Kiinteä, nestemäinen, kaasu ... ne ovat aineen tiloja, jotka olemme täysin perehtyneitä, mutta mikä tekee aineen tilasta? Ja onko muita ainetiloja?
Koska ihmiset tekivät ensin eron keskenään, aineen tilat määritettiin sen mukaan, kuinka asia käyttäytyi, irtotavarana; niin kiinteällä aineella oli kiinteä muoto (ja tilavuus), nesteellä kiinteä tilavuus (mutta muoto muuttui sopimaan säiliöön, jossa se oli), ja kaasua paisutettiin säiliönsä täyttämiseksi. Kun ymmärsimme, että aine koostuu atomista (ja molekyyleistä), aineen tilat erotettiin sen perusteella, kuinka molekyylit (tai atomissa, elementissä) käyttäytyivät: kiinteissä aineissa ne ovat sekä lähellä että kiinteässä järjestelyssä (esim. kiteet), nesteissä lähellä, mutta järjestelyä ei ole kiinteä, ja kaasuissa, jotka eivät ole lähellä (joten ei erityistä järjestelyä).
Entä plasma? Sorta kuin kaasu - niin että se täyttää kaiken siinä olevan säiliön, se on kaasu - mutta ei (ionit ja elektronit ovat vuorovaikutuksessa täysin eri tavoin, plasmassa, kuin molekyylit (tai atomit) tekevät kiinteässä, nestemäisessä tai kaasussa ). Siksi plasma on aineen neljäs tila.
Asiat muuttuivat hieman monimutkaisemmiksi, kun tutkijat tutkivat asiaa tarkemmin.
Jos esimerkiksi lämmität vettä vahvassa, mutta läpinäkyvässä astiassa tietyn lämpötilan (ja paineen) yläpuolella - jota kutsutaan kriittiseksi lämpötilaksi (kriittiseksi paineeksi) - neste- ja kaasutilat muuttuvat yhdeksi ... vesi on nyt ylikriittinen neste ( olet ehkä nähnyt tämän osoittuneena, ehkä kemialuokassa, tosin todennäköisesti ei vedellä!).
Sitten erotetaan kiteet (kiteinen tila) ja lasit (lasinen tila); molemmat näyttävät erittäin vankalta, mutta lasimolekyylien järjestely on enemmän kuin nesteessä olevien molekyylien kuin kidemolekyylien järjestely ... ja lasit voivat virrata, kuten nesteetkin, jos ne jätetään riittävän kauan.
Onko olemassa viides ainetila? Joo! Bose-Einsteinin kondensaatti (BEC)…, joka on kuin kaasu, paitsi että ainesosatomit ovat kaikki (tai useimmiten) pienimmässä mahdollisessa kvanttitilassa… joten BEC: llä on bulkin ominaisuudet aivan toisin kuin muissa ainetiloissa (kvantti) käyttäytymisestä tulee makroskooppista).
Astrofysiikassa aineen eksoottisia tiloja on melko vähän; esimerkiksi valkoisissa kääpiötähteissä aine estyy edelleen (painovoima) romahtamasta elektronien rappeutumispaineella; samanlainen asia tapahtuu neutronitähteissä paitsi, että sen neutronien rappeutumispaine (voi olla myös vieläkin äärimmäisempi ainetila, jota kvarin rappeutumispaine pitää yllä!). Siellä on myös vastine tavallisille plasmoille: kvarki-gluoniplasma (tavallisessa vedystä tehdyssä plasmassa atomit hajoavat elektroneiksi ja protoneiksi; kvarki-gluoniplasman protonit ja neutronit sulavat osaksi niiden kvarkeja ja gluoneja).
Onko olemassa liittyviä Space Magazine -tarinoita? Varma! Esimerkiksi: Unohda neutronitähdet, Quark-tähdet voivat olla tiiviimpiä elimiä maailmankaikkeudessa, Schwarzschild-säde ja seuraavan sukupolven magnetoplasmarakettia voidaan testata avaruusasemalla.
Ainetilat, mukaan lukien jotkut eksoottiset, ovat jotain, josta löydät keskustelun tähtitieteen näyttelijöissä; esimerkiksi tämä Kysymysshow.
Lähteet:
wikipedia
Purduen yliopisto
New Yorkin yliopisto
Wikipedia: Bose-Einsteinin kondensaatti
