10個神奇的低調(diào)物態(tài) 

大部分人都能輕易說出固、液、氣這三種物質(zhì)狀態(tài)，上多兩堂物理課的人還能說出等離子態(tài)。時(shí)代不斷發(fā)展，科學(xué)家們早已加長了四大物態(tài)列表，奇妙的宇宙尚有太多的未解之謎，存在的物態(tài)又豈只這四型。從宇宙大爆炸、星球大戰(zhàn)里傲人的光劍到不能再平凡的雞，一切其實(shí)都同樣的不可思議。大自然偷偷在我們身邊藏了不少物態(tài)，它們低調(diào)地活著，默默等待各自的伯樂。

10.非晶態(tài)固體

非晶態(tài)固體（Amorphous solid又稱無定形體或玻璃體）從屬于固體，卻比我們熟知的固體有趣多了。普通固體中的分子緊密結(jié)合且不能隨意運(yùn)動，這使固體具有高粘度，意味著物體難以流動。我們再來看看液體，液體有著不規(guī)則的分子結(jié)構(gòu)，分子們能自由流動穿過彼此，或是遇力互相分離向四周飛濺，液體的形狀與其容器形狀一致。非晶態(tài)固體則處在這兩種狀態(tài)之間。在玻璃化（審校注：vitrification玻璃化是將某種物質(zhì)轉(zhuǎn)變成玻璃樣無定形體即玻璃態(tài)的過程，是一種介于液態(tài)與固態(tài)之間的狀態(tài)，在此形態(tài)中沒有任何的晶體結(jié)構(gòu)存在）過程中，液體被冷卻使粘度增加至無法流動的程度，但其分子保存無序，無法形成普通固態(tài)中的晶體結(jié)構(gòu)。

最常見的非晶態(tài)固體是玻璃。數(shù)千年以來，人們一直在用二氧化硅（silica）制造玻璃。其實(shí)當(dāng)工人將液態(tài)二氧化硅冷卻到低于其熔點(diǎn)溫度時(shí)，它并沒有變成固體；隨著溫度逐漸降低，液態(tài)二氧化硅粘度增大，呈現(xiàn)出類似固體的形態(tài)，然而其分子仍保持不規(guī)則結(jié)構(gòu)，這時(shí)的玻璃就是非晶態(tài)固體。藝術(shù)家們能夠利用這一轉(zhuǎn)變過程創(chuàng)造漂亮夢幻的玻璃雕像。

那么非晶態(tài)固體和普通固體在功能上有什么區(qū)別呢？在我們?nèi)粘Ｉ钪?，二者可以說沒啥區(qū)別，除非從微觀的角度來觀察，否則玻璃看起來根本與固體沒差。另外，不要被長期以來玻璃會像液體一樣流動的傳言所欺騙，只有那些不稱職的導(dǎo)游才會在給游客介紹教堂的老式玻璃時(shí)炫耀這種無稽的傳言。這種老式玻璃往往越接近底部越厚，實(shí)際上是早期制作工藝尚未成熟而導(dǎo)致玻璃的厚度不均勻，安裝時(shí)人們自然會將厚的那一邊放在底端。也許猶如玻璃的非晶態(tài)固體看起來并沒什么特別之處，卻給科學(xué)家們研究相變（審校注：phase transition相變是指物質(zhì)在外部參數(shù)，如：溫度、壓力、磁場等等，連續(xù)變化之下，從一種相或稱相態(tài)忽然變成另一種相，最常見的是冰變水和水變成蒸汽。然而，除了物體的三相，即固液氣態(tài)變化，自然界還存在許多的相變現(xiàn)象，例如日常生活中另一種較常見的相變是加熱一塊磁鐵，磁鐵的鐵磁性忽然消失）和物體的分子結(jié)構(gòu)帶來了新思路。

