ნივთიერების აგრეგატული მდგომარეობა (თეთრი ჯუჯა და ნეიტრონული ვარსკვლავი)

 ნივთიერების მდგომარეობა გარკვეული ხარისხობრივი თვისებებით ხასიათდება, უნარით ან უუნარობით შეინარჩუნოს ფორმა ან მოცულობა. აგრეგატული მდგომარეობის ცვლილებას თან ახლავს ნივთიერების სხვადასხვა ფიზიკური თვისებების ცვლილება.

 ანსხვავებენ სამი სახის აგრეგატულ მდგომარეობას: მყარი, თხევადი და აირადი. ზოგჯერ, არც თუ ისე კორექტულად, აგრეგატულ მდგომარეობებს აკუთვნებენ პლაზმასაც, რომელიც იგივე გაზია, ოღონდ იონიზირებული. სამყაროში ბარიონული მატერიის დიდი ნაწილი (99,9 %) პლაზმურ მდგომარეობაშია, ძირითადად, რა თქმა უნდა, ვარსკვლავების ხარჯზე. არსებობს სხვა აგრეგატული მდგომარეობებიც, მაგალითად, თხევადი კრისტალები ან ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი. აგრეგატული მდგომარეობის შეცვლა ფაზური გადასვლების სახელით ცნობილი თერმოდინამიური პროცესია. გამოყოფენ შემდეგ სახეობებს: მყარიდან თხევადში – დნობა; თხევადიდან აირადში – აორთქლება და დუღილი; მყარიდან აირადში – სუბლიმაცია; აირადიდან თხევად ან მყარში – კონდენსაცია; თხევადიდან მყარში – კრისტალიზაცია (არ არსებობს მკვეთრი ზღვარი რომელიმე აგრეგატულიდან პლაზმურში გადასვლის დროს).

 აგრეგატული მდგომარეობა ყოველთვის მკაცრად განსაზღვრული არ არის, არსებობს ამორფული სხეულებიც, რომლებიც სითხის სტრუქტურას ინარჩუნებენ და ამავე დროს, ახასიათებთ მცირე დენადობა, ინარჩუნებენ ფორმას. თხევადი კრისტალები დენადია და აქვს მყარი სხეულების ზოგიერთი თვისებაც, კერძოდ, შეუძლია მათში გამავალი ელმაგნიტური ველის პოლარიზაცია.

 სხვადასხვა მდგომარეობების აღწერისას, ფიზიკაში იყენებენ უფრო ფართო ცნებას, თერმოდინამიური ფაზების სახით. ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლას, კრიტიკულ მოვლენას უწოდებენ.

 მყარი სხეული
 მდგომარეობა, რომელიც ხასიათდება ფორმისა და მოცულობის შენარჩუნების უნარით. მყარი სხეულების ატომები წონასწორობის მდგომარეობიდან ძალიან მცირედ გადაიხირებიან.

 სითხე
 ნივთიერების მდგომარეობა, რომლის დროსაც ის ძნელად იკუმშება, ანუ კარგად ინარჩუნებს მოცულობას, თუმცა ვერ ინარჩუნებს ფორმას. სითხე ადვილად იღებს ჭურჭლის ფორმას, რომელშიც არის მოთავსებული. სითხის ატომები ან მოლეკულები გადაიხრებიან წონასწორობის მდგომარეობებიდან, რომლებიც სხვა ატომების მიერ არის ჩაკეტილი და ხშირად თავისუფალ ადგილებზე ხტებიან.

გაზი
 მდგომარეობა, ადვილად კუმშვადობის თვისებით, თუმცა ფორმისა და მოცულობის შენარჩუნების უნარის არ ქონით. გაზი გარემოს მთელი მოცულობის შევსებისკენ მიისწრაფის. გაზის ატომები ან მოლეკულები შედარებით თავისუფლია, მათ შორის მანძილი მათსავე ზომებზე გაცილებით დიდია.

 ზეკრიტიკული ფლუიდი (სითხე)
 ჩნდება ტემპერატურისა და წნევის კრიტიკულ წერტილამდე ერთდროული აწევის დროს, რომელშიც გაზის სიმკვრივე სითხისას უტოლდება. იშლება საზღვარი სითხესა და აირად მდგომარეობას შორის. ზეკრიტიკული ფლუიდი გამოირჩევა ძლიერი ხსნადობის თვისებით.

 ბოზე-აინშტაინის კონდენსატი
 მიიღება ბოზე-გაზის (იდეალური გაზის კვანტური ანალოგი) გაცივებით ტემპრატურამდე, რომელიც თითქმის აბსოლუტური ნულის (−273.15 °C) ტოლია. ამის შედეგად, ატომების ნაწილი უდაბლეს ენერგეტიკულ მდგომარეობაში გადადის. ასეთი კონდენსატი ამჟღავნებს ისეთ კვანტურ თვისებებს, როგორიცაა ზედინება (ხახუნის გარეშე აღწევს მცირე ნაპრალებსა და კაპილარებში). არსებობს ფერმიონული გაზიც, შემდგარი ატომებისგან, ბოზე-აინშტაინის ბოზონების კონდენსატისგან განსხვავებით (ატომი).

