ในวิชาเคมีและฟิสิกส์สภาวะกึ่งเสถียร (metastability)คือสถานะพลังงาน ระดับกลาง ภายในระบบพลวัต ซึ่งไม่ใช่ สถานะที่มีพลังงานต่ำที่สุดของระบบตัวอย่างง่ายๆ ของสภาวะกึ่งเสถียรคือลูกบอลที่วางอยู่ในหลุมบนพื้นเอียง หากผลักลูกบอลเบาๆ มันจะกลับไปอยู่ในหลุม แต่หากผลักแรงขึ้น ลูกบอลอาจเริ่มกลิ้งลงพื้นเอียงได้พินโบว์ลิ่งก็แสดงสภาวะกึ่งเสถียรที่คล้ายกัน โดยอาจแค่โยกไปมาครู่หนึ่งหรือล้มลงไปเลย ตัวอย่างทั่วไปของสภาวะกึ่งเสถียรในวิทยาศาสตร์คือการเกิดไอโซเมอร์ ไอโซเมอร์ที่มีพลังงานสูงกว่าจะมีอายุยืนยาวกว่า เพราะถูกกีดขวางไม่ให้จัดเรียงตัวใหม่ไปสู่สถานะพื้นฐานที่ต้องการ (โดยอาจมีขนาดใหญ่) ด้วยอุปสรรคใน พลังงานศักย์

ในระหว่างสภาวะกึ่งเสถียรที่มีอายุขัยจำกัด พารามิเตอร์ที่อธิบายสภาวะทั้งหมดจะถึงค่าคงที่และคงค่านั้นไว้ ในสภาวะโดดเดี่ยว:

• สถานะที่มีพลังงานน้อยที่สุดเป็นสถานะเดียวที่ระบบจะดำรงอยู่ได้เป็นระยะเวลาไม่จำกัด จนกว่าจะมีการเพิ่มพลังงานภายนอกเข้าไปในระบบ (สถานะ "เสถียรอย่างสมบูรณ์" ที่เป็นเอกลักษณ์)
• ระบบจะออกจากสถานะอื่น ๆ (ที่มีพลังงานสูงกว่า) โดยอัตโนมัติ เพื่อกลับคืนสู่สถานะที่มีพลังงานต่ำที่สุดในที่สุด (หลังจากลำดับการเปลี่ยนแปลง)

แนวคิดเรื่องสภาวะไม่เสถียร (metastability) มีต้นกำเนิดมาจากฟิสิกส์ของการเปลี่ยนสถานะอันดับหนึ่งต่อมาแนวคิดนี้ได้มีความหมายใหม่ในการศึกษาอนุภาคย่อยอะตอมที่ รวมตัวกัน (ในนิวเคลียสของอะตอมหรือในอะตอม) หรือในโมเลกุล โมเลกุลขนาดใหญ่ หรือกลุ่มของอะตอมและโมเลกุล และในภายหลังก็ถูกนำไปใช้ในการศึกษาเกี่ยวกับการตัดสินใจและระบบการส่งผ่านข้อมูล

สภาวะกึ่งเสถียรพบได้ทั่วไปในฟิสิกส์และเคมี ตั้งแต่ระดับอะตอม (ระบบหลายอนุภาค) ไปจนถึงกลุ่มโมเลกุลแบบสุ่ม ( ของเหลวหนืดของแข็งอสัณฐาน ผลึกเหลวแร่ธาตุฯลฯ) ทั้งในระดับโมเลกุลหรือในระดับโดยรวม (ดูหัวข้อ สภาวะกึ่งเสถียรของสสารและกองเมล็ดพืชด้านล่าง) ความหลากหลายของสภาวะกึ่งเสถียรจะเพิ่มมากขึ้นเมื่อระบบมีขนาดใหญ่ขึ้น และ/หรือหากแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันมีความไม่สม่ำเสมอในเชิงพื้นที่ หรือมีความหลากหลายมากขึ้น

