Όταν πρόκειται για καταστάσεις της ύλης, ίσως είστε εξοικειωμένοι με τρεις κατηγορίες: στερεά, υγρά και αέρια. Σε ακραίες συνθήκες, όπως οι υπερψυγμένοι εργαστηριακοί θάλαμοι ή οι πυρήνες των άστρων νετρονίων, η ύλη μπορεί να πάρει και άλλες παράξενες μορφές.
Όλες οι ύλες είναι κατασκευασμένες από μικρότερα σωματίδια. Πάρτε το νερό, για παράδειγμα. Εάν μεγεθύνετε έναν κύβο πάγου, θα δείτε ένα πλέγμα μεμονωμένων μορίων νερού. Εάν εστιάσετε σε ένα μόριο νερού, θα δείτε τρία μεμονωμένα άτομα: δύο άτομα υδρογόνου και ένα οξυγόνου. Αυτά τα άτομα, με τη σειρά τους, είναι κατασκευασμένα από ακόμη μικρότερα μέρη. Το υδρογόνο αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο και το οξυγόνο από οκτώ πρωτόνια, οκτώ νετρόνια και ισάριθμα ηλεκτρόνια. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια αποτελούνται από ακόμη μικρότερα σωματίδια που ονομάζονται κουάρκ.
Η κατάσταση της ύλης εναπόκειται στη διάταξη αυτών των σωματιδίων. Το νερό στον πάγο είναι σε στερεή κατάσταση. Σε ένα στερεό, τα μόρια δεσμεύονται μεταξύ τους με μοριακές δυνάμεις, γεγονός που τον καθιστά ικανό να διατηρεί το σχήμα του και σταθερό τον όγκο του.
Εάν επρόκειτο να λιώσετε τον πάγο, θα είχατε νερό σε υγρή κατάσταση. Εδώ, οι μοριακές δυνάμεις θα ήταν ασθενέστερες, αφήνοντας τα μόρια να κινούνται λίγο περισσότερο, αλλά ακόμα να μένουν κοντά το ένα στο άλλο. Τα υγρά αλλάζουν το σχήμα τους ώστε να ταιριάζουν στο δοχείο τους και, όπως τα στερεά, δεν μπορούν να συμπιεστούν.
Κρατήστε σε θέρμανση το υγρό νερό και θα πάρετε ένα αέριο. Τα σωματίδια αερίου κινούνται και απλώνονται πολύ περισσότερο από εκείνα του υγρού. Αν είναι σε ένα δοχείο, το αέριο θα εξαπλωθεί για να το γεμίσει. Αν δεν είναι, το αέριο θα εξαπλωθεί παντού αφού δεν έχει καθορισμένο όγκο ή σχήμα.
Το πλάσμα είναι εκεί όπου το παράδειγμα του νερού καταρρέει διασπώντας τους μοριακούς δεσμούς χωρίς να έχετε πια H2O. Το πλάσμα είναι ένα θερμό ιονισμένο αέριο που αποτελείται από πολύ φορτισμένα σωματίδια. Ωστόσο, δεν είναι το ίδιο με το φυσικό αέριο, δεδομένου ότι το ηλεκτρικό φορτίο βάζει τα πράγματα υπό την επίδραση οποιωνδήποτε ηλεκτρικών ή μαγνητικών πεδίων κοντά.
Παρόλο που ίσως δεν είστε τόσο εξοικειωμένοι με αυτή την κατάσταση της ύλης όσο και με τα προηγούμενα τρία, το πλάσμα είναι στην πραγματικότητα η πιο άφθονη κατάσταση στο παρατηρούμενο σύμπαν, που αποτελεί το 99% του συνόλου της παρατηρήσιμης ύλης. Τα αστέρια, τα αεριωθούμενα που εκτοξεύονται από μαύρες τρύπες και ακόμη και μέρη της γήινης ατμόσφαιρας, αποτελούνται από πλάσμα.
Οι παραπάνω καταστάσεις θεωρούνται οι τέσσερις θεμελιώδεις καταστάσεις της ύλης αφού είναι εύκολα παρατηρήσιμες στη φύση.
Υπάρχουν όμως και άλλες μη… κλασσικές καταστάσεις ύλης, πέρα από αυτές.
Μερικοί είστε εξοικειωμένοι με αυτές. Γυαλί, για παράδειγμα. Τα μόρια μέσα στο γυαλί δεν είναι τόσο οργανωμένα όσο θα ήταν σε ένα στερεό, αλλά πιο οργανωμένα από ένα υγρό. Αυτό κάνει το γυαλί άμορφο στερεό.
Ο υγρός κρύσταλλος στην οθόνη του τηλεφώνου ή του υπολογιστή σας (LCD) κρύβει τη γραμμή μεταξύ της στερεάς συμμετρίας ενός κρυστάλλου και της αποδιοργανωμένης ροής ενός υγρού, καθώς αποτελείται από σωματίδια που ευθυγραμμίζονται μεταξύ τους αλλά εξακολουθούν να ρέουν εύκολα.
Υπάρχουν επίσης καταστάσεις ύλης που συναντώνται μόνο στις πιο ακραίες συνθήκες. Όταν ψύχετε άτομα κοντά στο απόλυτο μηδέν, μπορείτε να πάρετε αυτό που είναι γνωστό ως συμπύκνωμα Bose-Einstein, όπου όλα αυτά τα μεμονωμένα άτομα συσσωματώνονται σε ένα αντικείμενο, δηλαδή κάτι που μπορεί να περιγραφεί από ένα κβαντικό κύμα.
Αυτά είναι μόνο μια χούφτα από τις πολλές καταστάσεις της ύλης που γνωρίζουμε και μάλιστα πιθανόν να ανακαλύψουμε ακόμα περισσότερες.