Сколько состояний материи вы сможете назвать: мир вокруг нас

В свою очередь, атомы объединяются в молекулы, являющиеся строительными блоками для всех типов материи. И атомы, и молекулы удерживаются вместе с помощью формы потенциальной энергии, называемой химической энергией. В отличие от кинетической энергии, которая представляет собой энергию движущегося объекта, потенциальная энергия — это энергия, запасенная в объекте.

Существует четыре естественных состояния материи: твердое тело, жидкость, газ и плазма. Но есть и пятое состояние, искусственно созданное человеком:

В твердом теле частицы плотно «упакованы» вместе, а потому мало двигаются. Электроны каждого атома постоянно находятся в движении, поэтому атомы все же обладают небольшой вибрацией, но при этом они зафиксированы в своем положении. Поэтому частицы в твердом теле имеют очень низкую кинетическую энергию.

Твердые вещества имеют определенную форму, а также массу и объем и не принимают форму емкости, в которую они помещены. Они также имеют высокую плотность благодаря все той же плотности «упаковки» частиц.

В жидкости частицы организованы менее компактно, чем в твердом теле, и могут обтекать друг друга, позволяя веществу легко менять форму. Таким образом, жидкость будет соответствовать форме емкости, в которую она помещена. Кроме того, жидкости характеризуются еще и тем, что их невероятно трудно сжать.

В газе пространство между частицами велико, а потому их кинетическая энергия высока. У газа нет определенной формы или объема. Лишенные ограничений, частицы газа будут распространяться бесконечно; но если объем ограничен, то газ расширится, заполняя емкость. Когда газ подвергается давлению за счет уменьшения объема этой емкости, пространство между частицами уменьшается.

По данным лаборатории Джефферсона, плазма встречается на Земле куда реже, чем во всей остальной Вселенной (хотя технически любой огонь — это низкотемпературная плазма). Звезды — это, по сути, раскаленные сферы из плазмы.

Плазма состоит из ионизированных атомов с чрезвычайно высокой кинетической энергией. Благородные газы (гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон) часто используются для создания светящихся знаков с помощью электричества, ионизирующего их до состояния плазмы.

Конденсат Бозе-Эйнштейна (BEC) был создан учеными в 1995 году. Используя комбинацию лазеров и магнитов, Эрик Корнелл и Карл Вейман, ученые из Объединенного института лабораторной астрофизики (JILA) в Боулдере, штат Колорадо, охладили образец рубидия практически до абсолютного нуля. При такой чрезвычайно низкой температуре движение молекул почти прекращается. Поскольку кинетическая энергия почти не передается от одного атома к другому, атомы начинают слипаться. Больше нет тысяч отдельных атомов, есть только один «суператом».

BEC используется для изучения квантовой механики на макроскопическом уровне. Кажется, что свет замедляется при прохождении через BEC, что позволяет ученым изучать парадокс частицы/волны. BEC также обладает многими свойствами сверхтекучей жидкости или жидкости, которая течет без трения. Кстати, именно это состояние материи используются для моделирования условий, которые могут существовать в черных дырах.

В 2019 году физики экспериментально подтвердили еще одно состояние материи, предсказанное еще Альбертом Эйнштейном. Мы подробно освещали это открытие. Суть его заключается в том, что глюоны — субатомный «клей», который и удерживает вместе большую часть материи во Вселенной — начинают слипаться при критическом ускорении. В какой-то момент среда оказывается перенасыщенная глюонами, образуя так называемый «Конденсат цветного стекла». В этом состоянии некоторые частицы, составляющие атомы, начинают проявлять удивительные свойства — и ученые до сих пор бьются над тем, чтобы разгадать правила, по которым ведет себя материя.

Также стоит отметить, что в квантовом мире материя также приобретает совершенно особые состояния. Так, например, год назад была открыта топологическая сверхпроводимость, благодаря которой в будущем человечество может получить в свое распоряжении квантовые компьютеры с невероятным потенциалом. Однако квантовая механика традиционно считается отдельной областью науки, и ее пересечения с физикой «классической» до сих пор является темой бурных дискуссий в научной среде.