Deutsch        English           Русский           Česky           中文           Български
ZNAMBG.com

МАТЕРИЯТА КАТО ФИЗИЧНО ПОНЯТИЕ

04.12.2021

Във физиката материя се нарича всяко образувание, което е част от Вселената, способно е да взаимодейства и има пространствено-времево измерение.

Материята, според съвременната физика, съставлява 4% от познатата Вселена, останалата част се състои от 23% тъмна материя и 73% тъмна енергия.

Счита се, че материята има три свойства, които съвкупно я характеризират: тя заема място в пространството, има маса и трае във времето. Смята се, че именно тя формира чувствителната част на възприемаемите или откриваеми обекти чрез физически средства. Всички форми на материята имат определена енергия, свързана с тях, но само някои форми на материя имат маса.

Съвременното използване на понятието материя надхвърля класическото понятие за субстанция и физиците наричат материята всяка същност, чието присъствие в определена област на пространство-време предполага, че тензорът на енергията-импулс за тази област е различен от нулата.

Международното бюро за мерки и теглилки дава следното определение: материя е количеството субстанция и е пропорционална на броя на изграждащите я частици, били те атоми, молекули, йони или други.

Наблюдението, че материята заема пространство, идва от древни времена, но обяснението защо материята заема пространство е съвременно и се аргументира в резултат на принципа на Паули. Според този принцип в дадена квантова система не е възможно да съществуват едновременно два фермиона с еднакво квантово състояние. Квант е количеството енергия, излъчвана или поглъщана от микрочастица на материята.

Обикновена материя е всичко, което е съставено от елементарни частици, наречени фермиони, т.е. кварки и лептони. Бозоните (с маса в покой нула) са елементарни частици, които определят полетата, което не се счита за обикновена материя.

Материята съществува в две форми:

вещество – състои се от обекти, които имат маса на покой.

поле – характеризира всички точки на пространство-времето и притежава безкраен брой степени на свобода; няма маса на покой.

Според съвременните концепции се признава съществуването на още един вид материя – това е т. нар. физически вакуум, който представлява отсъствието на вещество в определен пространствен обем.

Терминът вещество е условен, тъй като различията между веществената и полева форма на материята не са ясно установени и в даден момент престават да бъдат валидни.

Дадено вещество може да има определени физични свойства, например плътност, вискозитет, цвят. От друга страна, то е лишено от характеристики, като дължина, обем или тегло. Такива черти могат да характеризират физическото тяло. Веществото не е физическо тяло, но тялото е изградено от вещество.

Почти всички вещества по принцип могат да съществуват в три агрегатни състояния - твърдо, течно и газообразно. Твърдите, течните и газообразните форми не са индивидуални характеристики на веществата, а отговарят само на различни състояния на съществуване на химични вещества в зависимост от външните физични условия. Всички вещества когато условията се променят, могат да преминат във всяко друго от трите агрегатни състояния.

Освен това се освобождава силно йонизирано вещество, наречено плазма, което представлява частично или напълно йонизирано вещество, в което плътността на положителните и отрицателните заряди е еднаква (плазмата е електрически неутрална).

При прехода от идеалните модели на твърдо, течно и газообразно състояние към реалните състояния на материята се откриват няколко междинни типа, най-известните от които са аморфното (стъкловидното) състояние, състоянието на течните кристали и силно еластичното (полимер) състояние. При дефинирането на тези състояния често се използва терминът „фаза“.

При определени условия (обикновено съвсем различни от нормалните), определени вещества могат да преминат в такива специални състояния като свръхфлуидност (способността на веществото, намиращо се в състояние на квантова течност, което се появява при температури, близки до абсолютната нула, да тече през тесни прорези и капиляри без триене) и свръхпроводимост (свойството на някои материали да имат нулево електрическо съпротивление, когато достигнат температура под определена стойност).

Известни са и преходните състояния на материята, наречени Бозе-Айнщайн кондензация (агрегатно състояние на физична система от бозони с температура много близка до абсолютната нула) и кварк-глуонна плазма (агрегатно състояние във физиката на високите енергии и елементарните частици, което съществува при изключително висока температура и/или плътност). Наскоро е открито и ново състояние, наречено „течно стъкло”, при което молекулите на веществото не се подреждат така, че да се получи кристален модел, характерен за прехода от течно към твърдо тяло, а сякаш „замръзват“ и по този начин се въпрепятства протичането на процеса на кристализация.



Видове вещества:

Адронно вещество – състои се от адрони (частици, подложени на т. нар. силни взаимодействия - едно от четирите фундаментални взаимодействия във физиката).

Барионно вещество – състои се от бариони (субатомни частици, включващи протона и неутрона), както и известен брой по-тежки, нестабилни частици, наречени хиперони.

Вещество в класическия смисъл – състои се от фермиони или съдържа фермиони (елементарни частици или квазичастици с полуцял спин) заедно с бозони (елементарни частици с цял спин). Тази форма на материя доминира в Слънчевата система и близките звездни системи.

