1.固態(tài) 嚴格地說,物理上的固態(tài)應當指“結晶態(tài)”,也就是各種各樣晶體所具有的狀態(tài).最常見的晶體是食鹽（化學成份是氯化鈉,化學符號是NaCl）.你拿一粒食鹽觀察（最好是粗制鹽）,可以看到它由許多立方形晶體構成.如果你到地質博物館還可以看到許多顏色、形狀各異的規(guī)則晶體,十分漂亮.物質在固態(tài)時的突出特征是有一定的體積和幾何形狀,在不同方向上物理性質可以不同（稱為“各向異性”）；有一定的熔點,就是熔化時溫度不變. 在固體中,分子或原子有規(guī)則地周期性排列著,就像我們?nèi)w做操時,人與人之間都等距離地排列一樣.每個人在一定位置上運動,就像每個分子或原子在各自固定的位置上作振動一樣.我們將晶體的這種結構稱為“空間點陣”結構. 2．液態(tài) 液體有流動性,把它放在什么形狀的容器中它就有什么形狀.此外與固體不同,液體還有“各向同性”特點（不同方向上物理性質相同）,這是因為,物體由固態(tài)變成液態(tài)的時候,由于溫度的升高使得分子或原子運動劇烈,而不可能再 保持原來的固定位置,于是就產(chǎn)生了流動.但這時分子或原子間的吸引力還比較大,使它們不會分散遠離,于是液體仍有一定的體積.實際上,在液體內(nèi)部許多小的區(qū)域仍存在類似晶體的結構——“類晶區(qū)”.流動性是“類晶區(qū)”彼此間可以移動形成的.我們打個比喻,在柏油路上送行的“車流”,每輛汽車內(nèi)的人是有固定位置的一個“類晶區(qū)”,而車與車之間可以相對運動,這就造成了車隊整體的流動. 3．氣態(tài) 液體加熱會變成氣態(tài).這時分子或原子運動更劇烈,“類晶區(qū)”也不存在了.由于分子或原子間的距離增大,它們之間的引力可以忽略,因此氣態(tài)時主要表現(xiàn)為分子或原子各自的無規(guī)則運動,這導致了我們所知的氣體特性：有流動性,沒有固定的形狀和體積,能自動地充滿任何容器；容易壓縮；物理性質“各向同性”. 顯然,液態(tài)是處于固態(tài)和氣態(tài)之間的形態(tài). 4．非晶態(tài)——特殊的固態(tài) 普通玻璃是固體嗎?你一定會說,當然是固體.其實,它不是處于固態(tài)（結晶態(tài)）.對這一點,你一定會奇怪. 這是因為玻璃與晶體有不同的性質和內(nèi)部結構. 你可以做一個實驗,將玻璃放在火中加熱,隨溫度逐漸升高,它先變軟,然后逐步地熔化.也就是說玻璃沒有一個固定的熔點.此外,它的物理性質也“各向同性”.這些都與晶體不同. 經(jīng)過研究,玻璃內(nèi)部結構沒有“空間點陣”特點,而與液態(tài)的結構類似.只不過“類晶區(qū)”彼此不能移動,造成玻璃沒有流動性.我們將這種狀態(tài)稱為“非晶態(tài)”. 嚴格地說,“非晶態(tài)固體”不屬于固體,因為固體專指晶體；它可以看作一種極粘稠的液體.因此,“非晶態(tài)”可以作為另一種物態(tài)提出來. 除普通玻璃外,“非晶態(tài)”固體還很多,常見的有橡膠、石蠟、天然樹脂、瀝青和高分子塑料等. 5．液晶態(tài)——結晶態(tài)和液態(tài)之間的一種形態(tài) “液晶”現(xiàn)在對我們已不陌生,它在電子表、計算器、手機、傳呼機、微型電腦和電視機等的文字和圖形顯示上得到了廣泛的應用. “液晶”這種材料屬于有機化合物,迄今人工合成的液晶已達5000多種. 這種材料在一定溫度范圍內(nèi)可以處于“液晶態(tài)”,就是既具有液體的流動性,又具有晶體在光學性質上的“各向異性”.它對外界因素（如熱、電、光、壓力等）的微小變化很敏感.我們正是利用這些特性,使它在許多方面得到應用. 