dòng)性而不再是固定的有規(guī)則的排列。和晶體相比，液體分子失去了遠(yuǎn)程有序。但試驗(yàn)證明，在液體內(nèi)近程有序性是保持著的。從這一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，液體和非晶態(tài)固體具有同樣的結(jié)構(gòu)，只是液體的每一團(tuán)小的有序區(qū)域可以相對(duì)移動(dòng)。從這個(gè)意義上說(shuō)，非晶體固態(tài)不是嚴(yán)格意義上的固體，它不過(guò)是一種過(guò)于濃稠的或過(guò)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(lái)研究得很多，而且得到廣泛應(yīng)用的液體晶態(tài)，叫液晶就是一種有序程度相當(dāng)高的液體。除了流動(dòng)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、棒與棒并起來(lái)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(duì)穩(wěn)定。這種液晶的流動(dòng)性只是在層與層之間的滑移，這層分子的有序性是相當(dāng)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(jì)算器或電子手表的數(shù)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(zhǎng)軸，逐層沿一個(gè)方向轉(zhuǎn)一個(gè)小角度。就像一摞銅板由下到上逐個(gè)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度那樣。這種液晶叫膽瑙型液晶。

3.氣態(tài)

氣態(tài)不同于液態(tài)的是，在這種分子的聚集態(tài)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(tài)分子間的距離太得多。氣體分子間的相對(duì)位置完全不固定，而成為一種完全混亂的狀態(tài)。

4.等離子態(tài)

對(duì)液態(tài)加熱使之溫度升高，可以使他轉(zhuǎn)化為氣體。如果對(duì)氣體再加熱，溫度再升高，回游什么結(jié)果呢？在通常的氣體中，物質(zhì)的最小單元是分子。氣體溫度升高是，分子的運(yùn)動(dòng)速度就增大。這使得兩分子相碰時(shí)，會(huì)相互撞“碎”，而分解成單個(gè)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(yùn)動(dòng)的速度也增大，最后，可以增大到兩原子相撞時(shí)，會(huì)把原子撞“碎”的程度。這時(shí)原子中的一個(gè)或幾個(gè)電子被撞出來(lái)，在空間自由移動(dòng)。這種電子叫自由電子。剩下來(lái)的少了電子的原子就帶了正電，叫 正離子。（溫度實(shí)在太高時(shí)，原子中的電子都可能被剖掉，而只剩下原子核。）一個(gè)中性的原子分解成幾個(gè)電子和正離子的過(guò)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(yùn)動(dòng)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(jié)構(gòu)有很大不同。物質(zhì)的這種狀態(tài)叫等離子態(tài)，通常又叫物質(zhì)的第四態(tài)。

除了高溫下分子的相撞能導(dǎo)致分子的電離外，在氣體中放電（如空中的電閃）也能導(dǎo)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。

由于等離子體中的離子帶有電荷，而且能自由移動(dòng)，所以他具有很大的導(dǎo)電性。再加上他有很高的溫度和流動(dòng)性，所以就回游多方面的應(yīng)用。利用等離子束來(lái)切割金屬就是一個(gè)常見(jiàn)的離子。還可以用極細(xì)的等離子束來(lái)做手術(shù)刀，進(jìn)行外科手術(shù)。近年來(lái)等離子體已被用來(lái)做磁流體發(fā)電的工作物質(zhì)。在受控?zé)岷朔磻?yīng)中，也利用等離子體，來(lái)得到極高的溫度。更有人設(shè)想，用等離子體來(lái)作噴射發(fā)動(dòng)機(jī)，為宇宙飛船提供電力，這種發(fā)動(dòng)機(jī)比現(xiàn)在的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力大得多。

