«به نام خدا»

هر 6 حالت ماده

All 6 states of material

جامد    Solid

ماده ی متراکمی که سخت ترین حالت هر ماده رو می سازد . اتم های نزدیک به هم ، الگوهای منظمی به اسم شبکه به وجود می آورند ؛ که توسط یک  نیروی قوی در کنار هم تقریبا ثابت می شوند . و فقط اجازه دارند تا در جای خودشون به آرومی ارتعاش داشته باشند . البته سختی یک جسم به شیوه ی آرایش و نحوه ی حرکت اتم های آن هم بستگی دارد. مثلC  همون کربن سیاهه که گاهی به شکل گرافیته و گاهی به هم درخشندگی الماس .

مایع   Fluid    

توی مایع دیگه اون اجباری که مولکول های اتم برای موندن در جاشون توی جامد دارند ، وجود ندارد و مولکول ها می توانند در بین همدیگر بغلتند واسه همین هم همیشه از شکل ظرفشون الگو برداری می کنند .

گاز   Gas          

 همون مایع را در نظر بگیرید اگر به مولکول ها و اتم هاش البته بسته به نوع اونها مقداری انرژی بدهیم حرکت غلطیدن و جابجایی اون مولکول ها دیگه کاملاً مستقل می شه  و تقریباً بدون هیچ وابستگی به دیگر مولکول ها به هر سمتی حرکت می کنند ، و گاهی به صورت تصادفی باهم برخود دارند .

پلاسما  Plasma 

البته با اینکه این از اول حالت هایی که خیلی ها نمی دونند  ولی باز تاحدودی شناخته شده تره .

به طور خیلی خلاصه می شه گفت پلاسما همون گاز یونیزه شده است . یعنی الکترون مولکول های گاز ، با گرفتن انرژی مولکول ها رو ترک کردند .

خیلی از چیز های آشنا هم از پلاسما ساخته شده اند  مثل همین خورشید خانم . حتی گاز درون مهتابی خونتون هم وقتی روشن می شه ، پلاسما می شه .

در لحظات اولیه ی پس از بیگ بانگ big bong))هم به علت وجود حرارت زیاد گاز ها یونیزه شده بودند و جهان از پلاسما پر شده یا بهتر بگم ساخته شده بود . قرآن هم بهترین مثال رو برای اون زده ، درسوره ی فصلت آیه ی 10 ، که در هنگام آفرینش از دخان ، به معنی دود استفاده شده ، که ذرات دوده درآن معلق هستند مثل الکترون ها ( این هم خدا شناسی به روش علمی !)

واما دو حالت دیگر که عمراً خیلی ازشما ها حتی اسم شون رو هم شنیده باشید . که البته وارد کوانتوم هم می شیم :

خب قبل از ادامه بحث باید کمیتی رو به نام اسپین به شما معرفی کنم .

 یک مربع را در نظر بگیرید ، اگر 90  درجه یا 4/1 دور ، اون رو بچرخونیم ، دوباره شبیه حالت اولش می شه ، پس اسپین اون رو 4 معرفی می کنیم . یا مثلا  یک مثلث متساوی الاضلاع که با چرخیدن 3/1 دور، دوباره شبیه حالت اولش می شه، پس اسپین اون هم3 است.

خوب، در طبیعت هم ذرات بنیادی همین خواص را دارند  و بعضی از اون ها با چرخیدن کسری از دایره، به شکل اولشون باز می گردند. پس اسپین اون ها عدد کاملیه.

اما چیز های جالب تر دیگه هم وجود دارند که با یک دور چرخیدن هم، به حالت اولشون باز نمی گردند؛ و باید بیشتر از1دور، یعنی 2و3و... دور بزنند تا به حالت اولشون برگردند ، پس اسپین های 2/1و3/1و... رو تشکیل می دهند .

حالت پنجم

چگال بوز-اینیشتین Bose-Einstein condensate      

Discoverd in 1995

خب بعد از تعریف بالا ، ذرات بنیادی که دارای اسپین کامل مثل2و3و... هستند رو بوزن می نامند. که به اسم ساتیندرا بوز هندی نام گذاری شده اند .  از این بوزون ها می شه از مزون و بچه معروفشون، فوتون یاد کرد . حتی هسته ی اتم های با جرم اتمی زوج، مثل هیدروژون البته هسته اش .  قضییه اسپین و آمار به ما می گه که، در یک تابع موجی، با عوض کردن جای دو بوزون همسان، تابع تغییر نمی کند و تغییر علامت نمی ده. واسه همین هم به علت تغییر نکردن تابع موج، تعداد مختلفی از بوزون های همسان، این توانایی را دارند ، تا یک حالت کوانتومی رو در یک زمان، در فضای هیلبرت اشغال کنند. علاوه بر اون در دما های پایین تر اگر توسط مقدار خیلی زیاد از بوزون ها یک حالت کوانتومی اشغال بشه حالت پنجم ماده به وجود میآد که به اون چگالش بز-اینیشتن می گویند . مثل ابر میعان در هلیم و یا حتی لیزر خودمون توسط همون فوتون ها که نوعی بوزون هستند . این چگال بز-اینیشتن شکننده است و سرعت نور در اون باتوجه به بقیه ی حالت ها نسبتاً پاینه .

حالت ششم

چگال فرمیونی           Fermionic Condensate

Discoverd in 2003

اما اون ذرات بنیادی که اسپیشون کسری بود، به فرمیون که هم نام فیزیکدان ایتالیایی، انریکو فرمیون نامیده شده است معروفند. کوارک ها که ذرات سازنده ی پروتون ها و نوترون ها هستند هم فرمیونند . حتی خود پروتون و یا نوترون که هر کدام هم از کوراک (فرمیون ) با رنگ های مختلفی ساخته شدند هم نوعی فرمیون هستند .

همون طور که گفتم با قضیه ی اسپین و آمار می شه نشون داد که با عوض کردن جای دو فرمیون همسان تابع موج  منفی می شه،البته بر عکس بوزون ها. به همین علت هم فرمیون ها با توجه به قاعده ی پائولی، در نظریه ی میدان کوانتومی رفتار می کنند؛ که   طبق اون هم، بر خلاف بوزون ها ، دو فرمیون همسان، نمی توانند یک حالت کوانتومی مشترک رو در فضای هیلبرت اشغال کنند .

حال با سرد کردن فرمیون ها در دمای خیلی خیلی کم ، این شکل ماده به وجود می آید. البته حالت ششم و پنجم در ساخته شدن ، خیلی شبیه هم هستند ولی :

تفاوت حالت پنجم و ششم

به طور خیلی ساده و خلاصه اینه که ، اگه یادتون باشه هر دو شون از سرد کردن چیز هایی به نام بوزون ها و فرمیون ها ایجاد می شدند ؛ علاوه بر اون فرق این دو ذره در اسپینشون بود .

اوربیتال ها و اسپین الکترون ها رو به یاد بیارید ، توی یک اوربیتال دو الکترون با اسپین متفاوت(که اسپین هر کدوم 2/1بود.) می تونستند قرار بگیرند ولی وقتی چند اوربیتال ، هرکدوم توسط یک الکترون پر می شدند ، اسپین اون الکترون ها یکسان بود .

تفاوت این دو حالت هم دقیقا یه چیزیه توی همین مایه ها، که هنگام سرد کردن بوزون ها و فرمیون ها نحوه ی قرار گرفتنشون توسط اسپین اون ها  مشخص می شه . و خواص جالبی رو برای اون ها به ارمغان می آره مثل ابر رسانایی در چگال فرمیونی .