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物体分为三态:固态、液态、气态,那么光是什么态?火又是什么态?

zhao_admin10个月前 (07-22)科学课件28

光不是物质,是电磁波。一定要说它是什么态,或许可以称为量子态,因为光是由光量子发出的。但目前还没有把量子作为物质的一种形态定义。光由光源发出,是因为光源中的电子获得了额外能量,如果这个能量不足以使电子跃迁到更外层轨道,电子就会进行加速运动,并以波的方式释放能量。

光的传导是依靠光子,光子是传递电磁相互作用的基本粒子,是电磁辐射的载体,它既是一个一个的发出,又是以波的方式表现出折射、干涉、衍射等性质。电磁辐射就是依靠光子来传递,因此光子是电磁辐射的传递子,而电磁辐射就是光辐射。

光有可见光和不可见光,我们人眼能够看到的光是属于可见光,在光波频谱(电磁频谱)中只占一小段波段,在380nm~780nm之间,其余频谱为不可见光,主要有无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线、伽马射线。

现在的物质形态常见的只有气态、液态和固态,对这三态大家都比较熟悉,空气是气态,水是液态,石头木头等是固态。不同的温度和压力可以使某些物质产生相变,三态可以相互转化。比如水,温度高了,就可以蒸发升华成气态;温度低了,就会结冰成为固态。空气和一些气体也有这种特性,比如氢在不同的压力下就有气态、液态和金属态几种形态。

金属在高温下也可以变成液态,但很难变成气态,因为还没有等到气态温度,就被氧原子勾走了;还有碳,也是这样,还没有等到气态温度,就会发生化学变化。

物质除了这三态,还有常见的火态。火态有两种形式,一种是高温的等离子态,还有一种是低温的化学激发态。低温火焰的产生一般是化石燃料中化学能释放的能量,是反应中的气体分子或原子吸收能量,电子获得能量在轨道之间跃迁释放的光和热能。

高温的火焰叫等离子态,是由于原子被高温剥夺了部分电子,组成原子团产生的电离现象,是由正负离子组成的离子化气体状物质。

这两种状态的火界限比较模糊,在我们看到的火中,就混杂着这两种状态,高温部分很可能是等离子态,低温部分很可能是化学态。一般认为在800度以下为低温火,800度以上为高温火。

实际上,在我们所认知的宇宙,等离子态占了绝大部分。因为天上所有的恒星都是以等离子态的形式存在。而恒星是宇宙最主要的质量存在(除了暗物质、暗能量),如我们的太阳和夜晚看到的星星(除了几颗行星)。

除此之外,科学界还发现了3种形态的物质,即玻色~爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、中子或电子简并态。玻色~爱因斯坦凝聚态和费米子凝聚态,都是物质在极低温度下,也就是接近绝对零度的时候会产生某些特异的性质,比如变成超流体和超导体,光也会成为速度极慢的一种流体。这里面的机制很复杂,就不在这讨论了。

还有一种态是物质在极高压力下的特殊状态,已经不能够算是什么物质了,就是一堆没有类别的原子或者中子。这种状态的物质或者叫非物质存在于白矮星和中子星上,白矮星本身巨大的引力压力把原子的电子剥离了,形成了电子简并压抵御着巨大的引力压力,取得一个平衡;中子星则被本身极大的引力压将原子完全挤破,电子被压进了原子核,与质子结合为中子,整个星球变为一个大中子核,由此产生了中子简并压,靠这种简并压来抵御引力压力,取得一个平衡。

所以这两种星球上的物质是一种特殊状态的物质。白矮星上的物质密度达到1个立方厘米1~10吨,中子星上的物质密度达到1立方厘米1~20亿吨。

综上所述,我们现在认识的世界存在着七种物质形态,即:气态、液态、固态、等离子态、玻色~爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、电子或中子简并态。就是这样,欢迎共同探讨。

时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,所有发表文章均属原创,请尊重作者版权,谢谢关注和支持。固态、液态、气态只是我们通常所说的普通物质三态,但除此之外,物质还有其他状态:等离子态、低温态(包括玻色-爱因斯坦凝聚态、费米凝聚态)、简并态(包括电子简并态、中子简并态)。很明显,光与火并非是我们通常所熟悉的普通物质三态。

先说火的物质状态。当温度很高时,组成物质的原子就会失去电子,形成自由电子和离子共存的物质状态,这就是等离子态。当物质燃烧时,原子会发生电离,电子跃迁会辐射出光子,从而形成我们所看到的火。因此,火的状态即为等离子态。事实上,宇宙中最为常见的物质状态不是气液固三态,而是等离子态,因为遍布宇宙中的恒星(包括太阳)都是处于这种状态。

另一方面,光其实是一种能量形式,它们的本质是电磁辐射,并非是由原子组成的物质。组成物质的粒子都是拥有静止质量的,而组成光的光子是没有静止质量的,光子是一种静止质量为零的玻色子。虽然光在有时候表现出粒子或者波的行为,但光不被归类为物质,所以光也就没有物质状态之说。

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