大多数人可以轻易地说出三种经典的物质状态——液体，固体和气体。上过一些科学课程的人们会知道应该将等离子体添加该行列。但是，多年来，科学家们已经将基本物态扩大到远远超出我们熟知的四大物态之外。在这个过程中，我们对大爆炸、光剑，甚至是普通的鸡都有了新的认识。
非晶态固体是一种十分有趣且著名的固体群。在一般的固体中，分子高度有序排列，不能非常自由地移动，这使固体物质具有高粘度、流动阻力的性质。另一方面，液体具有杂乱无章的分子结构，它们能够相互流通、四处飞溅，并呈现出容器的形状。非晶固体则介于这两种物质的状态之间。这一过程称为玻璃化过程，将液体冷却，其粘度增加，使得其不再像液体一样流动，但分子仍然无序，不像普通固体那样形成结晶结构。
最常见的一种非晶固体是玻璃。几千年来，人们一直在使用石英玻璃。玻璃制造商将液态二氧化硅冷却，使其温度低于熔点，随着温度降低，粘度增加。然而，玻璃分子仍然保持其组织结构。如此一来，玻璃就成为非晶固体。这个中间过程使得工匠创造出美丽、超现实的玻璃雕塑。
那麽，非晶固体和正常固体的区别在哪里呢?在日常生活中，它们之间并没有多少区别。看起来，玻璃似乎十分稳固，但是当你观测到分子水平上时，玻璃就像神话一样在很长一段时间内像液体一样流动。在古老神秘的玻璃教堂中，闲来无事的你会被这一奇景而赞叹。玻璃通常看起来越往底部越厚，但实际上，这是由于制造过程中玻璃的缺陷导致玻璃的不均匀性，因此自然放置时底部变厚。尽管玻璃可能不是非常激动人心的物质，但研究非晶态固体（如玻璃）则会给研究人员带来分子结构转换的新知。
我们都知道，大多数的物态转变都发生在一定的温度和压力条件下。升高温度使得液体变成气体。然而，当压力随着温度而增加，液体则成为超临界流体，一种介于气体和液体之间的物态。
例如，超临界流体可以像气体一样穿过固体，但也可以作为液体溶剂。有趣的是，通过温度和压力的组合，超临界流体可以进行性能调整。这使得科学家们想出了超临界流体的各种应用，从平凡到极致。
虽然超临界流并不像非晶态固体那麽常见，但你可能最终仍像与玻璃接触一样，与它们经常接触。一些酿酒企业已经将超临界二氧化碳作为啤酒花萃取溶剂，而咖啡公司则用它来产生更好的无咖啡因的咖啡。超临界液体也用于创造更有效的水解环境，使得电厂在更高的温度下运行。虽然没人听说过这种物质状态，但是你可能每天都在使用超临界流体的副产品。
非晶态固体至少存在于地球上，而简并物质仅存在于某些类型的恒星上。根据复杂的量子原则（如泡利不相容原理），简并物质存在于外在压力不受温度控制时。正因如此，简并物质的外在压力将持续下去，即使物质的温度降到绝对零度。两个主要类型的简并物质包括电子简并态物质和中子简并态物质。
电子简并物质主要存在于白矮星。这种物态形成于恒星的核心，核心中物质的质量将核心的电子能量压缩至最低的状态。根据泡利不相容原理，任何两个这样的粒子可以占用相同的能量状态。因此，粒子会“推开”核心周围的物质，创建一种依据量子法则的外在压力，所有的电子核心不能以能量最低的状态存在。这只有在恒星的质量小于太阳质量的1.44倍的情况下才能够成立。当一颗恒星超过这个限制(称为钱德拉塞卡极限)，它就会坍塌成中子星或黑洞。
当一个恒星坍塌成为中子星，就不再有电子简并物态，而是中子简并物态。这是由于中子星太重，它使电子与质子在核心融合，产生中子。自由的中子(中子没有束缚在原子核)通常有一个10.3分钟的半衰期。但在中子星的核心，恒星质量是允许中子在核外的存在，这就是中子简并物态。
其实还可能存在其他形式的简并物质，包括可能存在于一种罕见的星系——夸克星。夸克星介于中子星和黑洞之间，夸克的核心解耦，并创建出一个自由的夸克马力。目前为止，我们还没有发现这样的星球，但物理学家会继续预测它们的存在。
现在，让我们返回地球来讨论一下超流体。超流体是当氦、铷、锂同位素冷却到绝对零度时存在的一种物态。这种物态类似于玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC)，但与其也有轻微的差异。一些“玻色-爱因斯坦凝聚态”冷凝物是超流体，一些超流体也是“玻色-爱因斯坦凝聚态”冷凝物，但并不是所有的物质都同时属于两态。
最常见的超流体是液体氦。当氦冷却到2.17 K时，一部分液体成为超流体。大多数物质在冷却到一定程度上的条件下，原子之间的吸引力将克服物质的热振动，使物质形成固体结构。但氦原子之间的相互作用弱，它可以将液态保持到绝对零度。在这个温度下，单个原子的重叠使超流体具有了奇特的性质。