在地面上要得到等離子體是要用很復(fù)雜的裝置的。自然存在的等離子體是沒(méi)有的。但是在地球以外，太陽(yáng)和恒星都是熱的幾乎全部電離了的（如太陽(yáng)表面溫度六千度，中心溫度達(dá)兩千萬(wàn)度）物質(zhì)，他們都是等離子體。星際氣體由于受到恒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(shuō)，宇宙中絕大部分的物質(zhì)都是質(zhì)子和電子，因而也是等離子態(tài)。這一厚層大氣叫電離層。他對(duì)地球表面的無(wú)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(tài)都可以分別列入上述四態(tài)中。

在地球以外，宇宙是無(wú)限大的，物質(zhì)的狀態(tài)還有其他種類。

5.中子態(tài)

宇宙是無(wú)線的，在地球之外，除了上述物質(zhì)的幾種狀態(tài)外，人們還發(fā)現(xiàn)有另一種粒子的聚集態(tài)，叫中子態(tài)，也叫超固態(tài)。有一種星就是中子態(tài)物質(zhì)構(gòu)成的，叫中子星。

宇宙中有很多很多的恒星。每個(gè)恒星就是一個(gè)太陽(yáng)，它們的溫度都很高，能自行發(fā)光。發(fā)光的能量是從哪里來(lái)的呢？現(xiàn)在已有足夠的證據(jù)證明，其能量是由恒星中的粒子,在極高的溫度下進(jìn)行的原子核的熱核反應(yīng)。在反應(yīng)過(guò)程中，高溫等離子體的氣體壓力和所發(fā)出的光的輻射壓力向外，促使恒星膨脹消散，但恒星內(nèi)部物質(zhì)對(duì)外層物質(zhì)的萬(wàn)有引力產(chǎn)生巨大的內(nèi)壓力，欲使恒星體積縮小。正是由于這兩種相反的壓力達(dá)到了平衡，才使恒星保持一定的穩(wěn)定體積。我們的太陽(yáng)目前就是這種情況。

但是，恒星內(nèi)的原子核并不能無(wú)限期地進(jìn)行下去，“核燃料”也有“燒”完的時(shí)候。隨著核燃料要被燒完，恒星輻射出的能量的越來(lái)越少，向外的輻射也越來(lái)越小，因而，引力所產(chǎn)生的向內(nèi)的輻射越來(lái)越大。由于這個(gè)壓力的壓縮作用，恒星內(nèi)的粒子越擠越緊，到核反應(yīng)不能在維持是，這壓力會(huì)大到一定的程度，致使原來(lái)為等離子體中束縛的電子完全擠進(jìn)原子核中，和其中的質(zhì)子結(jié)合成中子。這樣等離子體不再存在叻，都成了中子。這時(shí)的恒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(yáng)中心的壓力……十億大氣壓還要大得多得多?。┩耆芍凶泳奂傻奈镔|(zhì)就叫中子態(tài)。理論的推算指出，一個(gè)中子星的質(zhì)量和我們的太陽(yáng)差不多，但直徑只有幾十公里，其密度可達(dá)到10^15克/厘米^3＝10^9噸/厘米^3。一顆黃豆大小的中子態(tài)物質(zhì)的質(zhì)量可以達(dá)到幾千萬(wàn)噸之多！

中子星除了密度極大之外，還有一個(gè)特點(diǎn)是它能按嚴(yán)格的周期向外發(fā)射電磁波，特別是X射線。由于這種周期性的輻射，中子星又叫做脈沖星，1967年發(fā)現(xiàn)的第一顆脈沖星的發(fā)射周期是1.3373秒，其周期的穩(wěn)定性簡(jiǎn)直可用來(lái)作為計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)。到1975年為止，已肯定的中子星有147顆之多。

中子態(tài)物質(zhì)算最密的物質(zhì)了嗎？還不能這么說(shuō)，天文學(xué)研究指出，恒星到中子態(tài)階段還有可能再收縮一陣子，最后成為異常致密、引力大到以致任何物質(zhì)一掉進(jìn)去就不能再出來(lái)的程度，連它自己發(fā)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”的恒星被稱作“黑洞”。