上述幾種“物態(tài)”,在日常條件下我們都可以觀察到.但是隨著物理學實驗技術的進步,在超高溫、超低溫、超高壓等條件下,又發(fā)現(xiàn)了一些新“物態(tài)”. 6．超高溫下的等離子態(tài) 這是氣體在約幾百萬度的極高溫或在其它粒子強烈碰撞下所呈現(xiàn)出的物態(tài),這時,電子從原子中游離出來而成為自由電子.等離子體就是一種被高度電離的氣體,但是它又處于與“氣態(tài)”不同的“物態(tài)”——“等離子態(tài)”. 太陽及其它許多恒星是極熾熱的星球,它們就是等離子體.宇宙內(nèi)大部分物質都是等離子體.地球上也有等離子體：高空的電離層、閃電、極光等等.日光燈、水銀燈里的電離氣體則是人造的等離子體. 7．超高壓下的超固態(tài) 在140萬大氣壓下,物質的原子就可能被“壓碎”.電子全部被“擠出”原子,形成電子氣體,裸露的原子核緊密地排列,物質密度極大,這就是超固態(tài).一塊乒乓球大小的超固態(tài)物質,其質量至少在1000噸以上. 已有充分的根據(jù)說明,質量較小的恒星發(fā)展到后期階段的白矮星就處于這種超固態(tài).它的平均密度是水的幾萬到一億倍. 8．超高壓下的中子態(tài) 在更高的溫度和壓力下,原子核也能被“壓碎”.我們知道,原子核由中子和質子組成,在更高的溫度和壓力下質子吸收電子轉化為中子,物質呈現(xiàn)出中子緊密排列的狀態(tài),稱為“中子態(tài)”. 已經(jīng)確認,中等質量（1.44～2倍太陽質量）的恒星發(fā)展到后期階段的“中子星”,是一種密度比白矮星還大的星球,它的物態(tài)就是“中子態(tài)”. 更大質量恒星的后期,理論預言它們將演化為比中子星密度更大的“黑洞”,目前還沒有直接的觀測證實它的存在.至于 “黑洞”中的超高壓作用下物質又呈現(xiàn)什么物態(tài),目前一無所知,有待于今后的觀測和研究. 物質在高溫、高壓下出現(xiàn)了反常的物態(tài),那么在低溫、超低溫下物質會不會也出現(xiàn)一些特殊的形態(tài)呢?下面講到的兩種物態(tài)就是這類情況. 9．超導態(tài) 超導態(tài)是一些物質在超低溫下出現(xiàn)的特殊物態(tài).最先發(fā)現(xiàn)超導現(xiàn)象的,是荷蘭物理學家卡麥林·昂納斯（1853～1926年）.1911年夏天,他用水銀做實驗,發(fā)現(xiàn)溫度降到4.173K的時候（約-269℃）,水銀開始失去電阻.接著他又發(fā)現(xiàn)許多材料都又有這種特性：在一定的臨界溫度（低溫）下失去電阻（請閱讀“低溫和超導研究的進展”專題）.卡麥林·昂納斯把某些物質在低溫條件下表現(xiàn)出電阻等于零的現(xiàn)象稱為“超導”.超導體所處的物態(tài)就是“超導態(tài)”,超導態(tài)在高效率輸電、磁懸浮高速列車、高精度探測儀器等方面將會給人類帶來極大的益處. 超導態(tài)的發(fā)現(xiàn),尤其是它奇特的性質,引起全世界的關注,人們紛紛投入了極大的力量研究超導,至今它仍是十分熱門的科研課題.目前發(fā)現(xiàn)的超導材料主要是一些金屬、合金和化合物,已不下幾千種,它們各自對應有不同的“臨界溫度”,目前最高的“臨界溫度”已達到130K（約零下143攝氏度）,各國科學家正在拼命努力向室溫（300K或27℃）的臨界溫度沖刺. 超導態(tài)物質的結構如何?目前理論研究還不成熟,有待繼續(xù)探索. 10．超流態(tài) 超流態(tài)是一種非常奇特的物理狀態(tài),目前所知,這種狀態(tài)只發(fā)生在超低溫下的個別物質上. 