走进科学
什么是物质
物质占据了宇宙的近三分之一，但仍然笼罩着许多秘密。
宇宙中大约有不到三分之一(约31%)的物质。一项新的计算证实了这个数字；天体物理学家长期以来一直认为，除了实质性的物质外，我们的现实世界还包含其他东西。那么，物质究竟是什么？
阿尔伯特·爱因斯坦的特殊相对论的一个重要特点是质量和能量是不可分割的。所有质量都具有内在能量；这就是爱因斯坦著名的E=mc2公式的意义所在。当宇宙学家称量宇宙时，他们同时测量质量和能量。而其中31%的数量就是物质，无论它是可见的还是不可见的。
这种差异很关键：并非所有的物质都是相同的。事实上，我们能够看到或触摸的物体只占很小一部分。宇宙中存在许多奇异的物质的例子。
什么是物质？
当我们想到“物质”时，可能会想象到我们看到的物体或它们的基本构建单元：原子。
我们对原子的概念已经发展了多年。历史上的思想家们对存在可以被分为基本成分的模糊概念。但与现代原子理论相似的东西通常归功于英国化学家约翰·道尔顿。在1808年，他提出不可分割的粒子组成了物质。不同的基础物质(元素)由具有不同大小、质量和特性的原子组成。
道尔顿的理论包含了20个元素。将这些元素结合起来可以形成更复杂的化合物。化学家德米特里·门捷列夫在1869年构建了一个原始的周期表，列出了63个元素。而如今，我们已经记录了118个元素。
但事情并不像那么简单。自20世纪初以来，物理学家就知道原子内部存在着更微小的构建块：旋转的带有负电荷的电子和由带有正电荷的质子和中性的中子组成的包裹着的原子核。我们现在也知道，每个元素对应具有一定数量质子的原子。
而事情还没有那么简单。到了本世纪中叶，物理学家意识到质子和中子实际上是由更小的粒子——夸克组成的。准确地说，质子和中子都包含三个夸克：物理学家称之为重子的一种构型类型。因此，质子、中子以及它们形成的物质——我们日常生活的物质——通常被称为“重子物质”。
宇宙里的奇异物质
在我们日常生活的世界中，重子物质通常存在于固态、液态、气态和等离子态之一。
同样，物质并不那么简单。在极端条件下，它可以呈现出各种奇异的形态。在足够高的压力下，物质可以变成超临界流体，同时具有液体和气体的特性。在足够高的温度下，物质可以变成等离子体，其中原子被剥离成电离的电子和离子。这种等离子体是太阳和其他恒星的主要成分。
此外，还存在其他奇异的物质形态，如凝聚态物质中的凝胶、泡沫和液晶等。这些形态在材料科学和生物学等领域有着重要的应用。
除了重子物质之外，还存在着其他类型的物质，如光子、中微子和暗物质等。光子是光和其他电磁波的粒子，它们在宇宙中广泛存在并携带能量。中微子是电荷中性的基本粒子，质量非常小，几乎没有与其他物质相互作用的性质。暗物质是宇宙中的一种神秘物质，它不与电磁辐射相互作用，因此无法直接观测到，但通过其对引力的影响来间接推测其存在。
总的来说，物质是构成宇宙的基本成分之一，包括重子物质以及其他类型的粒子和物质形态。人类对物质的认识不断发展，我们对宇宙中各种物质的性质和行为有着日益深入的理解，但仍然有许多未解之谜等待我们去揭开。
本文译自 Popular Science，由 BALI 编辑发布。