Kas ir matērijas stāvokļi?

Vielas stāvokļi ir dažādas fiziskās formas, ko viela var sasniegt atkarībā no tās molekulārās konfigurācijas. Trīs klasiskie stāvokļi – ciets, šķidrs un gāzveida – ir viegli novērojami uz Zemes un var pāriet no viena uz otru. No neklasiskajiem matērijas stāvokļiem plazma ir visizplatītākā, veidojot lielu barionu vielu procentuālo daudzumu zināmajā Visumā. Citiem neklasiskiem stāvokļiem var būt liela līdzība ar klasiskajiem, tiem ir nepieciešami īpaši vides apstākļi vai tie pastāv galvenokārt teorētiski. Bozes-Einšteina kondensāts, viens no agrāk apstiprinātajiem teorētiskajiem stāvokļiem, tiek plaši atzīts par piekto primāro vielas stāvokli pēc trim klasiskajiem stāvokļiem un plazmas.

Objekta vielas stāvoklis lielā mērā ir atkarīgs no tā starpmolekulāro spēku stipruma un rakstura. Piemēram, cietās vielās spēki ir pietiekami spēcīgi, lai daļiņas sablīvētu cieši kopā, pieļaujot vibrāciju kā vienīgo kustības veidu. Rezultātā cietās vielas spēj sasniegt noteiktas formas un apjomus. No otras puses, šķidrumiem ir vājāki starpmolekulārie spēki, kas velk daļiņas kopā. Šķidrumiem nav noteiktas formas; tie ievēro savu konteineru formu un aizpilda tik daudz vietas, cik atļauj to tilpums. Gāzu starpmolekulārie spēki ir pat vājāki nekā šķidrumiem, kā rezultātā veidojas forma, kurai ir tendence izplesties visā traukā neatkarīgi no gāzu tilpuma.

Trīs klasiskie matērijas stāvokļi var pāriet no viena uz otru ar siltuma un spiediena palīdzību. Process, kurā cietās vielas kļūst par šķidrumiem, ir pazīstams kā kušana, savukārt pretējais ir sasaldēšana vai sacietēšana. To bieži ilustrē ar ūdeni — šķidrā stāvoklī ūdeni var sasaldēt ledū, cietā vielā, ko pēc tam var izkausēt atpakaļ šķidrā ūdenī. Ar pietiekamu siltumu un spiedienu šķidrumi var kļūt par gāzēm, izmantojot procesu, ko sauc par iztvaikošanu; kura reverss ir pazīstams kā kondensāts. Cietās vielas var pāriet tieši gāzēs sublimācijas ceļā, savukārt gāzes var kļūt par cietām vielām, nogulsnējot.

Lai gan uz Zemes parasti tiek novēroti matērijas klasiskie stāvokļi, plazma veido lielāko daļu no zvaigznēm. Plazma ir jonizēta gāze, kas atšķirībā no klasiskā stāvokļa rada elektromagnētiskas strāvas. Bozes-Einšteina kondensāti, kas nosaukti Satjendras Nata Bosa un Alberta Einšteina vārdā, ir gāzes, kas atdzesētas līdz vietai, kur daļiņas pārstāj darboties neatkarīgi, kā rezultātā rodas vienreizējs, bezberzes kvantu stāvoklis. Ārpus šiem pieciem galvenajiem matērijas stāvokļiem zinātnieki izvirza teoriju par daudziem citiem, piemēram, dīvaino un tumšo vielu. Cita starpā stikli un šķidrie kristāli tiek uzskatīti par pietiekami atšķirīgiem no pieciem, lai tos varētu klasificēt kā neklasiskus matērijas stāvokļus.