呂之品

讓我們掰指數(shù)一數(shù)，目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)形態(tài)有哪幾種：首先是固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)；其次是等離子態(tài)；最后，還有目前只在實驗室里存在的玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)和費米凝聚態(tài)。

除了這些，還有沒有第七種物態(tài)呢？物理學(xué)家現(xiàn)在可想象不出第七種態(tài)物質(zhì)是什么樣的。不過，在這個問題上，拓撲學(xué)倒可以為他們指點迷津。

三個環(huán)兩兩相扣，當你解下任意一個，你本以為其它兩個會依然扣在一起的，沒想到剩余的兩個便也跟著解開了，成了獨立的三個環(huán)……這種小魔術(shù)對于你可能不是什么新鮮玩意。在拓撲學(xué)上，這種環(huán)叫“布諾明環(huán)”（上圖左）。數(shù)學(xué)家說，第七態(tài)物質(zhì)與此具有相同的性質(zhì)。

你大概還是不能理解第七態(tài)物質(zhì)究竟是啥樣子。好吧，讓我們先來看前六個態(tài)的物質(zhì)有什么共同特點：不論固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)、等離子態(tài)還是兩種凝聚態(tài)物質(zhì)，你要是從中“摘去”一個粒子，余下的物質(zhì)，狀態(tài)都不會改變。但換成第七態(tài)物質(zhì)卻大不一樣：你要是從中“摘去”任意一個粒子，其余粒子馬上就散架了。這就是說，在第七態(tài)物質(zhì)中，粒子之間的關(guān)系就好比布諾明環(huán)中環(huán)之間的關(guān)系。

當然了，物質(zhì)粒子并非真的什么環(huán)，所謂的“環(huán)與環(huán)相扣”，其實是“粒子與粒子相互作用”的具象，“環(huán)解開”也是粒子之間不再有相互作用的具象。設(shè)想中的第七態(tài)物質(zhì)，對作用力的性質(zhì)沒有特別的要求，可以是化學(xué)鍵，也可以是核力，甚至是萬有引力。

幾年前，日本核物理學(xué)家就在碳22原子核中就發(fā)現(xiàn)了這種結(jié)構(gòu)。碳22原子核里有6個質(zhì)子，16個中子。不過這些粒子并不是密密麻麻全擠在一起的，而是6個質(zhì)子和14個中子先組成碳20原子核，然后碳20原子核與余下的2個中子形成一個布諾明環(huán)結(jié)構(gòu)。如果任意移走1個中子或者移走碳20原子核，整個結(jié)構(gòu)就散架。

第七態(tài)物質(zhì)也并非只能容納3個粒子。數(shù)學(xué)家把布諾明環(huán)經(jīng)過推廣之后，可以容納很多環(huán)，同時它又保持布諾明環(huán)的重要特性：只要解開其中任意一個，其余的環(huán)都跟著解開，整個結(jié)構(gòu)就散架。

數(shù)學(xué)家由此對物理學(xué)家說：“喏！你下一個找到的物質(zhì)狀態(tài)很可能就是這種形式。”這種結(jié)構(gòu)可用來研究鬼魅似的量子糾纏現(xiàn)象。因為在三個粒子的量子糾纏中，有一種情況是，一旦一個粒子解除糾纏，其余粒子的糾纏也便跟著解除。

此外，化學(xué)家正在合成具有布諾明環(huán)特征的高分子材料。試想一下，倘若用這種材料制造某些臨時用的東西，拆起來會是多么方便，因為只要拆除一個最小的單元，整個結(jié)構(gòu)就全部還原回一堆最簡單的材料，這些東西又可以回收利用了。

我們還可以試想，這種材料對磨損是特別敏感的，因為只要磨掉一個最小的單元，整個結(jié)構(gòu)就散架了，這就相當于把不易覺察的小磨損放大了。所以，在某些要求精確度極高的場合，可以用于監(jiān)測材料的磨損狀況。