ในระบบพลวัต (ที่มีการป้อนกลับ ) เช่น วงจรไฟฟ้า การส่งสัญญาณ ระบบการตัดสินใจ ระบบประสาท และระบบภูมิคุ้มกันความไม่เปลี่ยนแปลงตามเวลาของรูปแบบการทำงานหรือการตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอกจะเป็นตัวกำหนดเสถียรภาพและภาวะกึ่งเสถียร (ดูภาวะกึ่งเสถียรของสมองด้านล่าง) ในระบบเหล่านี้ สิ่งที่เทียบเท่ากับความผันผวนทางความร้อนในระบบระดับโมเลกุลคือ " สัญญาณรบกวนสีขาว " ที่ส่งผลต่อการแพร่กระจายของสัญญาณและการตัดสินใจ

อุณหพลศาสตร์นอกสมดุลเป็นสาขาหนึ่งของฟิสิกส์ที่ศึกษาพลวัตของกลุ่มโมเลกุลทางสถิติผ่านสถานะที่ไม่เสถียร การ "ติดอยู่" ในภาวะทางอุณหพลศาสตร์โดยไม่ได้อยู่ในสถานะพลังงานต่ำสุดเรียกว่ามีเสถียรภาพทางจลน์หรือมีความคงตัวทางจลน์ การเคลื่อนที่หรือจลน์ของอะตอมที่เกี่ยวข้องทำให้เกิดการติดอยู่ แม้จะมีทางเลือกอื่นที่เหมาะสมกว่า (พลังงานต่ำกว่า) ก็ตาม

สถานะ กึ่งเสถียรของสสาร (เรียกอีกอย่างว่าเมตาสเตท ) มีตั้งแต่ของแข็งที่กำลังหลอมเหลว (หรือของเหลวที่กำลังแข็งตัว) ของเหลวที่กำลังเดือด (หรือก๊าซที่กำลังควบแน่น) และของแข็งที่กำลังระเหิด ไปจนถึง ของเหลว ที่เย็นยิ่งยวดหรือ ส่วนผสมของของเหลวและก๊าซ ที่ร้อนยิ่งยวด น้ำที่บริสุทธิ์มากและเย็นยิ่งยวดจะคงสภาพเป็นของเหลวที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 °C และจะคงสภาพเช่นนั้นจนกว่าจะมีการสั่นสะเทือนหรือการเติมสารตั้งต้นที่ทำให้เกิดการควบแน่นเพื่อกระตุ้นให้เกิด ศูนย์กลาง การตกผลึกนี่เป็นสถานการณ์ทั่วไปสำหรับหยดน้ำในเมฆในชั้นบรรยากาศ

เฟสที่ไม่เสถียรพบได้ทั่วไปในสสารควบแน่นและผลึกศาสตร์ ตัวอย่างเช่นอนาเทสซึ่งเป็นพอลิมอร์ฟที่ไม่เสถียรของไทเทเนียมไดออกไซด์แม้ว่าโดยทั่วไปจะเป็นเฟสแรกที่เกิดขึ้นในกระบวนการสังเคราะห์หลายอย่างเนื่องจากมีพลังงานพื้นผิว ต่ำกว่า แต่ก็เป็นเฟสที่ไม่เสถียรเสมอ โดยรูไทล์เป็นเฟสที่เสถียรที่สุดที่อุณหภูมิและความดันทุกระดับ^{[ 1 ]} อีกตัวอย่างหนึ่งคือเพชรเป็นเฟสที่เสถียรเฉพาะที่ความดันสูงมากเท่านั้น แต่เป็นรูปแบบของคาร์บอนที่ไม่เสถียรที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานสามารถเปลี่ยนเป็นกราไฟต์ (บวกพลังงานจลน์ที่เหลืออยู่) ได้ แต่ต้องเอาชนะพลังงานกระตุ้น ก่อน ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญมาร์เทนไซต์เป็นเฟสที่ไม่เสถียรที่ใช้ในการควบคุมความแข็งของเหล็กส่วนใหญ่ พอลิมอร์ฟ ที่ไม่เสถียร ของซิลิกาพบได้ทั่วไป ในบางกรณี เช่น ในอัลโลโทรปของโบรอน แข็ง การได้ตัวอย่างของเฟสที่เสถียรนั้นทำได้ยาก^{[ 2 ]}