9.超臨界流體

大多數(shù)的相變發(fā)生在特定的溫度和壓強(qiáng)下。人人都知道氣溫上升能使液體轉(zhuǎn)變成氣體，然而當(dāng)壓強(qiáng)隨著氣溫一同上升時(shí)，液體會直接變成兼具液體性質(zhì)與氣體性質(zhì)的超臨界流體。

舉例來說，超臨界流體能夠像氣體一樣（幾乎無表面張力）滲入多孔性組織中，也能像液體一樣充當(dāng)溶劑。更有趣的是，壓強(qiáng)和溫度結(jié)合的比例不同可以使超臨界流體偏向氣體或液體。這使科學(xué)家腦洞大開，構(gòu)思出從高難度科技到貼近我們普通生活的利用超臨界流體的各種方法。

盡管感覺上超臨界流體不像非晶態(tài)固體一樣常見，但實(shí)際上我們接觸超臨界流體的制品可能并不比玻璃少。超臨界二氧化碳（supercritical carbon dioxide）作為溶劑，有利于啤酒廠萃取啤酒花以及咖啡公司制造更好的低因咖啡（審校注：物體在不同相態(tài)時(shí)化學(xué)性質(zhì)也會發(fā)生變化，二氧化碳在氣體狀態(tài)下不具萃取能力，但當(dāng)進(jìn)入超臨界狀態(tài)后，二氧化碳變成親有機(jī)性，因而具有溶解有機(jī)物的能力，此溶解能力會隨溫度及壓力而有所不同）。不僅如此，超臨界流體還可以提高水解效率，使發(fā)電廠的機(jī)組溫度更高（從而提高熱效率，有顯著的節(jié)能和改善環(huán)境的效果）。雖然超臨界流體作為一種物質(zhì)狀態(tài)鮮為人知，但你可能每天都在接觸和使用該技術(shù)制造的各種產(chǎn)品。

8.簡并態(tài)物質(zhì)

非晶態(tài)固體起碼還能出現(xiàn)在地球上，簡并態(tài)物質(zhì)（degenerate matter）卻只能存在于特定類型的恒星。該物質(zhì)只能存在于受量子（通常情況下遵循泡利不兼容原理Pauli exclusion principle）支配的壓強(qiáng)空間，而不能存在于像地球一樣受溫度（或者說熱運(yùn)動）支配的壓強(qiáng)空間，因此即使是在絕對零度（審校注：absolute zero 理論上若粒子動能低到量子力學(xué)的最低點(diǎn)時(shí)，物質(zhì)即達(dá)到絕對零度，不能再低。因此達(dá)到絕對零度的狀態(tài)時(shí)，地球空間里的粒子均停止運(yùn)動，無法對外產(chǎn)生壓強(qiáng)；而在服從泡利不兼容原理的環(huán)境中，粒子仍具有動能，可對外界物體產(chǎn)生壓強(qiáng)）條件下，簡并態(tài)物質(zhì)也同樣受到來自量子的壓強(qiáng)。簡并態(tài)物質(zhì)主要有電子簡并態(tài)（electron-degenerate matter）和中子簡并態(tài)（neutron-degenerate matter）兩種類型。

電子簡并態(tài)主要存在于白矮星（譯注：white dwarf stars也稱簡并矮星，是一種由簡并態(tài)物質(zhì)構(gòu)成，具有低亮度、高密度、高溫度性質(zhì)的小恒星。因呈現(xiàn)白色、體積小而被命名為白矮星）的核心位置，由于受到核心周圍物質(zhì)的重力對核心電子的壓力而產(chǎn)生（審校注：電子簡并壓與白矮星強(qiáng)大的重力平衡，即由于白矮星自身的引力收縮而產(chǎn)生與之相對抗的電子簡并壓，從而維持白矮星的穩(wěn)定），其表面重力試圖將核心所有的電子壓縮至最低能量狀態(tài)。然而根據(jù)泡利不兼容原理，任何兩個全同的電子不能處于同一量子態(tài)，因此處于最低能量狀態(tài)的電子會將其它電子“推”回核心周圍，從而產(chǎn)生向外的壓力（即高密度費(fèi)米子氣體的最低能量狀態(tài)已被填滿，迫使其他電子進(jìn)入高能態(tài)，產(chǎn)生巨大的簡并壓力）。不過這種壓力只有在恒星質(zhì)量不超過太陽質(zhì)量的1.44倍時(shí)才可以持續(xù)存在。當(dāng)白矮星的質(zhì)量超出這個極限（即錢德拉塞卡極限the Chandrasekhar limit）會直接坍縮成中子星（neutron star中子星超過奧本海默極限時(shí)才會形成黑洞）或者黑洞（black hole）。

