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本帖最后由 sunsong7 于 2011-10-15 05:19 编辑 9 j! T4 o2 z( z8 y$ k$ z* Z
1 z/ p$ k" U" L- o Y物质状态（state of matter）
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物质状态是指一种物质出现不同的相，简称为物态，物态变化称为相变。自然界的各种物质都是由大量微观粒子构成的，常见的物态有固态、液态、气态。 & Y. `" w v8 m7 l/ f
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; \& v2 I8 Q" M+ c3 {9 j3 R基本物质状态
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固态（solid state），粒子(包括离子、原子或者分子)都是紧密排列，短程有序（short range order）。粒子之间有很强的吸力，所以只能在原位震动。因而令固体拥有稳定、固定形状和固定容量的特性，只有因施力而切断或打碎时才可改变它的形状。从宏观上讲，是指具有一定的体积和形状的物体，从微观上讲，是指组成物质的微观粒子按一定规则周期性、对称性地排列，在晶体固体中，粒子（包括原子、分子、和离子）都是以三维空间的结构排列，而同一种物质可以排列成不同形式晶体结构。
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, m' R& D. V! |7 M$ f: m- {液态（ liquid state），在温度和气压是常数的情况下，液体的容量是固定的。内分子（内原子或者内离子）之间的力仍然不可忽略，但分子有足够的能量，因而可以有相对运动，结构亦是流动的。从宏观上讲，是指具有一定的体积，不容易被压缩，但没有一定的形状，能够流动的物体。从微观上讲，组成物质的微粒（以下简称为分子）相互间也有较强的作用力，分子的排列情况更接近于固体，只是它们的有规则排列局限于很小的区域内（约在10－7m的范围内），而众多的这些小区域之间则是完全无序地聚合在一起。
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气态（gas state），分子拥有足够多的动能，因而内分子力的影响相对减少(对于理想气体会是0)，分子之间的距离亦较远，短程无序（range disorder），长程也无序（Long-range disorder）。从宏观上讲，是指既没有一定的形状，也没有一定的体积的物体，它总是充满整个容器，很容易被压缩。从微观上讲，气体分子间距很大，它们的相互作用力很小，除了在相互发生碰撞或与器壁发生碰撞以外，气体分子的运动近似地可以看做是匀速直线运动，直到与其他分子或器壁发生碰撞为止，因此气体总是充满整个容器。) W7 f$ Q' j' E& P
2 k- d* i' W G1 S场（field）物质存在的一种基本形式，具有能量、动量和质量，能传递实物间的相互作用。这种形式的主要特征在于场是弥散于全空间的，比如电场、引力场、磁场等等。场的物理性质可以用一些定义在全空间的量描述〔例如电磁场的性质可以用电场强度和磁场强度或用一个三维矢量势A(X,t)和一个标量势嗘(X,t)描述〕。这些场量是空间坐标和时间的函数,它们随时间的变化描述场的运动。
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真空态（vacuum）：真空是一种不存在任何物质的空间状态，是一种物理现象。在“真空”中，声音因为没有介质而无法传递，但场的传递却不受真空的影响。目前在自然环境里，只有外太空堪称最接近真空的空间。) u+ i' l) j. L7 n
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低能量物质状态
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$ x0 q2 @: I- b3 @6 _3 b% v晶态（crystalline state）： 固态物体存在的占主导地位的形态，晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序（long range order ），并成周期性重复排列，具有各向异性（anisotropy）。晶体有固定的熔点，在熔化过程中，温度始终保持。晶体的长程有序结构使其内能处于最低状态，晶态物质按其晶体结晶过程中的宏观聚集状况及晶粒粒径，有单晶、双晶(孪晶)、多晶(粉晶)、微晶等存在形态的区分。
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无定形态（amorphous state）：或称非晶态，拥有像液体一样的不规则结构，但由于分子间的运动相对不自由，因此通常纳入固体的类别。非晶态物质原子的排列具有近程有序、长程无序的状态，非晶态固体宏观上表现为各向同性（isotropy）。是其中的原子不按照一定空间顺序排列的固体，与晶体相对应。没有规则的几何外形，没有固定的熔点和各向异性。而非晶态固体由于长程无序而使其内能并不处于最低状态，故非晶态固体是属于亚稳相，向晶态转化时会放出能量。常见的非晶态固体有高分子聚合物、氧化物玻璃、非晶形玻璃（Amorphous glassy solid）、非晶形橡胶（Amorphous rubbery solid）、非晶态金属和非晶态半导体等。 N- t9 J/ c/ j* n# @. a
