“物质的极端状态”近年越来越多地出现在科学和科普报道中。它指的是物质在极高温、极高压等条件下呈现出的特殊状态,此时物质可能出现日常环境中看不到的新性质。例如,在等离子体状态下,物质内部会产生自由电子;在超高压条件下,物质可能进入超临界状态,不再简单属于液体、气体或固体。

莫斯科工程物理学院(MEPhI)开设了“物质极端状态技术”等相关教育项目,培养能够研究和应用这类复杂物理现象的专业人才。该校毕业生、物理和数学博士弗拉迪斯拉夫·伊万诺夫在接受采访时表示,研究极端物质状态不仅是为了理解物质行为规律,也希望找到能够改善现实生活的应用路径。
在技术应用方面,伊万诺夫提到,废物处理是一个正在发展的方向。利用加热到2500摄氏度以上的过热蒸汽,可以把有机物转化为合成气,同时避免生成有害氧化物。这类技术还可用于制取氢气,或将合成气进一步重整,用于肥料生产及火力发电厂燃烧。
另一个方向是材料表面强化。相关研究正在探索通过产生超过结构钢塑性变形极限的压力,对结构钢表面进行硬化处理,例如用于燃气轮机叶片,以提升发动机部件性能。伊万诺夫也指出,物质在经历极端状态后是否改变性质,取决于极端条件的程度。如果过程中发生不可逆化学反应,物质就可能转化为另一种物质。
在科研方法上,数学建模已成为相关技术研发的重要环节。通常,研究人员会先进行实验,再根据实验中暴露的问题开展建模和修正,形成反复迭代的研发过程。人工智能目前更多被用作数据分析工具,用来处理实验装置产生的大量数据,提高分析效率。
对于人才培养,MEPhI相关项目强调普通物理、气体动力学、电磁学等基础训练。伊万诺夫认为,扎实的普通物理课程是学生后续深入研究极端物质状态的关键。相关毕业生可进入俄罗斯国家原子能公司(Rosatom)旗下企业,也可在高科技公司、化工企业和科研机构工作。MEPhI的学生还会到谢苗诺夫联邦化学物理研究中心实习,参与实验装置控制程序编写、数值建模、实验研究等工作。
伊万诺夫所在研究中心还在开展多项基础和应用研究,包括新型催化系统、纳米材料、新型传感器和气体探测器、复合材料、激光光学、飞秒激光诊断、电池可靠性与安全性、防火安全,以及用于喷气发动机的新型燃烧室研发。他表示,这些研究方向都与极端条件下的科学问题密切相关。