場(chǎng)

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)上已確定，除了上述的粒子聚集態(tài)以外，場(chǎng)也是物質(zhì)存在的一種形態(tài)。

什么是場(chǎng)？你或許知道電場(chǎng)和磁場(chǎng)。電荷的周圍有電場(chǎng)，而運(yùn)動(dòng)的電荷周圍又有磁場(chǎng)。認(rèn)識(shí)到場(chǎng)是一種物質(zhì)，是和人們認(rèn)識(shí)到有運(yùn)動(dòng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)有密切關(guān)系的。無(wú)線電廣播、電視廣播都是通過(guò)發(fā)射臺(tái)把電場(chǎng)和磁場(chǎng)由天線向四周傳播除去。這就是電磁波，電磁波就是場(chǎng)的一種形式。光也是一種電磁波。光和電磁波等統(tǒng)稱為電磁場(chǎng)。場(chǎng)即有質(zhì)量，也有能量，也有動(dòng)量。在這一點(diǎn)上它和我們通常熟悉的，由粒子組成的物質(zhì)一樣。我們的收音機(jī)、電視機(jī)所以能收到廣播或電視，實(shí)際上就是收到了從廣播電臺(tái)或電視臺(tái)發(fā)送的這種電磁場(chǎng)的能量的反映。

場(chǎng)不像粒子那樣具有集中于很小區(qū)域的質(zhì)量或能量，也不具有粒子那種單個(gè)的可數(shù)性。長(zhǎng)總是彌漫于較大的空間。例如，一個(gè)電荷周圍都彌漫著電場(chǎng)。無(wú)線電臺(tái)工作時(shí)，它周圍各處都彌漫著電磁場(chǎng)。另一方面，場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)不像粒子那樣具有一定的軌道。場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)總是采取波動(dòng)的形式。運(yùn)動(dòng)的電磁場(chǎng)又叫做電磁波就是這個(gè)道理。

除電磁場(chǎng)外，在原子核內(nèi)，質(zhì)子和中子之間，也有一種場(chǎng)，它不同于電磁場(chǎng)，叫核場(chǎng)或介子場(chǎng)。它也是場(chǎng)這種形態(tài)的物質(zhì)。萬(wàn)有引力場(chǎng)也是一種場(chǎng)，現(xiàn)在人們也認(rèn)為它是一種物質(zhì)。如果你能想象到在宇宙空間，到處傳播著恒星的光，各恒星之間又都有萬(wàn)有引力的作用，恒星的原子核內(nèi)也有場(chǎng)的作用，那么你就可以認(rèn)識(shí)到在整個(gè)宇宙中，場(chǎng)這種物質(zhì)狀態(tài)，也是極其普通遍地存在著的。

場(chǎng)和粒子雖然有區(qū)別，但是隨著科學(xué)的發(fā)展，這種區(qū)別慢慢地消失了。本世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)場(chǎng)具有粒子的性質(zhì)。例如，對(duì)于光，它產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只有用光波具有粒子性才能說(shuō)明。因此，我們可以說(shuō)，光是由一個(gè)個(gè)粒子組成的。這種粒子叫光子。各種電磁波都由相應(yīng)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(shí)現(xiàn)的。同樣，已經(jīng)證明，和核場(chǎng)相應(yīng)的也有一種粒子，叫介子。質(zhì)子和中子之間的相互作用就是以介子做媒介而實(shí)現(xiàn)的。

不但場(chǎng)具有粒子性，本世紀(jì)20年代，又證明了粒子具有波動(dòng)性。電子、質(zhì)子、中子的運(yùn)動(dòng)，特別是在原子內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，也明顯地表現(xiàn)出波的特性。因此，從更一般的意義上說(shuō)，粒子也是一種場(chǎng)。