白矮星坍縮成中子星后，電子簡并態(tài)不復(fù)存在，由中子簡并態(tài)取而代之。中子星巨大的表面重力使核心部位的電子和質(zhì)子相互融合形成中子。一般游離中子（即不被原子核束縛的中子）的半衰期為10.3分鐘，而中子星的密度達(dá)到原子核密度，此時(shí)中子能夠穩(wěn)定存在于在原子核外，于是中子星的核心位置形成了中子簡并態(tài)。

還有其他一些可能存在的外星簡并態(tài)物質(zhì)，如存在于稀有星體夸克星（quark star）的奇異物質(zhì)（譯注：strange matter也被稱為夸克物質(zhì)，是一種未在地球上發(fā)現(xiàn)的理論物質(zhì)，具有極大引力負(fù)壓的物質(zhì)形態(tài)）?？淇诵鞘墙橛谥凶有呛秃诙粗g的星體，核心部位有極高密度的夸克，當(dāng)夸克之間非常接近時(shí)可以完全作為自由粒子活動，形成“夸克湯”（譯注：在超過1萬億攝氏度的溫度下，質(zhì)子和中子也會“熔化”，變成夸克和膠子組成的等離子體，這種夸克-膠子等離子體就是“夸克湯”）。目前人類還未觀察到這類星體，但物理學(xué)家們正在不斷努力證明它們的存在。

7.超流體

讓我們回到地球來談?wù)摮黧w（superfluid）。氦、銣或鋰元素中某種同位素被冷卻至接近絕對零度時(shí)就會出現(xiàn)這種物質(zhì)狀態(tài)，類似于玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)（Bose-Einstein condensate，簡寫B(tài)EC，不知道這是什么？下一節(jié)告訴你！），但又有細(xì)微的差別。有些玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)是超流體，而有些超流體卻是玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，二者間有交集但不完全相同。

最常見的超流體是液氦。當(dāng)氦氣冷卻至“λ點(diǎn)”溫度2.17K（譯注：λ點(diǎn)即“l(fā)ambda point”，液態(tài)氦-4的兩個液相：正常相氦Ⅰ和超流相氦Ⅱ，它們之間的轉(zhuǎn)變溫度稱為λ點(diǎn)，飽和蒸氣壓下的λ點(diǎn)為2.172K）時(shí)，部分液體就會變成超流體。大多數(shù)物質(zhì)冷卻到一定溫度時(shí)，原子間的引力強(qiáng)度將超過自身的熱振動（審校注：所有的分子原子都是處于振動狀態(tài)。溫度是微觀粒子振動的宏觀表現(xiàn)，微觀粒子振動越劇烈，溫度越高。絕對零度便是微觀粒子停止振動的情況），變成固態(tài)。但氦原子之間的相互作用很弱，所以能在絕對零度下仍維持液體狀態(tài)，實(shí)際上這時(shí)液體中的原子會突然失去隨機(jī)運(yùn)動的特性，而以有序的方式運(yùn)動，從而創(chuàng)造出超流體的奇特屬性。