พันธะระหว่างหน่วยสร้างของพอลิเมอร์เช่นDNA , RNAและโปรตีนก็มีความไม่เสถียรเช่นกันอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) เป็นโมเลกุลที่ไม่เสถียรอย่างมาก ซึ่งมักถูกอธิบายว่า "เต็มไปด้วยพลังงาน" ที่สามารถนำไปใช้ในทางชีววิทยาได้หลายวิธี^{[ 3 ]}

โดยทั่วไปอิมัลชัน / ระบบคอลลอยด์ และ แก้วมีสภาวะกึ่งเสถียร สภาวะกึ่งเสถียรของแก้วซิลิกา ตัวอย่างเช่น มีลักษณะเฉพาะคือมีอายุขัยประมาณ 10 ⁹⁸ปี^{[ 4 ]} (เมื่อเปรียบเทียบกับอายุขัยของจักรวาล ซึ่งเชื่อกันว่ามีอายุประมาณ 10 98 ปี)1.3787 × 10 ¹⁰ปี) ^{[ 5 ]}

กองทรายเป็นระบบหนึ่งที่อาจแสดงภาวะไม่เสถียรได้ หากมีเนินลาดชันหรืออุโมงค์อยู่เม็ดทรายจะรวมตัวกันเป็นกองเนื่องจากแรงเสียดทาน เป็นไปได้ที่กองทรายขนาดใหญ่ทั้งกองจะอยู่ในสภาวะที่มั่นคง แต่การเพิ่มเม็ดทรายเพียงเม็ดเดียวก็อาจทำให้ส่วนใหญ่ของกองทรายพังทลายลงได้

หิมะถล่มเป็นปัญหาที่รู้จักกันดี โดยเกิดจากกองหิมะและผลึกน้ำแข็งขนาดใหญ่บนเนินลาดชัน ในสภาพอากาศแห้ง เนินหิมะจะทำหน้าที่คล้ายกับกองทราย หิมะทั้งภูเขาสามารถถล่มลงมาอย่างฉับพลันได้เพียงเพราะนักสกี หรือแม้แต่เสียงดังหรือการสั่นสะเทือน

ระบบรวมของอนุภาคย่อยอะตอมที่อธิบายโดยกลศาสตร์ควอนตัม ( เช่น ควาร์กภายในนิว คลีออ น นิวคลีออนภายใน นิวเคลียส ของ อะตอม อิเล็กตรอนภายในอะตอมโมเลกุลหรือกลุ่มอะตอม ) พบว่ามีสถานะที่แตกต่างกันได้หลายสถานะ ในบรรดาสถานะเหล่านี้ มีเพียงสถานะเดียว (หรือกลุ่มสถานะที่เสื่อมสภาพ เล็กน้อย ) ที่มีเสถียรภาพอย่างไม่มีที่สิ้นสุด นั่นคือสถานะ พื้นฐานหรือค่าต่ำสุดทั่วโลก

สถานะอื่นๆ ทั้งหมดนอกเหนือจากสถานะพื้นฐาน (หรือสถานะที่เสื่อมสภาพกับสถานะพื้นฐาน) จะมีพลังงานสูงกว่า^{[ 6 ]}ในบรรดาสถานะอื่นๆ เหล่านี้ สถานะ กึ่งเสถียรคือสถานะที่มีอายุยืนยาวกว่าสถานะที่มีอายุสั้นที่สุดในชุดอย่างน้อย 10 ²ถึง 10 ³เท่า^{[ 7 ]}

สถานะกึ่งเสถียรนั้นมีอายุยืนยาว ( เสถียร ในระดับท้องถิ่น เมื่อเทียบกับการจัดเรียงพลังงาน 'ใกล้เคียง') แต่ไม่คงอยู่ชั่วนิรันดร์ (เหมือนกับสถานะต่ำสุด ทั่วโลก ) เมื่อถูกกระตุ้นด้วยพลังงานที่สูงกว่าสถานะพื้นฐาน มันจะสลายตัวไปสู่สถานะที่เสถียรกว่าในที่สุด โดยปล่อยพลังงานออกมา อันที่จริง เหนือศูนย์สัมบูรณ์สถานะทั้งหมดของระบบมีความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์ที่จะสลายตัว กล่าวคือ จะตกไปสู่สถานะอื่นโดยธรรมชาติ (โดยปกติจะมีพลังงานต่ำกว่า) กลไกหนึ่งที่ทำให้เกิดสิ่งนี้ได้คือผ่านการทะลุผ่าน (tunnelling )