 ელექტრონული და ნეიტრონული მატერია
 არსებობს ნივთიერება, რომელიც გარკვეული ტიპის ვარსკვლავებში დაიმზირება და მნიშვნელეოვან როლს თამაშობს მათ ევოლუციაში. პირველ რიგში, ელექტრონული გაზი თეთრ ჯუჯა ვარსკვლავებში. თეთრი ჯუჯას მასა მზის მასის ტოლფასია, თუმცა ზომით მზის რადიუსზე ასჯერ პატარაა, ანუ ამ ვარსკვლავებში ნივთიერების სიმკვრივე ძალიან მაღალია – 105 − 109 გ/სმ³. ასეთი სიმკვრივის დროს, ატომების ელექტრონული გარსი იშლება და ნივთიერება ელექტრონ-ბირთვულ პლაზმად იქცევა (დეგენერირებული გაზი).

 ნეიტრონულ მდგომარეობაში ნივთიერება ზემაღალი წნევის პირობებში გადადის, მისი მიღება ლაბორატორიულ პირობებში შეუძლებელია, თუმცა არსებობს ნეიტრონულ ვარსკვლავებს შიგნით. ნეიტრონულ მდგომარეობში გადასვლის დროს, ელექტრონები და პროტონები ნეიტრონებად იკუმშება. შედეგად, მთელი ნივთიერება ნეიტრონული ხდება და აქვს ატომურის ტოლფასი სიმკვრივე. მატერიის ტემპერატურა არც თუ ისე დიდი უნდა იყოს (ენერგეტიკულ ექვივალენტში არა უმეტეს ასეულობით მეგაელექტრონვოლტი).

 ტემპერატურის კიდევ უფრო ზრდით (ასეულობით მეგაელექტრონვოლტი და მეტი) ნეიტრონულ ნივთიერებაში ჩნდებიან და ანიჰილირებენ სხვადასხვა ტიპის მეზონები (კვარკი,კონფაინმენტი). ტემპერატურის კიდევ უფრო გაზრდით ხდება დეკონფაინმენტი, ნივთიერება კვარკ-გლიუონური პლაზმის მდგომარეობაში გადადის.  ის უკვე არა ადრონების, არამედ პლაზმისგან შედგება, რომელშიც მუდმივად იბადებიან და ქრებიან კვარკები და გლიუონები(ატომი).

 წნევის კიდევ უფრო მეტად გაზრდით, ტემპერატურის აწევის გარეშე, ნივთიერება კოლაფსირებს და შავ ხვრელად გარდაიქმენბა(სინგულარობა).
წნევისა და ტემპერატურის ერთდროულად გაზრდით კვარკებს და გლიუონებს ემატება სხვა ჰიპოთეტური ნაწილაკები (უცნაური ვარსკვლავები). რა ემართება მატერიას, სივრცესა და დროს, ტემპერატურის ისეთ ზღვრულ მაჩვენებელზე, როგორიც ე.წ. პლანკის ტემპერატურაა (ითვლება, რომ ასეთი ტემპერატურა ჰქონდა მატერიას დიდი აფეთქების დოს) ჯერჯერობით უცნობია.

 სხვა მდგომარეობა
 ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე გაცივების მერე, ზოგიერთი (არა ყველა) ნივთიერება ზეგამტარ (წინაღობის გარეშე ატარებს დენს(კვანტური ლევიტაცია)) და ზედენად მდგომარეობაში გადადის. ეს მდგომარეობები, უპირობოდ, ცალკეული თერმოდინამიური ფაზებია, თუმცა არა აგრეგატული მდგომარეობები მათი არაუნივერსალურობის გამო.

 არაერთგვაროვანი ნივთიერებები პასტა, გელი, სუსპენზია, აეროზოლი და ა.შ, რომელბიც გარკვეულ პირობებში როგორც თხევად, ასევე მყარი და აირადიც კი, თვისებების დემონსტრირებას ახდენს, ჩვეულებრივ, დისპერსული მასალების კლასს მიაკუთვნებენ და არა ნივთიერების რომელიმე აგრეგატულ მდგომარეობას.

One comment

  1. ჩემთვის საინტერესო და როგორც არასპეციალისტისთვის მისაწვდომი და გასაგები იყო. დიდი მადლობა.

Leave a Reply

თქვენი ელფოსტის მისამართი გამოქვეყნებული არ იყო. აუცილებელი ველები მონიშნულია *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.