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玻璃态（Glassy State）：指组成原子不存在结构上的长程有序或平移对称性的一种无定型固体状态。熔解时无明显的熔点，只是随温度的升高而逐渐软化，粘滞性减小，并逐渐过渡到液态。玻璃态也可以看成是保持液体结构的固体状态。: G$ B8 V/ x6 F
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; a1 p% D! W) f8 B/ \7 S准晶态（quasicrystaline state ），亦称为拟晶（mimetic crystal ），是一种介于晶体和非晶体之间的固体。在准晶的原子排列中，其结构是长程有序的，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。普通晶体具有的是二次、三次、四次或六次旋转对称性，但是准晶的布拉格衍射图具有其他的对称性，例如五次对称性或者更高的六次以上对称性。: k- @% y+ w/ X3 P
' T% C, L& j8 X, E( G5 C塑性晶体（Plastic crystal）: 固体分子有固定位置，但保留了组成分子自由的旋转。
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液晶态（liquid crystalline state ）：又称介晶相(mesomorphic phase)，拥有液体的流动性和固体有序排列的特征。介于结晶态和液态之间的一种形态，是一种在一定温度范围内呈现既不同于固态、液态，又不同于气态的特殊物质态，它既具有各向异性的晶体所特有的双折射性，又具有液体的流动性。由于液晶态物质特殊的微观结构，因而呈现出许多奇妙的性质，如光学透射率、反射率、颜色等性能对外界的力、热、声、电、光、磁等物理环境的变化十分敏感。
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酯膜结构（Acetate membrane structure）：是由台湾学者赵治宇在2004年所发现的新相态。是固态、液态、气态、液晶之外的第五种样态，酯膜结构和液晶一样具有柔性排列结构的特性，但分子间的连结程度又较液晶更小，与液体相同，因此物质可以像在液体中一样地通过酯膜结构的物质1 h. d( m: \ z% N/ A) f
- j) }; |4 E2 f9 O* ]- V- I* _$ g7 l胶体（Colloid）：又称胶状分散体（colloidal dispersion）是一种均匀混合物，在胶体中含有两种不同状态的物质，一种分散，另一种连续。分散的一部分是由微小的粒子或液滴所组成，分散质粒子直径在1nm—100nm之间的分散系；胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，这是一种高度分散的多相不均匀体系。按照分散剂状态不同分为：气溶胶（gasoloid）如烟扩散在空气中，液溶胶（lyosol）如Fe(OH)3胶体，固溶胶（solid sol ）如有色玻璃、烟水晶。
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$ D% {$ u! u) q; e" y+ \0 G. V非牛顿流体态（non-Newtonian fluid state）：部分液体属于非牛顿流体，黏度的大小受作用力和剪应力所影响。因此在某一个流动情况之下便变成无定形体。一个简单的示范是用玉米粉（在室温）的水下进行混悬，在静止的时候为液体状态，而受力时便好像固态的情况。这种性质称为剪应膨胀。相反的情况名为剪应收缩，水彩便有这种特性。' t, ?( y' K) K, R K
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磁序状态（magnetic order state）：在过渡金属的原子，因为有电子单独存在于原子轨域而且没有组成键，所以在净自旋不是0的情况下拥有净磁矩.有一部分固体，不同原子的磁矩都是有规则地排列，因此可以制造成亚铁磁体(ferrimagnetics)、磁铁(ferromagnet)和反铁磁体(antiferromagnet)。2 V+ @% K$ H+ s" r7 {+ {: ]9 Q& y/ P
" a+ u8 c, D% s1 Q弦状网液态（string-nets liquid state）：原子的这种状况显然是不稳定的排列，像液体一样，但仍有固定的总体格局，像一个固体。在正常的固体状态下，物质中的原子应以网状排列，因此对于任可一粒电子，它相邻的电子的自旋方向应与它自身相反。但在弦状网液态下，原子会以某种形式排列从而令到部分相邻电子的自旋方向与它的方向相同，因而出现一些独特的性质。有趣的是，这些特质对解释在基础情况下的宇宙中一些奇异现象有帮助。, D, D, v5 Q& @8 a7 c
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超玻璃（super glass）：超玻璃同时拥有超流体和冷冻晶体结构的特性，是一种新研发的物质状态。: h ~! ~3 I. O {1 ?