首先，超流體沒有內(nèi)粘滯性。試管中的超流體會看似違反了萬有引力和表面張力的原則沿管壁向上“爬”，還易滲漏，因?yàn)樗梢酝ㄟ^任何微小的孔洞“鉆出去”（超流體可以流過半徑為十的負(fù)五次方厘米的小孔或毛細(xì)管）。除此之外，超流體也表現(xiàn)出奇怪的熱力學(xué)性質(zhì)，它們具有零熵值和無限大的熱傳導(dǎo)率，這意味著兩個超流體之間不會有溫差。如果傳熱給超流體，那么它的傳熱速度會快到形成熱波，而普通液體是不具有這個屬性的。

6.玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)

玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)以低調(diào)又難以理解而聞名。首先，我們必須要理解什么是玻色子和費(fèi)米子。費(fèi)米子是具有半整數(shù)自旋的基本粒子（如電子）或復(fù)合粒子中的重子（如質(zhì)子），并遵循讓電子簡并態(tài)成為現(xiàn)實(shí)的泡利不兼容原理。而玻色子（boson）則是擁有整數(shù)自旋的粒子，多個玻色子可占據(jù)相同的量子態(tài)。玻色子包括所有能傳遞作用力的基本粒子（例如光子）和一些原子，如上文的超流體氦-4和其他一些氣體。這一類元素統(tǒng)稱為玻色子。

在二十世紀(jì)20年代，阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）借鑒印度物理學(xué)家薩特延德拉·納特·玻色（Satyendra Nath Bose）的成果提出一種新的物質(zhì)形態(tài)。愛因斯坦最初的推論是，如果冷卻特定元素的氣體至接近絕對零度，那么他們的原子波函數(shù)（審校注：對于多電子的原子，或者是多粒子的系統(tǒng)而言，其主要存在的空間是所有電子的可能結(jié)構(gòu)，波函數(shù)則描述這些結(jié)構(gòu)的機(jī)率）會聯(lián)合創(chuàng)建一個“超級原子”，這種物質(zhì)會表現(xiàn)出宏觀量子效應(yīng)。但直到二十世紀(jì)90年代，才有技術(shù)能冷卻這些元素到足夠低的溫度。1995年，研究員埃里克·康奈爾（Eric Cornell）和卡爾·威曼（Carl Wieman）將兩千多個原子聚合成玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)，達(dá)到了顯微鏡下可觀測的水平。

玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)與超流體相類似，但也有其特有的性質(zhì)。最令人震驚的是BEC居然可以減緩光速。1998年，哈佛研究員萊娜·孝（Lene Hau）用激光照射一個雪茄形的BEC，成功使光速降到每小時(shí)60千米。在接下來的實(shí)驗(yàn)中，孝的研究團(tuán)隊(duì)在激光射入樣品的同時(shí)關(guān)閉了激光，光線呈現(xiàn)出完全靜止的狀態(tài)。這些實(shí)驗(yàn)的成功開辟了光通迅和量子計(jì)算的全新領(lǐng)域。

5.姜-泰勒金屬

姜-泰勒金屬（Jahn-Teller Metals）可以說是物質(zhì)狀態(tài)大家庭里的新生兒，2015年科學(xué)家們頭一次成功創(chuàng)造出這種金屬。如果該金屬能被其他實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可，這將改變我們對整個世界的認(rèn)知，因?yàn)榻?泰勒金屬既是超導(dǎo)體，又是絕緣體。

由化學(xué)家科斯馬斯·普拉薩斯（Kosmas Prassides）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)將銣原子引入碳60（又稱巴基球）中，改變了碳原子之間的距離，迫使其形成了一種新的晶體結(jié)構(gòu)。該金屬的名字來源于姜-泰勒效應(yīng)（Jahn-Teller effect），該效應(yīng)描述了壓力是如何改變分子幾何結(jié)構(gòu)從而形成新的電子排布。從化學(xué)的角度上看，壓力不光可以通過壓縮物體來實(shí)現(xiàn)，還可以通過在原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加新的原子或分子，改變基本屬性來實(shí)現(xiàn)。