首先，超流体内部没有粘度。超流体放在试管上会沿着试管的侧壁开始缓慢上升，这看似违反重力和表面张力法则。因为它可以通过任何微观孔，所以液态氦很容易泄露。超流体同时存在着奇特的热力学性质，具有零热力学熵值，可以无限导热，这意味着两个超流体之间没有热差。如果将热传递给超流体，超流体将迅速以热波的形式进行传递，这是在正常的液体状态下无法看到的。
“玻色-爱因斯坦凝聚态”冷凝物是最著名的模糊态之一，也是最难理解的物态之一。首先，我们必须知道什么是玻色子和费米子。费密子是半整数自旋粒子(如电子)或者复合粒子(如质子)。这些粒子遵守泡利不相容原理，具有电子简并态。但是，玻色子是完整的整数自旋粒子，多个玻色子可以占据相同的量子态。玻色子包括所有的驱力粒子(如光子)以及一些原子（如我们氦- 4和其他气体），这类元素被称为玻波色子原子。
在20世纪20年代，阿尔伯特·爱因斯坦在印度物理学家SatyendraNath Bose的工作基础上提出一种新的物态。爱因斯坦的初始理论是如果将某些气体元素冷却到绝对零度之上的一小部分温度时，其波函数将合并，并形成一种“超原子“。这种物质会在宏观层面显示量子效应。但是直到20世纪90年代，技术的进步才使得元素冷却到所需的温度得以实现。1995年，Eric Cornell和CarlWieman将2000个原子结合为一个玻色-爱因斯坦凝聚态，该玻色-爱因斯坦凝聚态在显微镜下观测可见。
“玻色-爱因斯坦凝聚态”冷凝物与超流体密切相关，也具有自己的独特的属性。最令人震惊的是，BEC将光正常速度降低为300000米/秒。1998年，哈佛大学研究员LeneHau将光延缓到降低60公里每小时(37英里/小时)，从而利用激光拍摄了像雪茄形状的BEC样品。在后续的实验中，Hau的团队实现了在关掉激光的情况下完全停止BEC的运动的技术，为光学通信和量子计算领域开辟了新天地。
5 姜泰勒金属
姜泰勒金属物态是最新的块态物质，研究人员在2015年首次成功地创建了这种物态。如果被其他实验室所证实，这将会改变我们所认识的世界，因为姜泰勒金属同时具有绝缘体和超导体的特性。
化学家Kosmas Prassides尝试将铷插入碳-60分子(俗称足球烯)结构中，使得碳-60分子形成一种新的形状。由于姜泰勒效应是描述压力可以改变分子的几何形状，使分子具有新的电子构型，所以该金属称为姜泰勒金属。利用化学手段或者压力，也可以将新的原子或分子添加到先前的结构中，从而改变原结构的基本性质。
当Prassides的研究团队将铷插入碳-60分子结构中时，碳分子的性质发生改变，从绝缘体变为超导体。由于姜泰勒效应，分子试图保留原来的结构，因此创造了一种类似绝缘体的新物质，但其电气性能属于超导体。在此之间，人们认为绝缘体和超导体之间没有过渡态。
令人激动的是，姜泰勒金属为高温超导体(-135摄氏度，而不是-243.2摄氏度)。这使得它们更容易实现批量生产和实验管理。如果这种说法是正确的，人们将会大规模生产超导材料，该材料在导电时没有热阻、热量损失、声音损失或其他能量损失，这将为能源生产和运输带来革命性的命运。
4 光子物质
几十年来，光子传统认识是无质量的粒子，相互将无作用力。然而，在过去的几年中，麻省理工学院和哈佛大学的研究人员使用新的方法，使光子具有质量，甚至创造出了光子之间相互连接的“光分子“结构。这听起来似乎很无聊，但是一旦我们实现来这种技术，就可以制备出一柄光剑。
光子物质背后的科学知识略显复杂，但是请记住光剑。研究人员一开始利用过冷铷气体制备光子态。当一个光子通过气体时，发生偏转并与铷分子相互作用，从而失去能量，并开始减速。最终，光子出现在气云中，速度放缓，有了明确的相互作用。
当你拍摄两个光子通过气体，会发现一种奇特的现象，这种现象称为里德伯封锁。当一个原子被光子激活，而附近的原子没有被激活到相同的程度时，从本质上讲，受激原子得到了光子。为了让周围的原子被第二个光子激活，第一个光子必须前进以通过气体。光子通常不会相互作用，但当它们面对里德伯封锁时，会发生相互作用，互相推动以通过气体。从外部角度来看，这些光子分子仍然是无质量的，但当光子气体出现，光与气连在一起，光就变得可偏转、可成形了。
光子态物质离实际应用还有很长的距离，研究员MikhailLukin已经为光子态物质描绘了一个涉及计算、创建三维晶体（光剑）的整体的应用前景。
当人们来判断一种物质是否属于一种新的物质状态时，通常考虑其物质结构及其特性。2003年，普林斯顿大学的Salvatore Torquato和Frank H. Stillinger发现了一种新的物态——无序超均匀态。这似乎是相互矛盾的，但种构想来源于当物质无序但近距离接触时，会出现大范围的超均匀和结构化。这种物态具有晶体和液体的属性。起初，这种物态只存在于简单的等离子体和液态氢中，但最近研究人员发现，在最不可能存在的一只鸡的眼睛的中也存在这种物态。