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超低温物质状态
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超导态（ superconductive State）：超导态是一些物质在超低温下出现的特殊物态。在一定的临界温度（critical temperature）下失去电阻，因为超导体拥有零电阻的物质，所以可以有完美的导电性。当它处在外加磁场中，会对磁场产生的微弱排斥力，这种现象称为迈斯纳效应或者完美的抗磁性。超导磁铁在核磁共振成像机中用作电磁铁。超导现象是在1911年发现，在往后的时间只知部分金属和合金在绝对温标30度之下拥有这种特性。直到1986年，在一些陶瓷的氧化物中发现一种名为高温超导电性的特质，而这种物态出现的温度已提高到绝对温度164度。
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+ f3 k4 q8 G. N: E4 p* G超流体态（hyperfluid state）：当接近绝对零度时，部分液体会转变成另一种的液体状态名为超流体，它的特点是黏度值是零（有无限的流动性）。如果将超流体放置于环状的容器中，由于没有摩擦力，当容器中的超流体被搅拌后，它将永久地保持旋涡形状，永无止尽地流动。它能以零阻力通过微管，甚至可以沿着容器的一边向上蔓延并高出容器的顶端向上“滴”出而逃逸。这是在普通液体中无法看到的现象，研究人员利用氦—4和氦—3首次发现两种超流体，此时，氦气可以在容器中不断流动，并可对抗地心吸力。液氦在极低温下也会形成一种完全无摩擦的流体。
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1 Z& G; V' N6 |: f7 A0 `$ N9 L% i量子霍尔态 (Quantum Hall state): 这个状态发生于量子霍尔电压测量的方向垂直于电流的流动方向。
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量子自旋霍尔态 (Quantum spin Hall state）: 可能会为发展浪费更少的能源，产生较少热量的电子设备的理论阶段铺平道路。这是一个推导量子霍尔状态的问题。4 R3 d" E8 p) [, k; _7 E [. q
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玻色-爱因斯坦凝聚态（Bose-Einstein condensate ）：有大量玻色子占据同一量子态形成。它是由阿尔伯特·爱因斯坦和萨特延德拉·纳特·玻色在1924年预测出来，亦被称为第五种物质状态。多年来，玻色-爱因斯坦凝聚态在气体状态下都是一个理论上的预测而已。最后，由沃尔夫冈·克特勒、埃里克·阿林·康奈尔及卡尔·威曼所领导的团队，在1995年首先透过实验制造出玻色-爱因斯坦凝聚。玻色-爱因斯坦凝聚态比固态时更冷。当原子有非常接近或者一致的量子等级和温度非常接近绝对零度（-273开）时便会出现玻色-爱因斯坦凝聚态。 |8 Q6 R# x& I+ i! f% e+ v1 D
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费米子凝聚态（Fermionic condensate）: 和玻色-爱因斯坦凝聚态相似，但由费米子组成。根据泡利不相容原理，不同费米子不能占据同一量子态，但费米子可以配对成为具有玻色子性质的合成“粒子”，从而占据同一量子态。. R( B# G6 v) Z( _2 Z$ h5 e
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- [1 E0 h; x- N! y# H! r超高压物质状态 5 I1 q% \- u) o' A6 C' c
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超临界流体（Supercritical fluid）：在超过临界点的温度及压力时，出现液体,气体无法区分的物质状态。
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' U9 ]* D J4 T6 I简并态物质（Degenerate matter）：在极高压的环境下，常温物质会转变成一连串奇怪的物质状态，统称简并态物质，由泡利不相容原理（Pauli's exclusion principle）支持。这引起了天体物理学家的兴趣。因为他们相信在恒星中，当核聚变的"燃料"用尽时会出现这种情况，例如白矮星和中子星。
