1. Основні види матерії [ правити ]
2. Визначення маси [ правити ]
3. Елементарні частинки і поля [ правити ]
4. Матерія в загальній теорії відносності [ правити ]

Ця стаття про концепцію фізичної науки. Для іншого використання, див. Матерія (значення) .

матерія


Матерія, як правило, поділяються на три види класичних станів, до плазмового іноді додається четвертий стан. Зверху вниз: кварц (Тверде), вода (Рідина), діоксид азоту (газоподібне) і плазма (Plasma globe - плазмова Лампа (також званий плазмовий куля, купола, сфери, трубки або куля, в залежності від форми) - це (зазвичай) ясний скляну кулю, наповнений сумішшю з різних благородних газів високовольтного електрода в центрі сфери.) (Полум'яне) .

Матерія (від лат. māteria «речовина») - об'єктивна реальність , вміст простору , Одна з основних категорій науки і філософії , об'єкт вивчення фізики .

фізика описує матерію як явище, що існує в просторі і у часу (в просторі-часі ) - уявлення , Що йде від Ньютона (Простір - вмістилище речей, час - подій ); або як щось, само задає властивості простору і часу - уявлення, що йде від Лейбніца і, в подальшому, що знайшло вираження в загальної теорії відносності Ейнштейна . Зміни в часі, що відбуваються з різними формами матерії , складають фізичні явища . Основним завданням фізики є опис властивостей тих чи інших видів матерії і її взаємодії.

До 20-го століття, термін матерія включає звичайну речовину, що складається з атомів, де виключені інші енергетичні явища, такі як світло або звук . Ця концепція матерії може бути узагальнена на основі атомів , Може включати будь-які об'єкти , що мають масу навіть в стані спокою, але це погане визначення, оскільки об'єкт, маса можуть виникнути в результаті їх (можливо, безмасові) тристоронніх учасників руху і взаємодії енергій. Таким чином, питання не має універсального визначення, не є фундаментальним поняттям у фізиці сьогодні. Матерія також застосовується в широкому сенсі як загальний термін, що позначає речовина , Яке робить всі спостережувані фізичні об'єкти. [1] , [2]

Всі об'єкти з повсякденного життя, з якими ми можемо зіткнутися, сенсорно (датчик) або можемо стиснути складаються з атомів . Ця атомарна матерія, в свою чергу, складається з взаємодії субатомних частинок - зазвичай з ядра, протонів і нейтронів, і хмари орбітальних електронів . [3] , [4] Як правило, наука розглядає ці складові частинки матерії, тому що вони обидва мають маси спокою і обсяг . Навпаки, безмасові частки, такі як фотони , Що не рассматрівются як матерія, оскільки вони не мають ні маси спокою, ні обсягу. Однак, не всі частинки з масою спокою мають класичний обсяг, починаючи з елементарних частинок, таких як кварки і лептони (Іноді ототожнюється з матерією) вважаються "точковими частинками" з неефективним розміром або об'ємом. Проте, кварки і лептони разом складають "звичайну матерію", і їх взаємодію сприяє створенню ефективного обсягу композитних частинок, з яких складається звичайне речовина. Матерія зазвичай не існує в чотирьох станах (або фазах): твердого, рідкого і газоподібного і плазми . Однак, аванси експериментальної методики показали і інші раніше теоретичні етапи, таких як Бозе-Ейнштейна конденсату і ферміони конденсату. Зосередитися на елементарні частки як вид матерії також призводить до появи нових станів (фаз) речовини, таких як кварк-глюонної плазми. [5] [5] Для більшої частини історії природничих наук люди бачили точну природу матерії. Ідея, що матерія побудована з дискретних блоків, так званих теорії частинок матерії вперше була висунута грецьким філософом Лисиппом (~ 490 до н.е.) і Демокрітом (~ 470-380 до н.е.). [6]

Питання не слід плутати з масою, як два стани не зовсім же прийнятним в сучасній фізиці. [7] Наприклад, маса - це кількість збережених систем, що означає, що її значення не змінюється з плином часу в межах закритих систем. Однак матерія не зберігається в таких системах, хоча це і не очевидно, в звичайних умовах на Землі, в яких речовина знаходиться приблизно збереженим. Як і раніше, спеціальна теорія відносності показує, що матерія може зникнути шляхом перетворення в енергію, навіть всередині замкнутих систем, а також може бути створений з енергії, в рамках таких систем. Однак, оскільки маса (як і енергія) не може бути ні створена, ні знищена і кількість маси і кількість енергії, залишаються незмінними під час трансформації матерії (яка являє собою певну кількість енергії) в нематеріальній (тобто, не має значення) енергії. Це також вірно і в зворотному перетворенні енергії в матерію.

