Was sind Materiezustände?
Die Zustände der Materie sind die verschiedenen physikalischen Formen, die Materie in Abhängigkeit von ihrer molekularen Konfiguration erreichen kann. Die drei klassischen Zustände - fest, flüssig und gasförmig - sind auf der Erde leicht zu beobachten und können von einem zum anderen übergehen. Unter den nicht-klassischen Materiezuständen ist Plasma das am häufigsten vorkommende und macht einen großen Prozentsatz der baryonischen Materie im bekannten Universum aus. Andere nichtklassische Zustände können starke Ähnlichkeiten mit klassischen Zuständen aufweisen, bestimmte Umgebungsbedingungen erfordern oder in erster Linie in der Theorie existieren. Das Bose-Einstein-Kondensat, einer der frühesten bestätigten theoretischen Zustände, gilt nach den drei klassischen Zuständen und dem Plasma als fünfter Primärzustand der Materie.
Der Aggregatzustand eines Objekts hängt stark von der Stärke und dem Charakter seiner intermolekularen Kräfte ab. In Festkörpern zum Beispiel sind die Kräfte stark genug, um Partikel eng aneinander zu packen, was Vibrationen als einzige Bewegungsform zulässt. Infolgedessen können Feststoffe bestimmte Formen und Volumina erreichen. Flüssigkeiten hingegen haben schwächere intermolekulare Kräfte, die die Partikel zusammenziehen. Flüssigkeiten haben keine bestimmte Form; Sie folgen der Form ihrer Container und füllen so viel Platz, wie ihr Volumen zulässt. Die intermolekularen Kräfte von Gasen sind sogar schwächer als von Flüssigkeiten, was dazu führt, dass sich die Form ungeachtet des Gasvolumens im gesamten Behälter ausdehnt.
Die drei klassischen Zustände der Materie können mit Hilfe von Hitze und Druck von einem zum anderen übergehen. Der Prozess, durch den Feststoffe zu Flüssigkeiten werden, wird als Schmelzen bezeichnet, während der umgekehrte Prozess als Einfrieren oder Verfestigen bezeichnet wird. Dies wird oft mit Wasser dargestellt - in flüssigem Zustand kann Wasser zu Eis gefroren werden, einem Feststoff, der anschließend zu flüssigem Wasser zurückgeschmolzen werden kann. Bei ausreichender Hitze und ausreichendem Druck können Flüssigkeiten durch einen als Verdampfung bekannten Prozess zu Gasen werden. Das Gegenteil davon ist als Kondensation bekannt. Feststoffe können durch Sublimation direkt in Gase übergehen, während Gase durch Ablagerung zu Feststoffen werden können.
Obwohl die klassischen Zustände der Materie auf der Erde häufig beobachtet werden, macht Plasma den größten Teil der Materie in Sternen aus. Plasma ist ein ionisiertes Gas, das im Gegensatz zum klassischen Zustand elektromagnetische Ströme erzeugt. Bose-Einstein-Kondensate, benannt nach Satyendra Nath Bose und Albert Einstein, sind Gase, die so weit abgekühlt sind, dass die Partikel nicht mehr unabhängig voneinander wirken, was zu einem singulären, reibungslosen Quantenzustand führt. Außerhalb dieser fünf Hauptzustände der Materie theoretisieren Wissenschaftler über zahlreiche andere Zustände, wie zum Beispiel fremde und dunkle Materie. Gläser und Flüssigkristalle werden unter anderem als ausreichend verschieden von den fünf betrachtet, um als nicht-klassische Zustände der Materie eingestuft zu werden, die sie selbst betrachten.