آه ، بله ، سه حالت ماده: جامدات ، مایعات و گازها. چه راه ساده ای برای درک دنیای جسمی ما.
البته ، اگر کمی از دانش دبیرستان را به یاد می آورید ، احتمالاً حالت چهارم ماده یعنی پلاسما را به یاد می آورید. و اگر به اخبار علمی توجه کنید ، احتمالاً خبر دیگری را شنیده اید ، میعانات بوز-انشتین . بنابراین ، پنج حالت ماده.
اما در مورد ماده منحط چیست؟ ابررساناهای توپولوژیکی؟ بلورهای زمان ؟ بله ، اینها حالتهای مشروع هستند (یا فازها ؛ [ اصطلاحات قابل تعویض هستند) ، حتی اگر مواردی که در زندگی روزمره ما با آنها روبرو نخواهیم شد.
در واقعیت ، فیزیکدانان از بسیاری از حالتهای ماده اطلاع دارند – تعداد احتمالاً در هزاران نفر است. و آنها در جستجوی موارد جدید هستند. T در اینجا احتمالاً میلیون ها کشور بالقوه برای پیدا کردن وجود دارد.
بهترین پیشنهادات روز چهارشنبه: توپی USB-C Vava 8-in-1 ، Ninja Grill، Squatty …
سه پایه اصلی ، البته ، مدت طولانی آشکار بوده است. اما این ایده که ممکن است تعداد بیشتری وجود داشته باشد ، در نیمه دوم قرن نوزدهم ، مورد آزمایش قرار گرفت ، هنگامی که نخستین بار آزمایش های برق شروع به تولید پلاسماها کرد. میعانات بوز-انشتین ، اولین بار در سال 1924 به صورت نظری مطرح شد ، پس از آن ، و درک درك ما از فیزیك به زودی روشن شد كه حتی زندگی روزمره مملو از حالتهای ماده بیش از آن چیزی است كه ما می توانیم بدانیم.
به یک فیزیكدان ، آهنرباها. در یخچال ما ماده ای متفاوت از خود یخچال است. یک لیوان شراب و قفسه های چوبی که در آن قرار دارد به همین ترتیب نشان دهنده دو حالت مختلف ماده است.
حالت ماده به سادگی به نحوه سفارش اتم ها یا ذرات تشکیل دهنده اشاره دارد. و این ترتیب خواص مختلفی را ایجاد می کند. به عنوان مثال ، در یک جامد ، مولکول ها در یک ساختار مشبک قرار می گیرند که باعث سفتی مواد می شود. در یک مایع ، مولکولها به دور یکدیگر می چرخند ، اما نمی توانند به راحتی مانند گازهای مختلف به سمت یکدیگر یا به دور از یکدیگر حرکت کنند. و در پلاسما ، مولکول ها مانند یک گاز جریان می یابند ، اما الکترون های آنها آزادانه در حال حرکت هستند و به آن اجازه می دهند تا به راحتی برق را هدایت کند.
روش های بی شماری وجود دارد که می توانند چیده شوند. به عنوان مثال ، 230 "گروه فضایی ، " یا روش هایی برای تنظیم مولکول ها وجود دارد تا ساختارهای کریستالی سه بعدی را در یک جامد تشکیل دهند. هر یک از اینها شکل ماده خاص خود است. و بسته به چگونگی چگونگی چیدمان الکترون های آنها ، هر یک از این 230 می توانند یک هادی یا عایق باشند و همین امر باعث می شود شکل متفاوتی از ماده ایجاد شود.
و هنگامی که درجه حرارت بسیار گرم یا بسیار سرد می شود و فشارها شدید می شود ، ماده عادی می تواند در حالت های عجیب و غریب با خواص وحشی تغییر شکل دهد. به عنوان مثال ، در داخل [ستارههاینوترون ، هسته ها می توانند به نوعی ماده دژنراته معروف شوند ، جایی که الکترون ها و پروتون ها مجبور می شوند نوترون ها را تشکیل دهند ، یا حتی بیشتر در پلاستیک کوارک-گلوئون. درست از ذرات اساسی ساخته شده است. از طرف دیگر طیف ، هنگامی که مولکولها در دماهای نزدیک به صفر مطلق قرار دارند ، مکانیک کوانتومی در مقیاس ماکروسکوپی شروع به مشاهده می کند. میعانات بوز انیشتین وقتی مجموعه ای از اتمها به صفر مطلق خنک می شوند شکل می گیرند و شروع به عمل می کنند گویی یک اتم واحد هستند. این به آنها خاصیت بی نظیری می دهد ، مانند کمبود چسبندگی ، به این معنی که می توانید گرداب های ریز در آنها ایجاد کنید که برای همیشه چرخید.
بخشی از دلیل اینکه ما در حال یافتن حالت های جدید ماده هستیم ، می گوید: Jasper van Wezel، an دانشیار در تئوری ماده چگالش در دانشگاه آمستردام ، به سادگی می توان تعداد زیادی را پیدا کرد.
"همه این خصوصیات اتم یا مولکول یا هر آنچه را که می توانید برای سفارش آنها استفاده کنید وجود دارد." odo . "فقط زمان لازم است تا همه امکانات را پشت سر بگذاریم."
با پیشرفت تکنولوژی ، ما همچنین توانسته ایم آزمایش هایی را در شرایط شدیدتر و با دقت بیشتر انجام دهیم.
اکنون می توانیم مثلاً ببینیم که ذرات در مواد مختلف دارای چرخش های مختلف هستند. چرخش یک خاصیت ذاتی است و همان چیزی است که باعث ایجاد آهن ربایی می شود.
