通常条件下,物质具有三种基本状态,固态、液态和气态,人们通常按照分子之间的相互关系来对它们进行状态的归类。后来人们又根据其他分类标准设定了常温下的液晶态、无定形态和磁序态,低温下的超导态和超流态等。但这些分类标准都无法动摇三种基本状态的地位,只能作为分支和专业内容来讨论。不过,很久之前就有科学家设想:通常升温(降温)可以改变物质组成微粒之间的距离和相互关系,那么在很高的温度(或者很低的温度)环境中物质会不会产生新的状态呢?
　　在广袤的宇宙中,所有恒星星体的内部,温度高得我们用常规标准难以衡量。以太阳为例,其表层温度大约6 000 ℃,而在发生热核反应的区域(并非最中心)温度超过10 000 000 ℃。物质存在于这样的高温环境中,不仅仅是气化这么简单,原子内部的电子由于得到了足够的能量而摆脱了原子核的束缚,成为自由电子,而气化的分子则成为气态离子——这样的“电离气体”被称为“电浆”,通常被认为是宇宙中最普遍最常见的物质存在形态,也被认为是通常意义上的物质“第四状态”。
　　以这个标准来衡量,古代的一些神话传说显得尤为可笑,譬如后羿射日,即使后羿确实拥有运载火箭一样强劲的臂力,能把箭矢发射到太阳的表面上,再坚硬的箭镞也会在一瞬间变成电浆,成为太阳表层气体的一部分。再比如太阳神阿波罗,据说他整天驾着金光闪闪的马车四处游走,以英俊的面庞和优雅的琴声召唤那些怀春的少女,但估计他永远不敢回到自己的宫殿去履行自己作为主神的责任,因为还不等他靠近太阳,他那金光闪闪的马车和弓箭以及精巧的七弦琴都会化为灰烬。
　　最低的温度可以达到什么程度呢?绝对零度是理论上的低温极限,在自然界中有没有达到这个温度的地方呢?火星某些区域可以达到零下110 ℃,冥王星由于距离太阳更远,表面温度更是低达零下200 ℃。现在公认的“宇宙寒极”是遥远的布莫让星云,由于布莫让星云在急速爆发,周围又没有其他热源,所以根据液体蒸发的原理,布莫让星云的温度依然在不断下降,目前已经达到零下270 ℃。2005年,美国桑迪亚国家实验室的科学家宣布他们实现了目前最低的温度记录——零下272.59 ℃,让分子停止了运动并实现相互间的准确碰撞。但即使这样的温度,只是物质都转化成了微粒空隙很小的固体而已,物质的基本属性并未发生根本性的变化,所以靠降低温度来实现物质的“第五状态”显然是不可能的。
　　降温不行,科学家们随即想到了另一种思路——靠增大压强来改变物质内部微粒的排列结构和距离。在很高的压强作用下,物质微粒之间的距离变得很小,所以气体可以变为液体,液体可以变为固体,而固体可以变成“另一种固体”。比如,在1万个大气压作用下,空气会变成液体,而且其中所含的各种气体会像油和水一样分成好几层,分离起来非常方便。而在6万个大气压下,石墨就可以转化成坚硬的金刚石——如果达到十万个大气压和3 000 ℃的高温,用石墨为原料制造的人造金刚石将会比天然金刚石硬度还大,能够在天然金刚石的表面形成划痕。而当达到140万个大气压,不仅原子之间的空隙几乎不存在,原子外围的电子层也被压得粉碎,所有的原子核和电子都紧紧挤在一起,这样就形成了密度很大的“超固态物质”——恒星衰老之后的白矮星就是由这类物质形成的。
　　如果在这个基础上继续施加巨大的压力,本来已经紧密结合在一起的原子核和电子,再也没有空隙可以释放,原子核只好“宣布解散”,质子和中子分离开来,质子在这么大的压力作用下会和电子结合,抵消了电性而成为新的中子。于是,物质的构造发生了根本性的变化,所有的基本微粒都变成中子,形成了所谓的“中子态物质”。这么大的压力我们在实验室中无法模拟,但在宇宙中是确实存在的——超大型恒星衰老后发生大爆炸,然后急剧收缩,最后剩余的残骸就是中子星。中子态物质的密度、硬度都达到了一个我们无法想象的程度,我们甚至找不到一个容器来盛放它,即使我们用金刚石或者最坚硬的金属做成一个容器,来盛放哪怕针尖大小的中子态物质,容器也会在一瞬间碎裂,中子态物质会像铁块进入水中一样不受阻碍地实现“穿越”。
　　但依据这个思路,科学家完全可以设计出一些性能更为优越的材料,来服务于我们的生产和生活。比如1万2000个大气压的白磷转化成的红磷,具有类似金属的性质,可以传热导电;在3万个大气压环境中处理的水或者牛奶,可以消灭所有存活的细菌,所以牛奶的保存时间将长达半年。
　　科技手段无疑是神奇而美妙的,它将引导我们发现大千世界更多未知的真实和内在的魅力,让我们拥有比古圣先哲更加全面深刻的知识视野。
　　编辑/梁宇清