《三体》中的物理学：水滴态可能存在吗？(4)

这个结论错了，的确存在非普通物质，例如等离子体、白矮星物质、中子星物质，甚至夸克星物质，以及已经在实验中发现的夸克-胶子等离子体。这些非常物态的存在，与原子再分后的更加“基本”的粒子的存在有关。例如，等离子体和白矮星物质的存在与电子、离子以及原子核有关，中子星物质与中子有关，夸克星物质以及夸克-胶子等离子体与夸克以及胶子的存在有关。
在讨论这些非普通物质之前，我们还是将普通物质分一下类。在地球上，自然的物质状态有四类。
首先是气体，这也是化学家在研究元素性质的过程中利用得最多的物质状态。一个气体可以由一种原子组成，如氦气、氖气，也可以是一种分子组成，如氢气、水蒸气、二氧化碳气体，也可以是混合的，如地球上的大气。
气体的主要特征是原子或分子之间的间距很大，因此它们之间几乎没有什么相互作用，每个原子或分子在气体中相对自由地运动，也因为如此，气体容易流动、变形，同时也不容易被观察。气体的分子或原子之间存在碰撞，这些分子或原子碰撞两次的地点之间的距离叫作自由程。自由程很大的气体我们叫作理想气体，这是最早被研究的气体，宏观上很容易描述，例如我们用温度、压强就能够描述一个理想气体了，而一个理想气体所占的体积可以由温度和压强推算出来。推算的公式叫作状态方程，最早发现这个方程的是波义耳。
有趣的是，我们通常所见的氧气和氢气并不是由原子组成的，而是由双原子形成的分子组成的，真正的单原子气体是惰性气体，如前面提到的氦气和氖气。
当气体的温度降低，或者压强增大时，气体的分子、原子之间的碰撞频率增大，自由程变小，这时的气体已经不是理想气体了，气体的状态方程变复杂了。到了一定程度，气体就会发生相变，变成液体。例如，水蒸气在一个大气压下当温度降到100℃以下时成为液体水，氧气的温度降到90K时才成为液体，氢气必须将温度降到33K时才能成为液体，而氦气则需要降到5K才成为液体。在地球上，我们经常用的低温液体是液态氮，最高温度是77K，超过这个温度，氦就会蒸发为气体。
物质处于液体状态时流动性还是很好，但分子或原子之间的间距大大变小，密度也更大。液体虽然还有流动性，但在压力之下体积变化率比气体小得多。我们知道，水是很难被压缩的。当液体的温度继续降低时，就会相变成第三种常见的状态——固体或固态。
固体也是地球表面上最常见的状态，泥土和岩石是固体，金属也是固体。固体中的粒子之间的力很大，因此固体很难变形。但是，固态中的粒子排列千变万化，有的非常规则，有很高的对称性，这种状态叫晶体，典型的例子是钻石。多数固体中的粒子排列不规则，叫非晶态固体。有一种特别的固体，被发现时间很短，只有三十年，它的结构介于晶体和非晶体之间，叫准晶体。准晶体不像晶体那样有平移对称性（即在不同的地方看起来是一样的），却有一种奇妙的对称性质，如在空间转动五分之一周的对称性，这是晶体完全不能允许的。