在進(jìn)行碳60里引入銣原子的實(shí)驗(yàn)中，碳分子逐漸從絕緣體變成了超導(dǎo)體。根據(jù)姜-泰勒效應(yīng)，分子趨于保持其原有的幾何結(jié)構(gòu)，于是便形成了一種看似絕緣體卻擁有超導(dǎo)性的特殊物質(zhì)。這種轉(zhuǎn)變在本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前從未出現(xiàn)過。

為何這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)如此令人激動？因?yàn)樵摻饘倌茉诟邷兀ā案摺笔窍噍^于零下243.2攝氏度而言的零下135攝氏度）下成為超導(dǎo)體，使該金屬得以大規(guī)模生產(chǎn)和進(jìn)行更多的實(shí)驗(yàn)。如果以上說法被證實(shí)無誤，我們將有可能大規(guī)模生產(chǎn)導(dǎo)電過程中不會產(chǎn)生熱量、聲音和其他形式能量損失的超導(dǎo)性材料，這將徹底改變?nèi)祟惤窈蟀l(fā)電及導(dǎo)電的方式。

4.光分子

一直以來人們都認(rèn)為光子是不會產(chǎn)生相互作用的無質(zhì)量粒子，然而過去幾年里麻省理工和哈佛大學(xué)的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了使光看似有質(zhì)量的方法，他們甚至創(chuàng)造了“光分子”（light molecules），這些分子會相互排斥也能粘合。如果你覺得這聽起來很無聊，不妨將這當(dāng)作是制造光劍非常重要的第一步。

光分子背后的科學(xué)問題稍微有點(diǎn)復(fù)雜，但請堅(jiān)持看下去（光劍，光劍，光劍，重要的事情說三遍）。起初研究人員利用超冷銣氣體做實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造光分子。當(dāng)一個光子被射入銣氣體時(shí)，它發(fā)生了偏轉(zhuǎn)并與銣分子相互作用，此時(shí)光子損失能量，速度變慢。穿出氣體的光子速度顯著下降，但性質(zhì)不變。

當(dāng)他們射兩個光子進(jìn)入銣氣體時(shí)，事情就變得怪異了，這引起了一個叫做“里德伯封鎖”（Rydberg blockade）的現(xiàn)象。在這種狀態(tài)下，一個原子被激活時(shí)，臨近原子無法被激活到相同的程度，因?yàn)楸举|(zhì)上這個激活后的原子阻止了光子前進(jìn)。為了讓第二個光子把周圍的原子激活，第一個原子必須穿過氣體繼續(xù)前進(jìn)。光子之間通常不會發(fā)生相互作用，但在“里德伯封鎖”環(huán)境中這兩個光子會伴隨著能量轉(zhuǎn)換和對彼此的相互作用力全程推拉著直到穿過氣體。從觀察者的角度來看，這些光子似乎具有質(zhì)量，而且能像分子一樣運(yùn)動，即使它們依舊沒有質(zhì)量。這些從氣體里出來的光子，好像結(jié)合成了光分子，能夠發(fā)生偏轉(zhuǎn)和變形。

要想實(shí)際應(yīng)用光分子，我們還有很長一段路要走，但哈佛大學(xué)物理學(xué)教授米哈伊爾·盧金（Mikhail Lukin）早就構(gòu)思出一系列可能的用途，從制作計(jì)算機(jī)到三維晶體。當(dāng)然，還有光劍！

3.無序超齊構(gòu)體

科學(xué)家在鑒定一種物質(zhì)是否為新的狀態(tài)時(shí)，除了屬性以外還要考慮它的結(jié)構(gòu)。2003年，普林斯頓大學(xué)的薩爾瓦多·托爾（Salvatore Torquato ）和弗蘭克·斯蒂爾靈格（Frank H. Stillinger）提出了一種叫無序超齊構(gòu)體（disordered hyperuniformity）的新物質(zhì)形態(tài)。這名字聽起來很矛盾，實(shí)際上因?yàn)樵撐镔|(zhì)近距離看上去雜亂無章，遠(yuǎn)觀時(shí)卻井然有序。這樣的物質(zhì)同時(shí)兼具晶體和液體的特性。人們起初以為這只會出現(xiàn)在純等離子體和液氫中，但近期研究人員在看似最不可能的地方：雞的眼睛中，發(fā)現(xiàn)了這樣的天然物質(zhì)。