У різних областях науки використовується термін матерія в різних, іноді несумісних станів. Деякі з цих способів використання засновані на пухких історичних сенсах, часу, коли не було ніяких підстав для розрізнення маси і матерії. Як такої, не існує єдиного загальновизнаного наукового значення слова "матерія". Науково, термін "маса" не є чітко визначеним, якій "матерія" не є. Іноді в області фізики "матерія" - просто ототожнюється з частинками, які мають масу спокою (тобто, що не може існувати зі швидкістю світла ), Такіvb як кварки і лептони. Однак, як у фізиці й хімії матерія існує з властивостями хвиль і частинок, і називається як хвиля-частинка. [8] , [9] , [10]

Основні види матерії [ правити ]

• На даний момент існують 3 форми матерії:
• речовина
  • Адронний речовина - основну масу цього типу речовини становлять елементарні частинки адрони
  • Інші види речовин, що мають атомоподобное будова (наприклад, речовина, утворене мезоатомів з мюонами )
  • Кварк-глюонна плазма - надгуста форма речовини, що існувала на ранній стадії еволюції Всесвіту до об'єднання кварків в класичні елементарні частинки (до конфайнмента )
  • Гіпотетичні докварковие занадто щільні матеріальні освіти, складові яких - струни та інші об'єкти, c якими оперують теорії великого об'єднання (Див. теорія струн , теорія суперструн ). Основні форми матерії, імовірно існували на ранній стадії еволюції Всесвіту. Струноподобние об'єкти в сучасній фізичній теорії претендують на роль найбільш фундаментальних матеріальних утворень, до яких можна звести всі елементарні частинки, тобто в кінцевому рахунку, всі відомі форми матерії. Даний рівень аналізу матерії, можливо, дозволить пояснити з єдиних позицій властивості різних елементарних частинок. Належність до «речовині» тут слід розуміти умовно, оскільки відмінність між реальною і польовий формами матерії на даному рівні стирається

Поле, на відміну від речовини, не має внутрішніх порожнеч, володіє абсолютною щільністю.

• поле (В класичному розумінні)

• квантові поля різної природи. Відповідно до сучасних уявлень квантове поле є універсальною формою матерії, до якої можуть бути зведені як речовини, так і класичні поля

Матеріальні об'єкти неясною фізичної природи

Ці об'єкти були введені в науковий обіг для пояснення ряду астрофізичних і космологічних явищ.

Класичне речовина може перебувати в одному з декількох агрегатних станів : газоподібному , рідкому , твердому кристалічному , твердому аморфному або у вигляді рідкого кристала . Крім того, виділяють високоіонізованная стан речовини (частіше газоподібного, але, в широкому сенсі, будь-якого агрегатного стану), зване плазмою . Відомі також стану речовини, звані конденсат Бозе - Ейнштейна і кварк-глюонна плазма .

Визначення маси [ правити ]

У сучасній фізиці поняття «кількість речовини» має інший сенс , А маса тісно пов'язана з поняттями « енергія »І« імпульс »(За сучасними уявленнями - маса еквівалентна енергії спокою). Маса проявляється в природі декількома способами.

У нерелятивистской класичній механіці - маса є величина аддитивная (Маса системи дорівнює сумі мас складових її тел) і інваріантна щодо зміни системи відліку. В спеціальної теорії відносності маса неаддитивну, але теж інваріантна величина, яка визначається, як абсолютна величина 4-вектора енергії-імпульсу [11] : $$ m ^ 2 = \ frac {E ^ 2} {c ^ 4} - \ frac {\ mathbf {p} ^ 2} {c ^ 2}, $$ де E - повна енергія вільного тіла, p - його імпульс , C - швидкість світла .

У разі довільної метрики простору-часу (як в загальної теорії відносності ) Це визначення вимагає деякого узагальнення: $$ m ^ 2 = {1 \ over c ^ 2} g_ {ik} p ^ ip ^ k. $$

Тут \ (g_ {ik} \) - метричний тензор , \ (P ^ i \) - 4-імпульс .

