Materia (fizyka)
Z Wikipedii
W fizyce klasycznej materia to wszystko co posiada masę i zajmuje określoną przestrzeń. W fizyce współczesnej materią nazywamy wszystko co posiada energię i pęd. Np. foton jest cząstką materialną, ale nie ma masy spoczynkowej. Nie istnieje układ, w którym spoczywałby (nie zajmuje określonej przestrzeni). Jego energię i pęd widzimy (dosłownie, efekt fotoelektryczny).
Współczesna fizyka nie interesuje się ścisłym zdefiniowaniem pojęcia "materii", ponieważ nie jest potrzebne dla opisu zjawisk.
Spis treści |
[edytuj] Dwie definicje
Definicja powyższa wymaga sprecyzowania, o jaką masę chodzi (spoczynkową). Cząstki, posiadające zerową masę spoczynkową (np. fotony), poruszają się bowiem zawsze z prędkością światła i tym samym posiadają energię i pęd, a w konsekwencji zdolność do zakrzywiania czasoprzestrzeni.
W różnych działach fizyki używa się dwóch różnych definicji:
| materia to | wszystko co posiada niezerową masę spoczynkową | wszystko co posiada niezerową energię i pęd |
|---|---|---|
| zakres użycia | bardziej w mikroskali (nierelatywistyczna mechanika kwantowa) |
relatywistyczna mechanika kwantowa, bardziej w makroskali (szczególna teoria względności, ogólna teoria względności) |
| obejmowane cząstki | tylko cząstki masywne | wszelkie cząstki |
| pola fizyczne (np. światło) |
nie wchodzą w skład materii | wchodzą w skład materii |
| zakrzywienie czasoprzestrzeni | nie tylko materia zakrzywia czasoprzestrzeń | materia to inaczej wszystko, co zakrzywia czasoprzestrzeń |
| zdolność do tworzenia struktur |
materia obejmuje wszelkie cząstki, z których mogą powstać trwałe struktury (atomy) | tylko część materii tworzy trwałe struktury |
| zakaz Pauliego | dwa obiekty materialne nie mogą się znaleźć w tym samym miejscu (tylko fermiony) | dwa obiekty materialne (np. atom i pole magnetyczne) mogą się przenikać |
[edytuj] Inne definicje
Powyższe definicje obowiązują w obrębie nauk przyrodniczych. Niektóre systemy filozoficzne przyjmują inne definicje.
Inne, filozoficzne definicje materii znajdują się w artykule materia (filozofia).
[edytuj] Uwagi dotyczące pierwszej definicji (z masą spoczynkową)
Z definicji tej wynika, że za materię w fizyce można uznać każdy materiał, który składa się z fermionów (czyli cząstek posiadających masę i podlegających zakazowi Pauliego) lub bozonów. Zakaz Pauliego stwierdza, że żadna dowolnie wybrana para fermionów nie może być w dokładnie tym samym stanie kwantowym. Ma to daleko idące konsekwencje, gdyż z zakazu tego wynika że:
- materia jest w stałym ruchu, gdyż żaden z fermionów nigdy nie może uzyskać najniższego teoretycznie dla niego możliwego stanu energetycznego
- dwa fermiony nie mogą równocześnie występować w jednym punkcie przestrzeni - co powoduje, że materia nie może "przenikać" samej siebie, lub przebywać naraz w dwóch punktach czasoprzestrzeni.
Materia zbudowana z bozonów nie podlega zakazowi Pauliego i może kondensować, dając kondensat Bosego-Einsteina.
Klasyczna definicja materii nie obejmuje cząstek nie posiadających spoczynkowej masy - takich jak np. fotony - uznając je tylko za nośniki energii. Mechanika kwantowa ujednoliciła obraz materii, foton zyskał własności korpuskularne, a elektron (będący fermionem) własności falowe (zasada komplementarności).
[edytuj] Materia a energia
Materia i energia są w fizyce dwoma wyraźnie osobnymi pojęciami. We współczesnej fizyce energia jest cechą materii (niezmiennik wynikający z własności czasu i przestrzeni), w którym materia istnieje. Energia nie jest samodzielnym bytem.
Wiele systemów filozoficznych (np. marksizm) traktuje materię w sensie klasycznej definicji fizycznej i energię jako dwa różne przejawy materii w sensie filozoficznym - jednak, jeszcze raz - w fizyce taka koncepcja materii nie jest powszechnie akceptowana, ze względu na to, że prowadzi to do terminologicznych nieporozumień, gdyż wtedy należałoby przyjąć, że materia składa się z "materii właściwej (czyli tej wg podawanej tu na początku definicji) oraz energii, która nie jest samodzielnym bytem".
[edytuj] Materia wokół nas
Materia fizyczna, z jaką stykamy się na co dzień, przyjmuje formę cząstek elementarnych, jąder atomowych, atomów, tworzących cząsteczki związków chemicznych, mieszaniny nie związanych ze sobą pierwiastków, lub znacznie rzadziej - pierwiastki w formie czystej.
Zależnie od warunków termodynamicznych, takich jak ciśnienie i temperatura, materia może występować w różnych stanach skupienia, z których najczęściej stykamy się ze stanem gazowym, ciekłym i stałym. Oprócz tego istnieją jeszcze m.in. stany nazywane plazmą, nadcieczą i kondensatem Bosego-Einsteina.