"در دهه 50 فقط مغناطیس را اندازه می گرفتید و می گفتید ، " نگاه کنید ، اینها هر دو مغناطیسی هستند. من می توانم هر دو را روی یخچال بچسبانم. "" و این همان است ، "ون وزل گفت: وی افزود: "اما اکنون ما ابزارهایی داریم که بتوانیم به داخل مواد بروند و به هر چرخش فردی نگاه کنند ، و می توانیم بگوییم ،" L اوک ، هر دو مغناطیسی هستند ، اما در این یک چرخش سوم می چرخد ، و در این یکی نه ، بنابراین آنها متفاوت هستند. ""
با این دانش تازه ، فیزیکدانان می توانند این چرخش ها را دستکاری کنند تا بتوانند مواد با کاملاً جدید ایجاد کنند.
امکان یافتن راههای مختلف استفاده از ماده. همچنین یکی از دلایلی که فیزیکدانان با یافتن مراحل جدید وسواس زیادی دارند و چرا جدید می تواند بسیار هیجان انگیز باشد.
"هر وقت فاز جدیدی از ماده را کشف کنیم ، مجموعه ای از خواص را به ما می دهد که با هر مقدماتی غیرقابل تصور می بود مرحله ماده ، "گفت:" کادن هززار ، استادیار گروه فیزیک دانشگاه رایس. "اگر همه شما مایعات داشته باشید ، و کسی به شما آجری دست می دهد ، ناگهان می توانید در برابر چیزهایی که قبلاً نمی توانستید مقاومت کنید ، مقاومت کنید."
وقتی بعضی از مواد در دمای بسیار پایین سرد می شوند ، به عنوان مثال ، آنها می توانند ابررسانا شوند ، به این معنی که جریان های الکتریکی را با مقاومت صفر منتقل می کنند. استفاده از آن در مقیاس تجاری می تواند به معنای خطوط برق باشد که با از دست دادن اندک در منزل شما الکتریسیته را حمل می کند یا رایانه هایی که بسیار کارآمدتر هستند.
یک ماده اخیراً کشف شده به عنوان یک ابررسانای توپولوژیکی به عنوان عایق الکتریکی در داخل عمل می کند. اما در لبه های خود رسانا است. این توانایی های منحصر به فرد را می توان برای محافظت از qubits های شکننده که اطلاعات را ذخیره می کنند ، در کامپیوترهای کوانتومی استفاده کرد.
همچنین برخی از ویژگی های هیجان انگیز ماده ما هنوز پیدا نشده است ، اما کدام فیزیکدانان معتقدم باید وجود داشته باشد ابررساناها دمای اتاق ، به عنوان مثال ، مدت هاست که گرگ مقدس فیزیک ماده چگالش محسوب می شوند. چنین ماده ای باعث تغییر انقلابی در نحوه استفاده از برق می شود (بنابراین ، تقریباً همه چیز).
نوع دیگری از فیزیکدانان ماده در پیگیری داغ چیزی هستند که به آن مایع کوانتومی چرخش می گویند. در یک مایع چرخش کوانتومی ، چرخش ذرات آن بر روی یکدیگر تأثیر می گذارد ، به شکلی که منجر به خاصیت مغناطیسی غیر منتظره شود. این نوع ماده می تواند به کامپیوترهای کوانتومی بهتری منجر شود و حتی به ایجاد ابررساناهای دمای اتاق کمک کند.
به جای جستجوی موادی که باید براساس تئوری وجود داشته باشند ، فیزیکدانان نیز باید بعضی مواقع معکوس را انجام دهند: سعی کنید توضیح دهید که چرا چیزی که آنها ایجاد کرده اند به گونه ای عمل می کنند که هرگز فکر نمی کردند.
شاید بهترین نمونه این چیزی است که به نام کوانتوم کسری H همه اثر می گذارد. دسته ای از الکترون ها را که در یک میدان مغناطیسی روی یک ماده 2D در حال حرکت هستند تصور کنید. هزینه مرتبط با سیستم به سادگی باید e باشد ، این بار توسط الکترون ها انجام می شود. اما هنگامی که دانشمندان آن را اندازه گرفتند ، دریافتند که این اتهام دقیقاً و به سه تقسیم شده است.
"این شلیک آزمایشی آزمایشی [community] ، را انجام داد زیرا در آنجا چیزی با هزینه ای کمتر از [19459044"نیست] [ ، "هزارد گفت به گیزمودو . او را با پرتاب یک مشت توپ بیلیارد بر روی یک میز استخر و تماشای آنها در جیب ها مقایسه کرد و به نوعی ، توپ های متحرک فقط یک سوم وزن توپ بیلیارد را وزن می کند.
به نظر می رسد توپ های بیلیارد از نظر توپ های بیلیارد غریبانه به نظر می رسند ، اما همه چیز در سطح کوانتومی متفاوت است. معلوم می شود ، هنگامی که الکترون ها به همدیگر در حال حرکت هستند ، حرکت آنها باعث می شود که آنها مانند یک سوم از اتهامی که انجام می دهند ، عمل کنند. همچنین این بدان معنی است که الکترون ها تبدیل به یک ماده کاملاً جدید شده اند.
یافته های این چنین ، جستجوی اشکال ماده را نوعی شکار گنج برای فیزیکدانان می داند. خواص غیر منتظره تر مطمئناً در قوانین فیزیک به خاک سپرده شده اند. آنها فقط در انتظار ترتیب درست ذرات و تلاقی حالات جسمی برای جهش هستند ، بار دیگر تواناییهایی را که قبلاً هرگز در خواب نمی دیدیم به ما اعطا می کند.
ناتانیل شارپینگ نویسنده علمی از میلواکی است. او را در توییتر دنبال کنید NathanielScharp .
.
