Trzy stany skupienia? To już nieaktualne!

Podział na 3 stany skupienia – ciała stałe, gazowe i płynne – powstał
w XVIII w. W dobie wielu odkryć i rozwoju cywilizacyjnego wiemy już, że ten podział jest przestarzały. Idąc zgodnie z duchem czasu fizycy dopracowali tę klasyfikację i podzielili stany na: stały oraz płynny, a ten ostatni zawiera gazy i różne rodzaje plazm.
 
 

Co sprawiło, że naukowcy zaobserwowali kolejne stany skupienia? Jednym z takich czynników było wybudowanie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, w której nie tylko obserwuje się naszą planetę, ale wykonuje wiele badań naukowych w warunkach których nie można osiągnąć na Ziemi. W wyniku takich badań w 2018 roku udało się uzyskać kondensat Bosego- Einsteina (BEC).  Atomy rubinu zostały ochłodzone do temperatury zera absolutnego, czyli -273,15 stopni Celsjusza. Wszystkie elementy zyskały najniższą możliwą energię, czyli inaczej temperaturę. Wyniki tego eksperymentu opisano jako „piąty stan skupienia” (czwarty stan to oczywiście wcześniej wspomniana plazma). 

 

Plazma

 

Czym kondensat różnił się od poprzednich faz? Tutaj dużą rolę grają odległości atomów. W ciałach stałych są najmniejsze, a w gazach i cieczach bardzo rozległe i nieuporządkowane. W przypadku kondensatu pomimo odległości istnieje pewna hierarchia w ich układzie i dzięki temu mogą na siebie oddziaływać. Uzyskanie takiej fazy przewidział już w 1924 r. Albert Einstein, co było sprzeczne
z istniejącym wtedy kanonem nauki. Wraz z biegiem czasu połączono właściwości ciał stałych oraz BEC, dzięki temu powstał materiał „nadstały”, łączący cechy obu faz. Odkrycia te zapoczątkowały teorie, że podstawowy zestaw 3 stanów skupienia odnosi się do wąskiej grupy przypadków. Mogą one występować tylko na naszej planecie, a reszta sposobów występowania została określona jako faza.
 

Kosmos już nas tak nie ogranicza i staje się coraz bardziej dostępny. Oszacowano dzięki rachunkowi prawdopodobieństwa, że do odkrycia zostało około 500 faz materii. Tutaj sprawa komplikuje się jeszcze bardziej, ponieważ ciężko jest wyznaczyć w takich ekstremalnych i niespotykanych dla nas warunkach granicę między fazą a stanem. 

 

Kolejne odkrycia również nie ułatwiają sprawy. W 2019 r. zespół z Uniwersytetu w Tokio odkrył półprzewodnik o cechach izolatora, nadprzewodnika, metalu i magnetyka. W połączeniu dało to nową substancje z nowym stanem skupienia. Każde kolejne odkrycie na nowo komplikuje kwestie definicji stanu i faz, a co dopiero ich podziału. 

 

Niezależnie od tego, czym jeszcze zaskoczy nas świat warto pamiętać, że zmiany stanów i faz nie są takie proste jak na lekcjach fizyki czy chemii. Dzięki temu poznajemy pewnie schematy, które w  ścisłych przypadkach już nie obowiązują.  

Po więcej ciekawostek zapraszamy na naszą stronę Facebook.