สถานะพลังงานบางสถานะของนิวเคลียสอะตอม (ที่มีมวล ประจุ สปิน และ การกระจาย ไอโซสปิน ที่แตกต่างกัน ) มีอายุยืนยาวกว่าสถานะอื่นๆ ( ไอโซเมอร์นิวเคลียร์ ของ ไอโซโทปเดียวกัน) เช่นเทคนีเซียม-99m ^{[ 8 ]}ไอโซโทปแทนทาลัม-180mแม้จะเป็นสถานะกระตุ้นที่ไม่เสถียร แต่ก็มีอายุยืนยาวมากจนไม่เคยมีการสังเกตการสลายตัว โดยมีครึ่งชีวิตที่คำนวณได้ว่าน้อยที่สุด2.9 × 10 ¹⁷ (290 ควอดริลเลียน) ปี^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} มากกว่า อายุปัจจุบันของจักรวาลถึง 21 ล้านเท่า

ระดับพลังงานอะตอมบางระดับเป็นสถานะกึ่งเสถียรอะตอมริดเบิร์กเป็นตัวอย่างของสถานะอะตอมกระตุ้นกึ่งเสถียร การเปลี่ยนสถานะจากระดับกระตุ้นกึ่งเสถียรโดยทั่วไปจะเป็นการเปลี่ยนสถานะที่ถูกห้ามโดยกฎการเลือก ไดโพลไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนสถานะใดๆ จากระดับนี้มีโอกาสเกิดขึ้นค่อนข้างน้อย ในแง่หนึ่ง อิเล็กตรอนที่บังเอิญพบว่าตัวเองอยู่ในสถานะกึ่งเสถียรจะถูกดักจับอยู่ที่นั่น เนื่องจากการเปลี่ยนสถานะจากสถานะกึ่งเสถียรนั้นไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้ (เพียงแต่มีโอกาสน้อยกว่า) อิเล็กตรอนจะสลายตัวไปสู่สถานะที่มีพลังงานน้อยกว่าในที่สุด โดยทั่วไปแล้วจะเป็นการเปลี่ยนสถานะแบบควอดรูโพลไฟฟ้า หรือบ่อยครั้งโดยการลดระดับพลังงานแบบไม่แผ่รังสี (เช่น การลดระดับพลังงานจากการชนกัน)

คุณสมบัติการสลายตัวอย่างช้าๆ ของสถานะกึ่งเสถียรนี้ปรากฏให้เห็นได้ในฟอสฟอเรสเซนซ์ ซึ่งเป็นการ เรืองแสงชนิดหนึ่งที่พบในของเล่นเรืองแสงในที่มืดที่สามารถชาร์จได้โดยการนำไปสัมผัสกับแสงสว่างก่อน ในขณะที่การปล่อยแสงโดยธรรมชาติในอะตอมมีช่วงเวลาโดยทั่วไปประมาณ 10⁻⁸ ^{วินาที}การสลายตัวของสถานะกึ่งเสถียรโดยทั่วไปอาจใช้เวลาเพียงไม่กี่มิลลิวินาทีถึงหลายนาที ดังนั้นแสงที่ปล่อยออกมาในฟอสฟอเรสเซนซ์จึงมักจะอ่อนและคงอยู่นาน

ในระบบเคมี ระบบของอะตอมหรือโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพันธะเคมีสามารถอยู่ในสถานะกึ่งเสถียร ซึ่งคงอยู่ได้เป็นระยะเวลาค่อนข้างนาน การสั่นสะเทือนของโมเลกุลและการเคลื่อนที่เนื่องจากความร้อนทำให้สารเคมีที่มีพลังงานเทียบเท่ากับจุดสูงสุดของเนินเขากลมมีอายุสั้นมาก สถานะกึ่งเสถียรที่คงอยู่ได้นานหลายวินาที (หรือหลายปี) พบได้ในหุบเขา พลังงาน ที่ไม่ใช่หุบเขาที่ต่ำที่สุด (จุดที่ 1 ในภาพประกอบ) ประเภทของสถานะกึ่งเสถียรที่พบได้ทั่วไปคือไอโซเมริซึม