雞的眼睛中有五種視錐細(xì)胞，四個用來區(qū)分顏色，一個用來檢測光。然而不同于人眼或其他昆蟲的六角形眼睛，其視錐細(xì)胞的排序是隨機(jī)而無序的。因?yàn)殡u眼中的視細(xì)胞大小、形狀各異，而且存在“禁區(qū)”（譯注：每個視細(xì)胞必須與其它所有視細(xì)胞保持一定距離，同時(shí)又要與同類的視細(xì)胞保持更大的距離），這使它們不能形成如同固體粒子般有序的晶體結(jié)構(gòu)。事實(shí)證明，當(dāng)把所有視錐細(xì)胞看成一個整體時(shí)，我們看到的是高度有序的圖形分布，就像文章所附的照片一樣。因此，當(dāng)我們近距離觀察雞眼中的視錐細(xì)胞時(shí)它是液體，遠(yuǎn)看時(shí)則可以把它看成固體。這不同于上文提到的非晶型固體，因?yàn)槌R構(gòu)體擁有了非晶態(tài)固體所不具備的液體特性。

科學(xué)家仍在繼續(xù)研究這種很可能比我們原來想的更普遍的新物態(tài)。普林斯頓大學(xué)的學(xué)者們就正在鉆研，并希望能利用該物質(zhì)制造出擁有自我排序結(jié)構(gòu)的材料和能檢測特定波長的光探測器。

2.弦網(wǎng)液態(tài) 

真空是什么物態(tài)？大多數(shù)人應(yīng)該都沒想過這個問題吧。但在過去的十年間，美國麻省理工學(xué)院的文小剛和哈佛大學(xué)的邁克爾·萊文（Michael Levin）則認(rèn)為他們已經(jīng)通過一種新物態(tài)——弦網(wǎng)液態(tài)（string-net liquid），發(fā)現(xiàn)了超越電子的基本粒子。

研發(fā)弦網(wǎng)液態(tài)模型之路始于90年代中期，一科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在兩個半導(dǎo)體之間移動電子的實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)了“準(zhǔn)粒子”（quasiparticles）。這引起了物理界的轟動，因?yàn)闇?zhǔn)粒子好像帶有分?jǐn)?shù)電荷（fractional charge），這在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是不可能的。該實(shí)驗(yàn)小組整理數(shù)據(jù)后認(rèn)為，電子可能根本不是宇宙中最基本的粒子，而且還有更多仍未發(fā)現(xiàn)的基本粒子。他們的勞動成果使其榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎，后來卻發(fā)現(xiàn)這竟是實(shí)驗(yàn)過程里操作失誤才造成的結(jié)果。于是， “準(zhǔn)粒子”說便不復(fù)存在。

但是一些研究人員并未徹底放棄這種想法。文小剛和萊文繼續(xù)研究“準(zhǔn)粒子”，并發(fā)現(xiàn)一種被稱為弦網(wǎng)的新型物質(zhì)。量子糾纏（quantum entanglement）是這類物質(zhì)狀態(tài)的基本屬性。與無序超齊構(gòu)體一樣，如果你近距離觀看弦網(wǎng)，就會覺得它只是一組無序的電子。然而觀查弦網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整體時(shí)就會發(fā)現(xiàn)，因?yàn)槭艿诫娮拥牧孔蛹m纏，該物質(zhì)其實(shí)是高度有序的。文和萊文隨后還把研究工作拓展到其他粒子和糾纏特性方面。