場(chǎng)具有粒子性，粒子具有場(chǎng)的性質(zhì)。把物質(zhì)的這兩種形態(tài)概括起來(lái)，自然界物質(zhì)即具有粒子性，也具有場(chǎng)的性質(zhì)（或說(shuō)波動(dòng)性），這就是物質(zhì)具有波粒二現(xiàn)象的說(shuō)明。

場(chǎng)和物質(zhì)粒子的相互聯(lián)系還表現(xiàn)在它們能互相轉(zhuǎn)化上。一束y射線（或說(shuō)一個(gè)y光子），在一定條件下可以變成兩個(gè)粒子，一個(gè)是帶負(fù)電的電子，另一個(gè)是和電子質(zhì)量一樣的帶正電的正電子。這一過(guò)程叫電子對(duì)產(chǎn)生。相反，一個(gè)電子和一個(gè)正電子相遇，它們都要消失而變成y光子。這種正、負(fù)電子相遇而消失的過(guò)程叫電子對(duì)的湮滅。

波粒二象性以及場(chǎng)和粒子可以相互轉(zhuǎn)化，體現(xiàn)了客觀物質(zhì)世界的統(tǒng)一性。這是近代自然科學(xué)的重大成就之一。

6.反物質(zhì)

自然界中，除了帶負(fù)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(duì)于電子來(lái)說(shuō)，這種正電子叫它的反粒子。它的存在是在本世紀(jì)20年代，首先從理論上指出的。而在1932年人們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中正式發(fā)現(xiàn)了它。最常見(jiàn)的是電子對(duì)中出現(xiàn)的正電子。在很多原子核反應(yīng)中，它也常作為一種生成物的出現(xiàn)。

在隨后的研究中，人們又從理論上指出，反質(zhì)子和反中子的存在。反質(zhì)子和質(zhì)子的差別只在于電荷符號(hào)的不同，它帶負(fù)電。反中子和中子一樣都不帶電，其區(qū)別在于磁性。中子具有磁性，而且不停的旋轉(zhuǎn)。中子的旋轉(zhuǎn)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(shí)驗(yàn)室中相繼發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子和反中子。它們都是用高速質(zhì)子撞擊另一個(gè)質(zhì)子時(shí)產(chǎn)生的。

現(xiàn)在，關(guān)于基本粒子的研究證明，已發(fā)現(xiàn)的300多種基本粒子，都是正反成對(duì)存在的。由于過(guò)去我們認(rèn)為物質(zhì)都是電子、質(zhì)子、中子等構(gòu)成的，所以這些反粒子統(tǒng)稱為反物質(zhì)。應(yīng)當(dāng)指出的是，有些粒子的存在形式只有一種，并無(wú)正反之分，或者說(shuō)，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(gè)電子圍繞一個(gè)質(zhì)子構(gòu)成。同樣可以想象更為復(fù)雜的反原子，它的核由反質(zhì)子和反中子組成，而外圍繞著若干正電子。在反原子中，各個(gè)反粒子的運(yùn)動(dòng)和物質(zhì)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(fā)的光和相應(yīng)的物質(zhì)原子發(fā)的光也完全一樣。

在地球上，自然的反粒子和反物質(zhì)是不存在的。在核反應(yīng)中，產(chǎn)生的反粒子，由于被相應(yīng)的大量的正常粒子包圍，所以產(chǎn)生出來(lái)沒(méi)多久就會(huì)和相應(yīng)的正常粒子結(jié)合而湮滅，同時(shí)放出γ光子。但這并不是說(shuō)，在地球以外的宇宙中，反物質(zhì)也不能以自然形態(tài)存在。當(dāng)然，物質(zhì)和反物質(zhì)同處于一個(gè)星體中是不可能的，因二者碰在一起就要湮滅。人們?cè)O(shè)想反物質(zhì)星體存在還有一條“理由”，就是自然界的對(duì)稱性

（本文轉(zhuǎn)自網(wǎng)絡(luò)，如侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除）