Dạng vật chất thứ tư
         
Ngoài thể rắn, thể lỏng, thể khí ra vật chất còn ở trạng thái nào khác nữa không?

Vật chất xung quanh chúng ta thật là muôn hình muôn vẻ phong phú đa dạng. Nếu cần phân loại chắc bạn có thể chỉ ra ngay không khó khăn gì cái nào là chất rắn cái nào là chất lỏng cái nào là chất khí.

Ngoài 3 loại đó ra vật chất còn ở trạng thái nào khác nữa không? Hãy lấy nước làm ví dụ: đun nóng một cục băng đến mức độ nhất định nó (thể rắn) sẽ biến thành nước (thể lỏng) nhiệt độ tăng lên nữa nước sẽ bốc hơi (thể khí). Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ hơi nước lên cao hơn nữa thì sẽ được kết quả như thế nào?

Khi nhiệt độ chất khí cao hơn vài ngàn độ thì các electron mang điện âm bắt đầu bứt khỏi nguyên tử và chuyển động tự do nguyên tử trở thành các ion mang điện dương. Nhiệt độ càng cao thì số electron bứt ra khỏi nguyên tử chất khí càng nhiều hiện tượng này được gọi là sự ion hoá của chất khí. Các nhà khoa học gọi thể khí iron hoá là "trạng thái plasma".

Ngoài nhiệt độ cao ra dùng các tia tử ngoại tia X tia b cực mạnh chiếu vào chất khí cũng có thể làm cho nó biến thành plasma.

Có thể bạn cảm thấy plasma rất hiếm có. Nhưng thực ra đó lại là một trạng thái phổ biến trong vũ trụ.

Trong lòng phần lớn những vì sao phát sáng trong vũ trụ đều có nhiệt độ và áp suất cực cao vật chất ở trong lòng các vì sao này đều ở trạng thái plasma. Chỉ có ở một số hành tinh tối và vật chất phân tán trong thiên hà mới có thể tìm thấy chất rắn chất lỏng và chất khí.

Ngay xung quanh chúng ta cũng thường gặp vật chất ở trạng thái plasma. Như ở trong ống đèn huỳnh quang đèn neon trong hồ quang điện sáng chói đều có thể tìm thấy dấu vết của nó. Hơn nữa trong tầng ion xung quanh trái đất trong hiện tượng cực quang trong khí phóng điện sáng chói ở khí quyển và trong đuôi của các sao chổi ta đều có thể tìm thấy trạng thái plasma kỳ diệu này.

Các nhà khoa học đã phát hiện được các ngôi sao lùn trắng trong vũ trụ có kích thước không lớn nhưng mật độ của chúng thì rất đáng kinh ngạc. Mật độ của chúng ước tính gấp từ 36 đến mấy trăm triệu lần mật độ của nước. Đó là vì duyên cớ gì?

Vật chất là do các nguyên tử cấu tạo thành. ở vật chất thông thường trong nguyên tử và giữa các nguyên tử với nhau có khoảng không rất lớn. Trung tâm của nguyên tử là hạt nhân phía ngoài là các lớp electron chuyển động quanh nó hạt nhân nguyên tử rất nặng trọng lượng của nó chiếm tới 99% trọng lượng toàn bộ nguyên tử thế nhưng thể tích của hạt nhân rất nhỏ giả sử nguyên tử là một ngôi nhà cao to thì hạt nhân nguyên tử chỉ là một viên bi thuỷ tinh đặt giữa ngôi nhà vì vậy khoảng không bên trong nguyên tử cũng rất lớn.

ở bên trong ngôi sao lùn trắng áp suất và nhiệt độ đều rất lớn. Dưới áp suất mấy triệu atmotsphe không chỉ khoảng cách giữa các nguyên tử với nhau bị giảm đi mà ngay các lớp electron đều bị ép chặt vào với nhau lúc đó bên trong vật chất chẳng còn khoảng trống nào nữa vì thế vật chất trở nên đặc biệt nặng. Vật chất như vậy được các nhà khoa học gọi là "trạng thái siêu đặc". Bên trong các ngôi sao lùn trắng vật chất ở trạng thái siêu đặc như vậy ở trung tâm trái đất mà chúng ta đang sống áp suất đạt tới 3,55 tỷ bar (1 atmotsphe = 1013 bar = 760 tor) vì vậy cũng tồn tại một số vật chất ở trạng thái siêu đặc nhất định.

Giả sử lại tăng thêm áp lực lên vật chất ở trạng thái siêu đặc thì những hạt nhân nguyên tử và electron đã bị ép chặt đến mức không thể chặt hơn nữa do đó hạt nhân nguyên tử sẽ bị vỡ ra từ bên trong phóng ra các proton và nơtron. Khi xảy ra điều đó thì cấu tạo vật chất có những thay đổi căn bản proton kết hợp với electron biến thành nơtron. Trạng thái như thế được gọi là "trạng thái nơtron".

Mật độ của vật chất ở trạng thái nơtron còn làm cho người ta kinh ngạc hơn so với vật chất ở trạng thái siêu đặc thì nó lớn hơn 100 000 lần! Một cục vật chất ở trạng thái nơtron to bằng bao diêm có thể nặng tới 3 tỷ tấn cần tới hơn 96000 đoàn xe lửa lớn mới kéo nổi nó.

Người ta cho rằng trong vũ trụ một số ngôi sao có thể có vật chất ở trạng thái như vậy và được gọi là sao nơtron.

Vì thế đến đây chúng ta biết rằng vật chất không chỉ có ba trạng thái rắn lỏng khí mà thôi.

(st)