ความเสถียรหรือความไม่เสถียรของระบบเคมีที่กำหนดขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่งอุณหภูมิและความดันความแตกต่างระหว่างการสร้างเอนทิตีที่เสถียรกับเอนทิตีที่ไม่เสถียรอาจมีผลกระทบที่สำคัญ ตัวอย่างเช่น การมีโพลีมอร์ฟผลึก ที่ไม่ถูกต้อง อาจส่งผลให้ยาไม่สามารถใช้งานได้ในระหว่างการจัดเก็บระหว่างการผลิตและการบริหารยา^{[ 12 ]}แผนที่แสดงสถานะที่เสถียรที่สุดเป็นฟังก์ชันของความดัน อุณหภูมิ และ/หรือองค์ประกอบ เรียกว่าแผนภาพเฟสในบริเวณที่สถานะใดสถานะหนึ่งไม่เสถียรที่สุด สถานะนั้นอาจยังคงเป็นสถานะที่ไม่เสถียรได้ สารตัวกลางของปฏิกิริยามีอายุสั้น และมักจะไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์มากกว่าที่จะเป็นสถานะที่ไม่เสถียรIUPACแนะนำให้เรียกสิ่งเหล่านี้ว่าสารชั่วคราวมากกว่าที่จะเรียกว่าสารที่ไม่เสถียร^{[ 13 ]}

ภาวะกึ่งเสถียรยังใช้เพื่ออ้างถึงสถานการณ์เฉพาะในสเปกโทรเมตรีมวล^{[ 14 ]}และสเปกโทรเคมี^{[ 15 ]}

วงจรดิจิทัลควรจะอยู่ในสถานะดิจิทัลที่เสถียรจำนวนน้อยภายในระยะเวลาที่กำหนดหลังจากมีการเปลี่ยนแปลงอินพุต อย่างไรก็ตาม หากอินพุตเปลี่ยนแปลงในจังหวะที่ไม่เหมาะสม วงจรดิจิทัลที่ใช้การป้อนกลับ (แม้แต่วงจรอย่างง่าย เช่น ฟลิปฟลอป ) ก็อาจเข้าสู่สถานะกึ่งเสถียรและใช้เวลานานอย่างไม่มีขีดจำกัดกว่าจะเข้าสู่สถานะดิจิทัลที่เสถียรอย่างสมบูรณ์ได้ในที่สุด

ภาวะไม่เสถียรในสมองเป็นปรากฏการณ์ที่ศึกษาในสาขาวิทยาศาสตร์ประสาทเชิงคำนวณเพื่ออธิบายว่าสมองของมนุษย์รับรู้รูปแบบได้อย่างไร ในที่นี้ คำว่าภาวะไม่เสถียรถูกใช้ในความหมายที่ค่อนข้างกว้าง ไม่มีสถานะพลังงานต่ำกว่า แต่มีสัญญาณกึ่งชั่วคราวในสมองที่คงอยู่ชั่วขณะและแตกต่างจากสถานะสมดุลปกติ

Gilbert Simondonอ้างถึงแนวคิดเรื่องภาวะกึ่งเสถียรเพื่อทำความเข้าใจระบบที่แทนที่จะแก้ไขความตึงเครียดและศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงไปสู่สถานะสุดท้ายเพียงสถานะเดียว แต่กลับ 'รักษาความตึงเครียดไว้ในสมดุลของภาวะกึ่งเสถียรแทนที่จะทำให้ความตึงเครียดเหล่านั้นเป็นโมฆะในสมดุลของความเสถียร' ซึ่งเป็นการวิพากษ์วิจารณ์แนวคิดเรื่อง ภาวะ สมดุลของไซเบอร์ เนติก ส์^{[ 16 ]}

• สุญญากาศเทียม
• ฮิสเทอรีซิส
• มะเร็งเมตาสเตท