صلبة ، سائلة ، غازية ... تلك هي حالات المادة التي نعرفها جيدًا ، ولكن ما الذي يجعل حالة المادة؟ وهل هناك حالات أخرى للمادة؟
منذ أن قام الناس أولاً بتمييز بينهما ، تم تحديد حالات المادة من خلال كيفية تصرف المادة ، بكميات كبيرة ؛ لذا فإن المادة الصلبة لها شكل ثابت (وحجم) ، وسائل حجم ثابت (ولكن يتغير شكلها لتناسب الحاوية التي كانت بها) ، ويتم توسيع الغاز لملء الحاوية. بمجرد أن أدركنا أن المادة تتكون من ذرات (وجزيئات) ، تميزت حالات المادة بكيفية تصرف الجزيئات (أو الذرات ، في عنصر): في المواد الصلبة تكون قريبة من بعضها وفي ترتيب ثابت (على سبيل المثال في البلورات) ، في السوائل قريبة من ولكن الترتيب غير ثابت ، وفي الغازات ليست قريبة (لذلك لا يوجد ترتيب معين).
ولكن ماذا عن البلازما؟ سورتا مثل الغاز - حيث أنه يملأ أي وعاء موجود فيه ، إنه غاز - ولكن ليس (تتفاعل الأيونات والإلكترونات بطرق مختلفة تمامًا ، في البلازما ، عن الجزيئات (أو الذرات) في مادة صلبة أو سائلة أو غازية ). وبالتالي ، فإن البلازما هي الحالة الرابعة للمادة.
أصبحت الأمور أكثر تعقيدًا بعض الشيء حيث درس العلماء الأمر بعناية أكبر.
على سبيل المثال ، إذا قمت بتسخين الماء في حاوية قوية ، ولكنها شفافة ، فوق درجة حرارة معينة (وضغط) - تسمى درجة الحرارة الحرجة (الضغط الحرج) - تصبح حالات السائل والغاز واحدة ... أصبح الماء الآن سائلًا فوق الحرج ( ربما كنت قد رأيت هذا واضحًا ، في فصل الكيمياء ربما ، على الرغم من أنه ليس على الأرجح بالماء!).
ثم هناك الفرق بين البلورات (الحالة البلورية) والنظارات (الحالة الزجاجية) ؛ كلاهما يبدو صلبًا جدًا ، لكن ترتيب الجزيئات في الزجاج أشبه بترتيب الجزيئات في السائل من تلك الموجودة في البلورة ... ويمكن أن تتدفق النظارات ، تمامًا مثل السوائل ، إذا تُركت لفترة طويلة بما فيه الكفاية.
هل هناك "حالة خامسة"؟ نعم! مكثف Bose-Einstein (BEC) ... وهو يشبه الغاز ، باستثناء أن الذرات المكونة كلها (أو في الغالب) في أدنى حالة كمية ممكنة ... لذلك فإن BEC له خصائص كبيرة على عكس تلك الموجودة في أي حالة أخرى للمادة (الكم يصبح السلوك المجهري).
في الفيزياء الفلكية ، هناك عدد غير قليل من الحالات الغريبة للمادة. على سبيل المثال ، في النجوم القزمة البيضاء ، يتم منع المادة من الانهيار (الجاذبية) عن طريق ضغط الانحلال الإلكتروني ؛ يحدث نفس الشيء في النجوم النيوترونية ، باستثناء أن ضغط تنكسه النيوتروني (قد يكون هناك أيضًا حالة أكثر تطرفًا للمادة ، تصمد بسبب ضغط انحلال الكوارك!). هناك أيضًا نظيرًا للبلازما العادية: بلازما الكوارك-جلون (في البلازما العادية المصنوعة من الهيدروجين ، يتم تقسيم الذرات إلى إلكترونات وبروتونات ، وفي بروتونات بلازما الكواركات والغلونات "تذوب" في الكواركات والغلونات المكونة لها).
هل هناك قصص ذات صلة بمجلة الفضاء؟ أكيد! على سبيل المثال: نسيت النجوم النيوترونية ، قد تكون Quark Stars الأجسام الأكثر كثافة في الكون ، ويمكن اختبار نصف قطر Schwarzschild ، وصاروخ Magnetoplasma من الجيل التالي في محطة الفضاء.
حالات المادة ، بما في ذلك بعض الحالات الغريبة ، هي شيء ستجده مناقشًا في علم الفلك ، على سبيل المثال تظهر هذه الأسئلة.
مصادر:
ويكيبيديا
جامعة بوردو
جامعة نيويورك
ويكيبيديا: Bose-Einstein Condensate
