Wir alle wissen, dass es drei Aggregatzustände der Materie gibt: fest, flüssig und gasförmig. Einige werden dieser Liste auch Plasma hinzufügen. Seltsamerweise endet die Liste der Materiezustände hier nicht!
fest, flüssig, gasförmig Welche anderen Aggregatzustände kennst du?
Alles, was in unserem Universum Raum einnimmt und Masse hat, ist Materie. Jede Materie besteht aus Atomen, die wiederum aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen.
Atome wiederum verbinden sich zu Molekülen, die die Bausteine für alle Arten von Materie sind. Sowohl Atome als auch Moleküle werden durch eine Form potentieller Energie zusammengeh alten, die als chemische Energie bezeichnet wird. Anders als kinetische Energie, die die Energie eines sich bewegenden Objekts ist, ist potentielle Energie die in einem Objekt gespeicherte Energie.
Es gibt vier natürliche Aggregatzustände: fest, flüssig, gasförmig und Plasma. Aber es gibt noch einen vom Menschen künstlich geschaffenen fünften Zustand:
Starre Körper
In einem Festkörper sind Teilchen dicht „gepackt“und bewegen sich daher wenig. Die Elektronen jedes Atoms sind ständig in Bewegung, daher haben die Atome immer noch eine kleine Schwingung, aber sie sind in ihrer Position fixiert. Daher haben Teilchen in einem Festkörper eine sehr geringe kinetische Energie.
Feststoffe haben eine bestimmte Form sowie Masse und Volumen und passen nicht zur Form des Behälters, in den sie gegeben werden. Sie haben auch eine hohe Dichte aufgrund der gleichen Partikelpackungsdichte.
Flüssigkeiten
In einer Flüssigkeit sind Partikel weniger kompakt organisiert als in einem Feststoff und können umeinander fließen, wodurch die Substanz leicht ihre Form ändern kann. Somit entspricht die Flüssigkeit der Form des Behälters, in den sie gegeben wird. Außerdem zeichnen sich Flüssigkeiten auch dadurch aus, dass sie sich unglaublich schwer komprimieren lassen.
Gase
In einem Gas ist der Raum zwischen den Teilchen groß und daher ist ihre kinetische Energie hoch. Gas hat keine bestimmte Form oder Volumen. Unbegrenzt, Gaspartikel werden sich unbegrenzt ausbreiten; aber wenn das Volumen begrenzt ist, dehnt sich das Gas aus, um den Behälter zu füllen. Wenn ein Gas durch Verringerung des Volumens dieses Behälters unter Druck gesetzt wird, verringert sich der Abstand zwischen den Partikeln.
Plasma
Laut dem Jefferson Lab ist Plasma auf der Erde viel seltener als im Rest des Universums (obwohl technisch gesehen jedes Feuer ein Niedertemperaturplasma ist). Sterne sind tatsächlich heiße Plasmakugeln.
Plasma besteht aus ionisierten Atomen mit extrem hoher kinetischer Energie. Die Edelgase (Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon) werden oft verwendet, um leuchtende Zeichen zu erzeugen, indem sie mit Elektrizität zu Plasma ionisiert werden.
Bose-Einstein-Kondensat
Das Bose-Einstein-Kondensat (BEC) wurde 1995 von Wissenschaftlern entwickelt. Mit einer Kombination aus Lasern und Magneten kühlten Eric Cornell und Carl Weiman, Wissenschaftler am Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) in Boulder, Colorado, eine Rubidiumprobe auf nahezu den absoluten Nullpunkt. Bei einer so extrem niedrigen Temperatur hört die Bewegung der Moleküle fast auf. Da fast keine kinetische Energie von einem Atom zum anderen übertragen wird, beginnen die Atome zusammenzukleben. Es gibt nicht mehr Tausende einzelne Atome, nur noch ein "Superatom".
BEC wird verwendet, um die Quantenmechanik auf makroskopischer Ebene zu untersuchen. Licht scheint sich zu verlangsamen, wenn es durch das BEC geht, was es Wissenschaftlern ermöglicht, das Teilchen/Wellen-Paradoxon zu untersuchen. BEC hat auch viele der Eigenschaften eines Superfluids oder eines Fluids, das ohne Reibung fließt. Übrigens ist es dieser Zustand der Materie, der verwendet wird, um die Bedingungen zu simulieren, die in Schwarzen Löchern herrschen können.
Buntglas-Kondensat
Im Jahr 2019 bestätigten Physiker experimentell einen weiteren von Albert Einstein vorhergesagten Zustand der Materie. Wir haben diese Entdeckung ausführlich behandelt. Seine Essenz liegt in der Tatsache, dass Gluonen – der subatomare „Leim“, der den größten Teil der Materie im Universum zusammenhält – bei einer kritischen Beschleunigung beginnen, zusammenzukleben. Irgendwann stellt sich heraus, dass das Medium mit Gluonen übersättigt ist und das sogenannte „Colored Glass Condensate“bildet. In diesem Zustand beginnen einige der Teilchen, aus denen Atome bestehen, erstaunliche Eigenschaften zu zeigen – und Wissenschaftler kämpfen immer noch damit, die Regeln herauszufinden, nach denen sich Materie verhält.
Bemerkenswert ist auch, dass Materie in der Quantenwelt auch ganz besondere Zustände annimmt. So wurde beispielsweise vor einem Jahr dietopologische Supraleitung entdeckt, dank derer die Menschheit in Zukunft Quantencomputer mit unglaublichem Potenzial zur Verfügung stellen kann. Die Quantenmechanik wird jedoch traditionell als separates Wissenschaftsgebiet betrachtet, und ihre Schnittmenge mit der "klassischen" Physik ist immer noch ein Thema hitziger Diskussionen in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