鸡的眼睛为五锥，其中四个探测颜色，还有一个探测光程度。然而，人或昆虫的眼睛为六角形，这些锥随机分散呈无序态。由于鸡的眼睛周围存在一个禁区，两个相同类型的锥无法存在于对立方位。因为隔离区和锥的形状的限制，它们无法形成有序晶体结构(如我们发现的固体)，但当所有的锥形视细胞被视为一个整体时，它们实际上呈高度有序排列。因此，锥形的鸡眼睛在近距离接触时呈液体，在远距离观测时呈固体，这与上面提到的非晶态固体不同。因为超均匀态材料可以出现液体性质，但非晶态固体没有。
科学家们仍在研究这种新物态，实际上这种物态可能比最初想象的更为常见。现在，普林斯顿大学的研究人员正在利用超均匀材料制备自排列结构和面向特定波长的光探测器。
2 String-Net液体
空间的真空物质状态是什么?大多数人还没有找到这个问题的答案。但在麻省理工学院的Xiao-Gang Wen和哈佛大学的Michael Levin近十几年的研究中，发现了一种新的物质状态，这可能是发现除电子以外其他基本粒子的关键。
关于string-net液体的研究是从90年代中期开始的，当时一个科学家团队提出了所谓的“准粒子”，在一个实验中的两个半导体电子之间的传递。这引起了不小的震动，因为准粒子意味着分数电荷的存在，这在物理学上被认为是不可能的。该团队利用这些数据提出，电子不是宇宙的基本粒子，宇宙中还存在更多的未探测的基本粒子。他们的工作赢得了诺贝尔奖，但后来发现，该结果基于一个错误的实验，因此“准粒子”的想法消失了。
但是一些研究人员并没有完全放弃它。Xiao-GangWen和Michael Levin对“准粒子”进行了研究，提出了一种新的物质状态，称为string-net态。这种状态的物质将量子纠缠作为其基本属性。与无序超均匀态一样，如果你近距离的观测string-net，它似乎呈现一组无序的电子。然而，由于电子的量子纠缠特性，从整个结构看，这种结构是高度有序的。Xiao-Gang Wen和Michael Levin还继续对其他粒子和量子纠缠特性进行研究。
当计算机模型这种新物态运行时，Xiao-GangWen和Michael Levin发现，string-net末尾可以产生各种亚原子粒子，包括传说中的“准粒子”。更令人震惊的是，他们发现，当string-nets振动时，符合麦克斯韦方程，它们可以控制光。在论文中，Xiao-Gang Wen和Michael Levin提出了充满string-nets纠缠亚原子粒子的空间，这些“弦”的结束使我们看到了亚原子粒子。他们还提出，string-net液体是光存在的原因。如果真空的空间充满了string-net液体，它会将一物质与光统一化。
这看起来很牵强，但在1972年(string-net研究的前几十年)，地质学家在智利发现了一种奇怪的矿物——herbertsmithite。在这种矿物中，电子呈三角形结构，这似乎与我们所知道的关于电子相互作用矛盾。这种三角形结构被string-net模型预测出来，研究人员还曾利用人工herbertsmithite试图证明该模型准确性。不幸的是，陪审团仍对是否存在这一理论物态存在争议。
我们最后一种模糊的物态被称为为夸克-胶子等离子体。事实上，早期的宇宙应当是一种与我们的经典物理完全不同的物质状态。但是，首先让我们补充下知识背景。
夸克是强子(如质子和中子)内部的基本粒子。强子由三个夸克组成，也可以由一个夸克和一个反夸克组成。夸克有部分电子，并且由胶子结合在一起，这是强核力的交换粒子。
我们在自然界中没有看到自由夸克，但在大爆炸后，自由的夸克和胶子存在了一毫秒的时间。在这段时间里，宇宙的温度高到夸克和胶子几乎以接近光的速度互相移动。在这个时期，宇宙完全由高温夸克-胶子等离子体组成。在几分之一秒后，宇宙冷却下来，足以形成强子等形式的重粒子，夸克与胶子之间开始相互作用。从这一点上，我们所知道的宇宙开始形成，带电子的强子成键形成了原始原子。
处于当前阶段的宇宙，科学家们试图利用现在的大型粒子加速器来制备出夸克-胶子等离子体。在这些实验中，重粒子强等互相撞击，在短暂的时间内创建出夸克存在的温度。从这些早期的实验中，我们了解了夸克-胶子等离子体的一些性质，如完全摩擦，比我们正常理解的等离子体更接近液体。研究人员会继续研究这种奇特的物质状态，我们也会更了解宇宙形成的方式。
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