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Was ist die Definition von „Materie“ in der Physik?

Materie hat viele Definitionen, aber die häufigste ist, dass es jede Substanz ist, die Masse hat und Raum einnimmt. Alle physikalischen Objekte bestehen aus Materie in Form von Atomen. die wiederum aus Protonen, Neutronen und Elektronen bestehen.

Die Idee, dass Materie aus Bausteinen oder Partikeln besteht, stammt von den griechischen Philosophen Demokrit (470-380 v. Chr.) Und Leukipp (490 v. Chr.).

 

Beispiele für Materie (und was nicht Materie ist)

Materie wird aus Atomen aufgebaut. Das grundlegendste Atom, das als Protium bekannte Wasserstoffisotop , ist ein einzelnes Proton. Obwohl subatomare Teilchen von einigen Wissenschaftlern nicht immer als Materieformen angesehen werden, könnte man Protium als Ausnahme betrachten. Einige Menschen betrachten Elektronen und Neutronen auch als Formen von Materie. Ansonsten besteht jede aus Atomen aufgebaute Substanz aus Materie. Beispiele beinhalten:

  • Atome (Wasserstoff, Helium, Kalifornien, Uran)
  • Moleküle (Wasser, Ozon, Stickstoffgas, Saccharose)
  • Ionen (Ca 2+ , SO 4 2- )
  • Polymere und Makromoleküle (Cellulose, Chitin, Proteine, DNA)
  • Mischungen (Öl und Wasser, Salz und Sand, Luft)
  • Komplexe Formen (ein Stuhl, ein Planet, eine Kugel)

Während Protonen, Neutronen und Elektronen die Bausteine ​​von Atomen sind, basieren diese Teilchen selbst auf Fermionen. Quarks und Leptonen werden normalerweise nicht als Materieformen betrachtet, obwohl sie bestimmten Definitionen des Begriffs entsprechen. Auf den meisten Ebenen ist es am einfachsten zu sagen, dass Materie aus Atomen besteht.

Antimaterie ist immer noch Materie, obwohl die Teilchen gewöhnliche Materie vernichten, wenn sie sich berühren. Antimaterie existiert natürlich auf der Erde, wenn auch in extrem geringen Mengen.

Dann gibt es Dinge, die entweder keine Masse oder zumindest keine Ruhemasse haben. Dinge, die keine Rolle spielen, sind:

  • Licht
  • Klang
  • Hitze
  • Gedanken
  • Träume
  • Emotionen

Photonen haben keine Masse, daher sind sie ein Beispiel für etwas in der Physik, das nicht aus Materie besteht. Sie werden auch nicht als „Objekte“ im herkömmlichen Sinne betrachtet, da sie in einem stationären Zustand nicht existieren können.

 

Phasen der Materie

Materie kann in verschiedenen Phasen vorliegen: fest, flüssig, gasförmig oder Plasma. Die meisten Substanzen können zwischen diesen Phasen wechseln, basierend auf der Wärmemenge, die das Material absorbiert (oder verliert). Es gibt zusätzliche Zustände oder Phasen der Materie, einschließlich Bose-Einstein-Kondensate, fermionische Kondensate und Quark-Gluon-Plasma.

 

Materie gegen Masse

Beachten Sie, dass Materie zwar Masse hat und massive Objekte Materie enthalten, die beiden Begriffe jedoch zumindest in der Physik nicht genau synonym sind. Materie bleibt nicht erhalten, während Masse in geschlossenen Systemen erhalten bleibt. Nach der speziellen Relativitätstheorie kann Materie in einem geschlossenen System verschwinden. Masse hingegen darf niemals geschaffen oder zerstört worden sein, obwohl sie in Energie umgewandelt werden kann. Die Summe von Masse und Energie bleibt in einem geschlossenen System konstant.

In der Physik besteht eine Möglichkeit, zwischen Masse und Materie zu unterscheiden, darin, Materie als eine Substanz zu definieren, die aus Teilchen besteht, die eine Ruhemasse aufweisen. Trotzdem weist Materie in Physik und Chemie eine Welle-Teilchen-Dualität auf, so dass sie sowohl Eigenschaften von Wellen als auch von Teilchen aufweist.

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