Певна вище маса є релятивістським інваріантом, тобто вона одна і та ж у всіх системах відліку . Якщо перейти в систему відліку, де тіло покоїться, то \ (m = \ tfrac {E_0} {c ^ 2} \) - маса визначається енергією спокою.

Особливо просто виглядають ці визначення в системі одиниць, в якій швидкість світла прийнята за 1 (приміром, в планковской або ж в прийнятій у фізиці елементарних частинок системі одиниць, в якій маса, імпульс і енергія вимірюються в електронвольтах ):

В СТО: \ (m = \ sqrt {p_i ^ 2} = \ sqrt {E ^ 2 - \ mathbf {p} ^ 2} \). В ОТО: \ (m = \ sqrt {g_ {ik} p ^ ip ^ k} \).

Слід, однак, відзначити, що частинки з нульовою масою ( фотон і гіпотетичний гравітон ) Рухаються у вакуумі зі швидкістю світла (C ≈ 300 000 км / с), і тому не існує системи відліку, в якій би вони спочивали. Навпаки, частки з ненульовий масою завжди рухаються повільніше швидкості світла.

Елементарні частинки і поля [ правити ]

Фізика елементарних частинок - це область фізики , Яка вивчає природу елементарних частинок , Складових то, що зазвичай називають матерією і випромінюванням . У нинішньому розумінні частинок - збудження квантових полів і їх динамічні взаємодії. хоча слово частка en: Particle може використовуватися по відношенню до багатьох об'єктів (Наприклад, протон , Газ-частинка, або навіть побутовий пил), термін фізика елементарних частинок зазвичай відноситься до вивчення найдрібніших частинок і фундаментальних полів, які повинні бути визначені для того, щоб пояснити спостережувані частинки. Вони не можуть бути визначені шляхом комбінації інших фундаментальних полів, тобто метод вибору частинок комбінуванням різними наборами полів. Поточний набір фундаментальних полів і їх динаміка наведені в теорії, званої стандартною моделлю en: Standard_Model , Тому фізика елементарних частинок в значній мірі - це вивчення стандартної моделі частинок контенту і його можливі розширення при знаходженні недавнього бозона Хіггса en: Higgs_boson . [12] [13]

Матерія в загальній теорії відносності [ правити ]

Згідно вкоріненою термінології матеріальними полями в загальної теорії відносності називають все поля, крім гравітаційного.

1. ↑ R. Penrose (1991). "The mass of the classical vacuum". In S. Saunders, HR Brown. The Philosophy of Vacuum. Oxford University Press. p. 21. ISBN 0-19-824449-5.
2. ↑ Matter (physics) ". McGraw-Hill's Access Science: Encyclopedia of Science and Technology Online. Retrieved 2009-05-24.
3. ↑ P. Davies (1992). The New Physics: A Synthesis. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0-521-43831-4.
4. ↑ G. 't Hooft (1997). In search of the ultimate building blocks. Cambridge University Press. p. 6. ISBN 0-521-57883-3.
5. ↑ "RHIC Scientists Serve Up" Perfect "Liquid" (Press release). Brookhaven National Laboratory. 18 April 2005. Retrieved 2009-09-15.
6. ↑ J. Olmsted, GM Williams (1996). Chemistry: The Molecular Science (2nd ed.). Jones & Bartlett. p. 40. ISBN 0-8151-8450-6.
7. ↑ J. Mongillo (2007). Nanotechnology 101. Greenwood Publishing. p. 30. ISBN 0-313-33880-9.
8. ↑ PCW Davies (1979). The Forces of Nature. Cambridge University Press. p. 116. ISBN 0-521-22523-X.
9. ↑ . Weinberg (1998). The Quantum Theory of Fields. Cambridge University Press. p. 2. ISBN 0-521-55002-5.
10. ↑ M. Masujima (2008). Path Integral Quantization and Stochastic Quantization. Springer. p. 103. ISBN 3-540-87850-5.
11. ↑ Ландау, Л. Д. , Ліфшиц, Є. М. Теорія поля. - Видання 7-е, виправлене. - М .: наука , 1988. - 512 с. - «Теоретична фізика» , Том II. - ISBN 5-02-014420-7 > , § 9. Енергія і імпульс.
12. ↑ http://home.web.cern.ch/topics/higgs-boson
13. ↑ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/advanced-physicsprize2013.pdf