Jaka jest definicja „materii” w fizyce?

Materia ma wiele definicji, ale najczęstszą jest to, że ma ją każda substancja masa i zajmuje przestrzeń. Wszystkie obiekty fizyczne składają się z materii w postaci atomy, które z kolei składają się z protonów, neutronów i elektronów.

Pomysł, że materia składała się z budulców lub cząstek, zrodził się z greckich filozofów Demokryta (470-380 pne) i Leucippus (490 pne).

Materia zbudowana jest z atomów. Najbardziej zasadowy atom, izotop wodoru znany jako protium, jest pojedynczym protonem. Tak więc, chociaż cząstki subatomowe nie zawsze są uważane przez niektórych naukowców za formy materii, można uznać Protium za wyjątek. Niektórzy uważają elektrony i neutrony za formy materii. W przeciwnym razie każda substancja zbudowana z atomów składa się z materii. Przykłady zawierają:

• Atomy (wodór, hel, californium, uran)
• Cząsteczki (woda, ozon, gazowy azot, sacharoza)
• Jony (Ca²⁺, WIĘC₄^2-)
• Polimery i makrocząsteczki (celuloza, chityna, białka, DNA)
• Mieszaniny (olej i woda, sól i piasek, powietrze)
• Formy złożone (krzesło, planeta, piłka)

Podczas gdy protony, neutrony i elektrony są budulcem atomów, same cząstki te są oparte na fermionach. Kwarki i leptyny zwykle nie są uważane za formy materii, chociaż pasują do niektórych definicji tego terminu. Na większości poziomów najłatwiej jest po prostu stwierdzić, że materia składa się z atomów.

Antymateria wciąż jest materią, chociaż cząsteczki niszczą zwykłą materię, gdy się ze sobą stykają. Antymateria istnieje naturalnie na Ziemi, choć w bardzo małych ilościach.

Są rzeczy, które albo nie mają masy, albo przynajmniej nie mają masa spoczynkowa. Do rzeczy, które nie mają znaczenia, należą:

• Światło
• Dźwięk
• Ciepło
• Myśli
• Marzenia
• Emocje

Fotony nie mają masy, więc są przykładem czegoś w fizyce nie składa się z materii. Nie są również uważane za „przedmioty” w tradycyjnym znaczeniu, ponieważ nie mogą istnieć w stanie stacjonarnym.

Materia może istnieć w różnych fazach: stałej, ciekłej, gazowej lub plazmowej. Większość substancji może przechodzić między tymi fazami na podstawie ilości ciepła, które materiał pochłania (lub traci). Istnieją dodatkowe stany lub fazy materii, w tym kondensaty Bosego-Einsteina, kondensaty fermionowe i plazma kwarkowo-gluonowa.

Zauważ, że podczas materia ma masę, a masywne obiekty zawierają materię, te dwa terminy nie są dokładnie synonimami, przynajmniej w fizyce. Materia nie jest zachowana, podczas gdy masa jest zachowana w systemach zamkniętych. Zgodnie z teorią szczególnej teorii względności materia w układzie zamkniętym może zniknąć. Z drugiej strony, masa nigdy nie mogła zostać stworzona ani zniszczona, chociaż można ją przekształcić w energię. Suma masy i energii pozostaje stała w układzie zamkniętym.

W fizyce jednym ze sposobów rozróżnienia masy od materii jest zdefiniowanie materii jako substancji składającej się z cząstek wykazujących masę spoczynkową. Mimo to w fizyce i chemii materia wykazuje dualizm falowo-cząsteczkowy, więc ma właściwości zarówno fal, jak i cząstek.