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( f+ f8 d9 ~' l) n/ E超固态（super solid state）：在140万大气压下，物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1000吨以上。科学家们认为，由于地心的压强高达350万个大气压，那里的物质应该以超固态的形式存在。该状态下的物质为一种晶体固态，但能像滑润的、无粘性的液体那样流动。天文学家发现在离地球很远的大空中，有一种密度很大的白矮星，其内部也应该充满着“超固态”物质。超固态物质具有惊人的密度，其密度大致是水的三千六百万倍到几亿倍。8 K0 b m( R, L- h1 l p
6 @/ u. Z }3 w7 W2 d# S1 j3 m7 F2 U中子态（Neutronium）：如果在超固态物质上再加上巨大的压力，这时原子核被解散，从核里放出的质子会和电子结合为中子，这样的物质状态称为“中子态”。中子态密度大得惊人，一艘万吨的轮船上只能装芝麻粒大的一点中子态物质。已经确认，中等质量（1.44～2倍太阳质量）的恒星发展到后期阶段的“中子星”，是一种密度比白矮星还大的星球，它的物态就是“中子态”。
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* T! Z5 ~& N3 W黑洞（black hole）：黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。黑洞是一种引力极强的天体，当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。物质将不可阻挡地向着中心点进军，直至成为一个体积很无限小、密度趋向很大。而当它的半径一旦收缩到一定小于史瓦西半径（Schwarzschild radius），一个有理论上无限密度组成的点组成重力奇点（gravitational singularity）。质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出，至于“黑洞”中的超高压作用下物质又呈现什么物态，目前一无所知。# `& B/ D9 w1 @( ?0 s3 P9 u
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电子简并态（Electronic degenerate matter）：白矮星的组成物质，密度很大。电离的电子在被电离的离子能态上形成的简并态物质。6 b& `+ G3 {5 t2 \; g/ B1 T% ?
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奇异物质（Strange matter，Quark matter）: 也被称为 '夸克物质 ' ，可能存在一些特别大的中子星，可形成稳定在较低的能量状态。
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% e) a1 M3 a; r超高能物质状态 , d$ u5 X% D; g3 _( T2 t% r* N
# @, d. X. [' J) m& ]等离子态（plasma state）：温度加到几千摄氏度的时候或受到高强辐射之后，气体的原子就开始抛掉身上的电子。温度越高，气体抛掉的电子越多，这种现象叫做气体的电离化。科学家把电离化的气体叫做“等离子态”。等离子体就是一种被高度电离的气体，与普通气体不同之处在于它以电子和离子的形式存在，其整个系统为中性。太阳及其它许多恒星是极炽热的星球，它们就是等离子体。宇宙内大部分物质都是等离子体。地球上也有等离子体：高空的电离层、闪电、极光等等。日光灯、水银灯里的电离气体则是人造的等离子体。
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白洞（white hole），又称白道，是广义相对论预言的一种与黑洞(又称黑道）相反的特殊天体，是大引力球对称天体的史瓦西解的一部分。其性质与黑洞正相反，白洞有一个封闭的边界。与黑洞不同的是，白洞内部的物质（包括辐射）可以经过边界发射到外面去，而边界外的物质却不能落到白洞里面来。因此，白洞像一个喷泉，不断向外喷射物质（能量）。白洞学说在天文学上主要用来解释一些高能现象。白洞外部的时空性质与黑洞一样，白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。只要有足够多的物质，引力坍缩就会发生，导致形成黑洞。如果白洞存在，则可能是宇宙大爆炸时残留下来的。有底称为洞，无底的称为道。% g0 S/ o1 B! S
