让我们掰指数一数,目前人类已经发现的物质形态有哪几种:首先是固态、液态、气态;其次是等离子态;最后,还有目前只在实验室里存在的玻色-爱因斯坦凝聚态和费米凝聚态。
除了这些,还有没有第七种物态呢?物理学家现在可想象不出第七种态物质是什么样的。不过,在这个问题上,拓扑学倒可以为他们指点迷津。
三个环两两相扣,当你解下任意一个,你本以为其它两个会依然扣在一起的,没想到剩余的两个便也跟着解开了,成了独立的三个环……这种小魔术对于你可能不是什么新鲜玩意。在拓扑学上,这种环叫“布诺明环”。数学家说,第七态物质与此具有相同的性质。
你大概还是不能理解第七态物质究竟是啥样子。好吧,让我们先来看前六个态的物质有什么共同特点:不论固态、液态、气态、等离子态还是两种凝聚态物质,你要是从中“摘去”一个粒子,余下的物质,状态都不会改变。但换成第七态物质却大不一样:你要是从中“摘去”任意一个粒子,其余粒子马上就散架了。这就是说,在第七态物质中,粒子之间的关系就好比布诺明环中环之间的关系。
当然了,物质粒子并非真的什么环,所谓的“环与环相扣”,其实是“粒子与粒子相互作用”的具象,“环解开”也是粒子之间不再有相互作用的具象。设想中的第七态物质,对作用力的性质没有特别的要求,可以是化学键,也可以是核力,甚至是万有引力。
几年前,日本核物理学家就在碳22原子核中就发现了这种结构。碳22原子核里有6个质子,16个中子。不过这些粒子并不是密密麻麻全挤在一起的,而是6个质子和14个中子先组成碳20原子核,然后碳20原子核与余下的2个中子形成一个布诺明环结构。如果任意移走1个中子或者移走碳20原子核,整个结构就散架。
第七态物质也并非只能容纳3个粒子。数学家把布诺明环经过推广之后,可以容纳很多环,同时它又保持布诺明环的重要特性:只要解开其中任意一个,其余的环都跟着解开,整个结构就散架。
数学家由此对物理学家说:“喏!你下一个找到的物质状态很可能就是这种形式。”这种结构可用来研究鬼魅似的量子纠缠现象。因为在三个粒子的量子纠缠中,有一种情况是,一旦一个粒子解除纠缠,其余粒子的纠缠也便跟着解除。
此外,化学家正在合成具有布诺明环特征的高分子材料。试想一下,倘若用这种材料制造某些临时用的东西,拆起来会是多么方便,因为只要拆除一个最小的单元,整个结构就全部还原回一堆最简单的材料,这些东西又可以回收利用了。
我们还可以试想,这种材料对磨损是特别敏感的,因为只要磨掉一个最小的单元,整个结构就散架了,这就相当于把不易觉察的小磨损放大了。所以,在某些要求精确度极高的场合,可以用于监测材料的磨损状况。
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