這兩位科學(xué)家利用電腦創(chuàng)建出該新物態(tài)模型后，發(fā)現(xiàn)弦網(wǎng)的末端能夠產(chǎn)生他們想要的各式亞原子粒子（subatomic particle），其中還包括傳說中的“準(zhǔn)粒子”。更令人震驚的是，他們發(fā)現(xiàn)弦網(wǎng)在震動時(shí)能夠支配光，這完全符合麥克斯韋方程組（Maxwell’s equations）的推算。文和萊文在他們的論文中提出：空間里充滿了糾纏的亞原子粒子弦網(wǎng)，而我們所看到的亞原子粒子就是這些“弦”的末端。同時(shí)他們還認(rèn)為其實(shí)是弦網(wǎng)液態(tài)物質(zhì)造就了光。如果真空中也充滿了弦網(wǎng)液態(tài)物質(zhì)，我們就能統(tǒng)一物質(zhì)和光了。

這似乎令人很難以置信，但在1972年（弦網(wǎng)液態(tài)被提出的幾十年前）就曾有礦物學(xué)家在智利發(fā)現(xiàn)了一種被稱為“herbertsmithite”的奇怪礦物質(zhì)。（譯注：herbertsmithite即液態(tài)自旋量子礦物晶體，以礦物學(xué)家赫伯特·史密斯的名字命名）這種礦物質(zhì)的電子呈三角形排列，似乎與我們所知的電子間的相互作用相矛盾。然而我們通過弦網(wǎng)模型可以推算出這種呈現(xiàn)三角形的電子結(jié)構(gòu)， 科學(xué)家們正在試圖動手制作該礦物晶體來證明模型的準(zhǔn)確性。不過這種理論上的物態(tài)是否確切存在，目前仍無定論。

1.夸克-膠子等離子態(tài) 

作為最后出場的低調(diào)物態(tài)，不如讓我們來看看所有物質(zhì)的起點(diǎn)：夸克-膠子等離子態(tài)（quark-gluon plasma）。事實(shí)上，早期宇宙的形態(tài)與我們現(xiàn)在所見的完全不同，討論這點(diǎn)之前咱們先科普些背景知識。

夸克是我們在屬于強(qiáng)子（hadron）的粒子（如質(zhì)子和中子）中發(fā)現(xiàn)的基本粒子。強(qiáng)子分兩類：重子（Baryon）由三個夸克組成（或者三個反夸克組成反重子）；介子（Meson）由一個夸克和一個反夸克組成。夸克有分?jǐn)?shù)電荷，并且被膠子（一種負(fù)責(zé)傳遞強(qiáng)核力的粒子）捆綁在一起。

夸克無法獨(dú)立存在于自然界，但宇宙剛剛大爆炸的那一瞬，夸克和膠子獨(dú)自存在了一毫秒。就在這一毫秒中宇宙的溫度極高，以至于接近光速運(yùn)動的夸克和膠子無法相互作用，所以這期間的宇宙完全由高溫夸克-膠子等離子態(tài)物質(zhì)組成。馬上，宇宙就會降到夸克開始與膠子相互作用的溫度，使它們形成像強(qiáng)子這樣的復(fù)合粒子。在這之后，宇宙就如我們所知的，以強(qiáng)子和電子結(jié)合產(chǎn)生出最初的原子逐漸演變而來。

如今科學(xué)家們正嘗試在大型粒子加速器中重建夸克-膠子等離子態(tài)。他們在實(shí)驗(yàn)中將類似強(qiáng)子的復(fù)合粒子互相撞擊，為了創(chuàng)造出能使夸克短時(shí)間分離的溫度。從這些早期實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我們已經(jīng)了解到夸克-膠子等離子態(tài)的一些屬性，比如零摩擦以及比一般等離子體更接近液體。隨著研究人員對該外來物態(tài)的深入實(shí)驗(yàn)，我們將對“宇宙是怎樣形成的，為什么會這樣形成”有更多了解。

作者/ Zachery Brasier

翻譯/@兔小咪