固體、液體、氣體，這是我們在初中物理課本上學到的物質三態。但在科學家的實驗室里，物質的狀態遠比這豐富得多。

大部分人對物質狀態的認知可能還停留在"冰-水-水蒸氣"的經典三態變化。但如果有人問你："宇宙中物質有幾種狀態？"答案絕對不是3。

在極端條件下，物質會展現截然不同的物理性質。

我們生活在地球表面這個溫和的環境中，自然只能日常接觸到固體（如石頭、冰）、液體（如水、油）和氣體（如空氣）。

但宇宙可不僅局限于這些條件，在更極端的環境下，物質會呈現出完全不同的狀態。

最近，微軟CEO薩蒂亞·納德拉在談論他們的量子計算芯片時，提到了"拓撲超導體"是一種新型物質狀態。不過物理學家們并不這么認為。

那么實際上，物質到底有幾種狀態呢？

當溫度足夠高時，物質中的原子會失去電子，形成帶電粒子的"湯"，這就是等離子體——物質的第四態。太陽和其他恒星主要由等離子體組成，在地球上，閃電和霓虹燈管中的氣體也是等離子體狀態。

有趣的是，如果你把一個葡萄切成兩半但留一小條皮連接，放入微波爐加熱，連接部分會產生火花，這就是等離子體！

當能量進一步提高，甚至質子和中子也會分解成更基本的粒子（夸克和膠子）時，就形成了夸克-膠子等離子體——物質的第五態。

這種狀態曾在宇宙大爆炸后的第一微秒存在，現在只能在像歐洲核子研究中心（CERN）的大型強子對撞機這樣的設備中短暫重現。

如果說高能量讓物質分解，那么極低溫度則讓物質展現出量子特性。這就引出了物質的第六和第七態。

要理解這兩種狀態，我們需要先了解粒子的基本分類：

• 費米子：自旋為半整數（如電子、質子、中子）
• 玻色子：自旋為整數（如光子、某些原子）

費米子遵守泡利不相容原理，不能共享同一量子態；而玻色子則完全沒有這個限制。

當玻色子被冷卻到接近絕對零度時，它們會集體降至最低能量狀態，形成玻色-愛因斯坦凝聚態（BEC）——物質的第六態。

1995年，科學家首次在實驗室中制造出氣體原子的BEC，這一成就獲得了2001年諾貝爾物理學獎。

玻色-愛因斯坦凝聚態中的原子會表現出集體量子行為。圖片來源：ESA/佛羅倫薩大學

那費米子呢？

在2003年，物理學家德博拉·金（Deborah Jin）通過巧妙地將費米子配對，使它們表現得像玻色子一樣，實現了費米子凝聚態——物質的第七態。

這種狀態在超導體中也能看到，電子形成所謂的"庫珀對"，能夠無阻力地傳導電流。

所以，綜合來看，科學界目前公認的物質七態是：

1. 固態：分子緊密排列，有固定形狀和體積
2. 液態：分子間距較大，有固定體積但形狀可變
3. 氣態：分子自由運動，既無固定形狀也無固定體積
4. 等離子體：原子失去電子形成的帶電粒子混合物
5. 夸克-膠子等離子體：質子和中子分解后的狀態
6. 玻色-愛因斯坦凝聚態：玻色子在超低溫下的集體量子態
7. 費米子凝聚態：費米子在特殊條件下形成的集體量子態

除此之外，暗物質可能為我們提供了解更多物質狀態的線索。在宇宙廣闊的空間中，中微子或暗物質可能會形成自己的凝聚態。解開暗物質之謎的關鍵，或許就隱藏在這些罕見的物質狀態中。

那么，第八種物質狀態會被發現嗎？盡管目前科學界只認可七種，但科學的邊界一直在拓展。也許下一個物理學諾貝爾獎得主，正在他/她的實驗室里即將發現物質的新狀態呢！

小知識：盡管"拓撲超導體"不是獨立的物質狀態，但它確實是一種有趣的物理系統，有望用于量子計算中的量子比特，可能徹底改變未來計算機的面貌。