一種更好的物質分類法
我們最初是憑手感給物質的狀態分類的——固體硬、液體流、氣體飄。這管用，但物理學家更偏愛一個更深的問題：裡頭的原子有多有序？ 這個觀念，即有序與無序，最終被證明才是區分各種物質形態的真正鑰匙。
想像一座劇院。有序，是觀眾坐進編了號的座位：一排排筆直，人人都遵循同一個圖案，只要你知道一個人坐在哪，就能猜出所有人都在哪。無序，是中場休息時在大廳裡亂晃的人群：還是那些人，還是擠在一起，卻毫無章法可言——知道一個人的位置，對下一個人毫無幫助。原子可以選擇任一種排法，而當我們說「固體」或「液體」時，真正命名的，正是這個選擇。
讀出每種狀態裡的有序程度
如今，三種熟悉的狀態沿著這條「有序到無序」的標尺，漂亮地排成了一列。固體（想想冰，或任何晶體）最為有序：原子坐在整齊、重複的圖案裡，每一個都永遠守著同樣的鄰居——這就是入座的觀眾。液體則部分無序：原子仍相互接觸、彼此擁擠，卻會四處遊走、不斷更換鄰居，於是那種整齊的長程圖案就消失了——這就是大廳裡的人群。氣體則徹底無序：原子遠遠飛散，彼此之間毫無關係可言。
- 固體——高度有序：位置固定、鄰居固定，呈現重複的圖案。
- 液體——部分有序：仍擠在一起、彼此相碰，但鄰居不斷變化。
- 氣體——完全無序：原子相距很遠、位置隨機，毫無圖案。
相：物質能採取的不同形態
物理學家給物質每一種不同的形態都起了個名字，叫相。所謂相，就是材料從頭到尾都保持一套統一性質的狀態——冰是一個相，液態水是另一個相，水蒸氣是第三個相。同樣的原子、完完全全相同的水分子，卻因為原子的排列方式和運動方式不同，而成了三個不同的相。
妙就妙在，許多相變（如熔化、沸騰）會在一個明確的臨界點突然發生，而非漸進。冰不會隨著升溫慢慢變軟糊；它一直堅挺到 0°C，然後才熔化。這種陡然的轉變——相變——本身就是一種湧現效應：一整群原子幾乎是異口同聲地決定重新排列。相變我們後面會正經地講到；眼下只需記住這個觀念：物質以一個個截然不同的相存在，相與相之間有著清晰的邊界。
溫度：在有序與混亂之間的旋鈕
是什麼把物質從一個相推向另一個相？主要是溫度。回想一下，溫度不過是熱運動的一種度量——原子顫動得有多劇烈。低溫時顫動溫和，束縛力足以把原子留在它們有序的「座位」上。把溫度調高，顫動便會狂野到足以把這份有序搖散，將材料推入一個更加無序的相。
所以，把溫度想像成一個旋鈕。把它往低、往冷的方向擰，有序就贏——原子凍結成整齊的圖案。把它往高擰，無序就贏——原子打破隊形、開始流動，繼而四散自由飛開。這一個旋鈕，與束縛力相互權衡，掌管著從凍結的固體一路到散亂的氣體的整道階梯。
氣體之外：第四種狀態
把溫度旋鈕繼續往上擰、越過氣體，新東西就出現了。讓它熱到足夠——幾千度——原子相撞得如此猛烈，以至於電子都被直接撞飛出去。剩下的，便是一鍋翻騰的、由裸露的原子核和自由電子構成的「湯」，叫做電漿。它常被稱為物質的第四種狀態；儘管在地面上它顯得稀奇，它其實是宇宙中最常見的狀態：恆星，包括我們的太陽，都是一團團巨大的電漿。
而這個旋鈕往另一頭擰也別有洞天。把溫度調向最最寒冷的極端，物質能做出比日常生活中任何事都更離奇的事——毫無摩擦地流動、毫無電阻地導電。這些同樣是截然不同的相，誕生於一種更深層的、量子式的有序。它們是這道攀登路上更高處等著你的幾顆明珠，而你剛剛學到的「有序對無序」這個觀念，正是把它們看清楚的那面透鏡。