1937年,前蘇聯(lián)物理學家彼得·列奧尼多維奇·卡皮察（1894～1984年）驚奇地發(fā)現(xiàn),當液態(tài)氦的溫度降到2.17K的時候,它就由原來液體的一般流動性突然變化為“超流動性”：它可以無任何阻礙地通過連氣體都無法通過的極微小的孔或狹縫（線度約10萬分之一厘米）,還可以沿著杯壁“爬”出杯口外.我們將具有超流動性的物態(tài)稱為“超流態(tài)”.但是目前只發(fā)現(xiàn)低于2.17K的液態(tài)氦有這種物態(tài).超流態(tài)下的物質結構,理論也在探索之中. 11．玻色一愛因斯坦凝聚態(tài) “玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)”,是科學巨匠愛因斯坦在70 年前預言的一種新物態(tài).為了揭示這個有趣的物理現(xiàn)象,世界科學家為此付出了幾十年的努力. 1995年,美國科學家維曼、康奈爾和德國科學家克特勒首先從實驗上證實了這個新物態(tài)的存在.為此,2001年度諾貝爾物理學獎授予了這3位科學家,以表彰他們在實現(xiàn)“玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)”研究中作出的突出責獻.“玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)” 是物質的一種奇特的狀態(tài),處于這種狀態(tài)的大量原子的行為像單個粒子一樣.這里的“凝聚”與日常生活中的凝聚不同,它表示原來不同狀態(tài)的原子突然“凝聚” 到同一狀態(tài),要達到該狀態(tài),一方面需要物質達到極低的溫度,另一方面還要求原子體系處于氣態(tài).華裔物理學家朱棣文,曾因研究出激光冷卻和磁阱技術這一有效的制冷方法,而與另兩位科學家分享了1997年的諾貝爾物理學獎.“玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)”所具有的奇特性質,不僅對基礎研究有重要意義,在芯片技術、精密測量和納米技術等領域,也都有很好的應用前景. 12．費米子凝聚態(tài) 根據(jù)“費米子凝聚態(tài)”研究小組負責人德博拉·金的介紹, “費米子凝聚態(tài)”與“玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)”都是物質在量子狀態(tài)下的形態(tài),但處于“費米子凝聚態(tài)”的物質不是超導體.量子力學認為,粒子按其在高密度或低溫度時集體行為可以分成兩大類：一類是費米子,得名于意大利物理學家費米；另一類是玻色子,得名于印度物理學家玻色.這兩類粒子特性的區(qū)別,在極低溫時表現(xiàn)得最為明顯：玻色子全部聚集在同一量子態(tài)上,費米子則與之相反,更像是“個人主義者”,各自占據(jù)著不同的量子態(tài).“玻色一愛因斯坦凝聚態(tài)”物質由玻色子構成,其行為像一個大超級原子,而“費米子凝聚態(tài)”物質采用的是費米子.當物質冷卻時,費米子逐漸占據(jù)最低能態(tài),但它們處在不同的能態(tài)上,就像人群涌向一段狹窄的樓梯,這種狀態(tài)稱作“費米子凝聚態(tài)”.上面介紹的只是迄今發(fā)現(xiàn)的12 種物態(tài),有文獻歸納說還存在著更多種類的物態(tài),例如：超離子態(tài)、輻射場態(tài)、量子場態(tài),限于篇幅,這里就不一一列舉了.我們相信,隨著科學的發(fā)展,我們一定會認識更多的物態(tài),解開更多的謎,并利用它們奇特的性質造福于人類.