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夸克-胶子浆（quark-gluonplasma，简称QGP）：是一种量子色动力学下的相态，自由夸克存在于胶子海洋中的物质状态，所处环境为极高温与极高密度。据信这种状态存在於大霹雳宇宙诞生後的最初20或30微秒。由欧洲核子研究组织(简称CERN)在2000年发现。因为质子和中子都是由夸克构成，而夸克能透过这种物质状态中释放出来，并能独立观察。* o L! M; v# u. L
3 d% O- O& U. I1 O6 e# z! c6 p弱对称物质（Weakly symmetric matter）: 大爆炸后10-12秒后，弱相互作用和电磁相互作用统一时产生。( o! V: H: L# S- Y
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强对称物质（Strongly symmetric matter）: 大爆炸后10-36秒后， 随着宇宙的扩大，温度和密度下降，强作用力的分离，这个过程被称为对称破缺。
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里德伯分子（Reed molecular）：里德伯态属于强力的非理想等离子的其中一种介稳定状态。当电子处于很高的激发态后冷凝而形成。当到达某个温度时，这些原子会变成离子和电子。在2009年4月的科学杂志《自然》中报道，斯图加特大学的研究员成功由一粒里德伯原子和一粒基态原子中创造出里德伯分子（实验中利用极冷的铷原子。），并由此证实了科罗拉多大学- 博尔德校区的物理学家克里斯格林（Chris Greene）的假设，他认为这一种物质状态是真正存在的。
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' V: {2 [1 J* a# v3 O& M能量相遇物质状态 0 K0 `6 [: I* x4 }
" o. ]. G- }: l# @虫洞（Wormhole）：或称为蛀孔或蠹孔，又称爱因斯坦-罗森桥，是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。虫洞也可能是连接黑洞和白洞的时空隧道，所以也叫"灰道"。在不平坦的宇宙时空中，这种结构就意味着黑洞视界内的部分会与宇宙的另一个部分相结合，然后在那里产生一个洞。“虫洞”的超强力场可以通过“负质量”来中和，达到稳定“虫洞”能量场的作用。科学家认为，相对于产生能量的“正物质”，“反物质”也拥有“负质量”，可以吸去周围所有能量。简单地说，“虫洞”是连接宇宙遥远区域间的时空细管。它可以把平行宇宙和婴儿宇宙连接起来，并提供时间旅行的可能性。未来的太空航行如使用“虫洞”，那么一瞬间就能到达宇宙中遥远的地方。& ^4 k# o% v- w! \) U& M
/ A, C& u3 I5 `9 I: _% a% k反物质（antimatter）反物质是正常物质的反状态。反物质和物质一旦相遇，就相互吸引、碰撞而100%转化为光并释放出的巨大的能量，这个过程叫做湮灭。湮灭过程会释放出正、反物质中蕴涵的所有静质量能，能量释放率要远高于氢弹爆炸。正电子、负质子都是反粒子，它们跟通常所说的电子、质子相比较，质量相等但电性相反。科学家设想宇宙大爆炸早期曾产生了数量相当的物质和反物质，后来，由于某种原因，大部分反物质转化为物质。一些科学家提出，宇宙中存在由反物质构成的反星系，反星系周围存在微小的黑洞群。3 V0 h7 D( p# p z$ ?# M4 d# T
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宇宙基本物质要素
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物质（objective reality;matter;substance）∶不依赖于人的主观意识而存在的客观实在，是能够参与化合反应和放射性反应的一种波粒二象性现象。狭义定义：物质为构成宇宙万物的实物、场等客观事物;是能量的一种聚集形式。广义定义：物质就是自然存在。物质按其存在、发展形态可分为三类：第一类是能量类物质，如光，磁场，电场等，这些是最原始的物质；第二类是时空类物质，如黑洞等，这些是由于原始物质运动而产生出来的物质运动现象；第三类是形象类的物质，如石头，树木，水等，人们一般所认识的是指第三类的物质。
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能量（energy）：度量物质运动的一种物理量。对应于物质的各种运动形式，能量也有各种形式，彼此可以互相转换，但总量不变。物质运动有多种形式，表现各异，但可互相转换，表明这些运动有共性，也有内在的统一的量度，即能量。能量以机械能、内能、电能、化学能还有式能等各种形式，出现在不同的运动中，并通过作功、传热等方式进行转换。能量的单位为焦、尔格、千瓦时、电子伏（特）等。
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信息（information）信息是物质、能量、信息及其属性的标示，是确定性的增加，信息是事物现象及其属性标识的集合。信息是物质运动规律总和，信息不是物质，也不是能量。信息是客观事物状态和运动特征的一种普遍形式，客观世界中大量地存在、产生和传递着以这些方式表示出来的各种各样的信息。信息是反应客观世界中各种事物特征和变化的知识，是数据加工的结果，信息是有用的数据。信息以物质介质为载体，传递和反映世界各种事物存在的方式和运动状态的表征。
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时间（time）：是指宏观一切具有不停止的持续性和不可逆性的物质状态的各种变化过程，其有共同性质的连续事件的度量衡的总称。时间是人根据物质运动来划分的，不是本来就有的，宇宙中的“时”本来是没有间的。一般事物都有其开始的一刻，也有其结束的一刻。但至少有一个事物除外，这就是绝对空间。绝对空间的存在过程——绝对时间就无始无终。而其它事物的存在过程都可对应于绝对时间的某一部分。当然，其它事物的时间在一定条件下也可相互对应。9 A: P' v" {+ ~3 x5 y" K# {) C
$ h3 m( m# r) O# q: I) t1 j空间（space）：宇宙中物质实体之外的部分，空间至始至终都存在着，不受能量的变化和物质运动形式改变而改变。空间是具体事物的组成部分，是运动的表现形式，是人们从具体事物中分解和抽象出来的认识对象，是绝对抽象事物和相对抽象事物、元本体和元实体组成的对立统一体，是存在于世界大集体之中的，不可被人感到但可被人知道的普通个体成员。空间是具体事物的组成部分，是具体事物具有的一般规定。包括：一度空间、二度空间、三度空间（三维空间）、四度空间（四维空间）和多维空间。
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生命态
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- b* c3 ]/ `# K# H$ n1 p生命态（life state）：生命是生物体所表现出来的自身繁殖、生长发育、新陈代谢、遗传变异以及对刺激产生反应等对物质、能量、信息处理的复合现象。是一种具有自主选择、自我适应、自我调节、自我修复、自我记忆、自我更新、自我复制的物质状态。! _6 O+ A* `$ k0 F, y# e* O
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非周期性液晶态(aperiodic liquid crystalline state)：非周期性液晶态就是信息和负熵，生命体的“有序化=非周期性液晶结构=巨量信息=负熵”，生命与非生命的根本区别在于“非周期性液晶态”。非周期性液晶态决定了生命复杂体系的高度有序性，非周期性液晶态是健康生物体的基本结构，存在于一切组织中，决定一切生命现象，非周期性液晶态的相变决定了一切疾病的发生。液晶态破坏导致熵增，熵增意味“非周期性液晶结构”的破坏，意味着病变、衰老，熵值最大化生命消亡。 |
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发表于 2011-10-15 05:07
发表于 2011-10-18 08:36