Антиматерия - състои се от античастици (частици-близнаци на някакви други елементарни частици, имащи същата маса и същия спин, различаващи се от тях по признаци на всички други характеристики на взаимодействие).

Неутронна материя - състои се главно от неутрони и е лишена от атомна структура. Основният компонент на неутронните звезди, е много по-плътен от обикновената материя, но по-малко плътен от кварк-глуонната плазма.

Други видове вещества с атомоподобна структура (например вещество, образувано от мезоатоми с мюони).

Кварк-глуонна плазма - свръхплътна форма на материята, която е съществувала на ранен етап от еволюцията на Вселената преди обединяването на кварките (най-малките градивни частици на материята)в класически елементарни частици.

Хипотетични докваркови материални образувания, компоненти на които са т. нар. струни и други обекти, с които работи т. нар. „теория на обединението“ (хипотетична единна физическа и математическа теория, която описва всички известни фундаментални взаимодействия). Струнните обекти в съвременната физическа теория са най-малките материални образувания, до които могат да бъдат редуцирани всички елементарни частици, т.е. в крайна сметка всички известни форми на материята. Това ниво на анализ на материята може би ще даде възможност да се обяснят свойствата на различни елементарни частици от единна гледна точка.

Изродена материя – много плътно състояние на фермионната материя, при което частиците трябва да заемат високи нива на кинетична енергия, за да удовлетворяват принципа на Паули. Смята се, че изродената материя се появява по време на еволюцията на тежките звезди.

Странна материя, известна още като странна кварк материя - кваркова материя, съдържаща странни кварки. Предполага, че странната материя се среща в ядрото на неутронни звезди или като изолирани „капчици“, които варират по размер от фемтометри до километри, както в хипотетичните странни звезди.

Поле:

Електромагнитно поле - съвкупността от електрическото и магнитното поле, които могат да се преобразуват едно в друго.

Гравитационно поле - физически модел, използван за да се представи въздействието, което масивно тяло произвежда в околното пространството, пораждайки сила действаща върху друго масивно тяло.

Квантови полета от различно естество. Според съвременните концепции квантовото поле е универсална форма на материята, към която могат да бъдат редуцирани както вещества, така и класически полета, като има размито разделение на веществени полета (лептонови и кваркови полета от фермионна природа) и полета на взаимодействие (глуонни силни, междинно бозонни слаби и фотонно електромагнитно поле с бозонен характер, това включва и хипотетичното поле на гравитоните - хипотетични частици без маса). Сред тях се откроява полето на Хигс, което е трудно да се категоризира категорично в някоя от тези категории. Това е поле, обеспечаващо спонтанното нарушение на симетрията на електрослабите взаимодействия, вследствие на нарушението на симетрията на вакуума.



Материални обекти с неясна физическа природа:

Тъмна материя – форма на материя, която не участва в електромагнитни взаимодействия.

Тъмна енергия – теоретичен вид енергия, въведена в математичния модел на Вселената, за да обясни нейното ускорено разширяване.



Сред елементарните частици, които изграждат материята и полето, се различават фермиони и бозони, както и частици с и без маса на покой (частици без маса), могат да се различават по електрически и други заряди. Освен това се разграничават т.нар. виртуални частици, които могат да се разглеждат като частици, които възникват в междинни състояния на взаимодействие на „реални“ елементарни частици, като се различават по това, че могат да се наблюдават в дълготрайно състояние в резултат на експеримент (фотоните или електроните, например, могат в някои ситуации да участват като виртуални, а в други като реални). Разликата между виртуалните частици е, че те се раждат и унищожават (поглъщат) в процеса на взаимодействие и не присъстват в експеримента в началното и крайното състояние. Виртуалните частици определят свойствата на физическия вакуум.

Според специалната теория на относителността на Айнщайн, материята и радиацията са само специални форми на енергия, разпределени в Космоса.

Идеята, че масата се запазва, датира още от френският химик Лавоазие, който внимателно измерва масата на веществата преди и след участие в химическа реакция и стига до заключението, че тази материя, измерена с маса, нито се създава, нито се унищожава, а само се трансформира в хода на реакциите. Неговите заключения са обобщени в следното твърдение: При химическа реакция материята нито се създава, нито се унищожава, а само се трансформира. Същият принцип е открит по-рано от Михаил Ломоносов (понякога се цитира като закон на Ломоносов-Лавоазие), се дефинира така: Масата на система от вещества е постоянна, независимо от вътрешните процеси, които могат да й въздействат. Както модерната техника, така и подобрената прецизност на измерванията позволяват да се установи, че законът на Ломоносов-Лавоазие изглежда валиден.

Откритата от Айнщайн еквивалентност между маса и енергия води до отхвърляне на твърдението, че конвенционалната маса е запазена, тъй като масата и енергията са взаимно конвертируеми. По този начин може да се твърди, че общата материална маса и енергия се запазва, но останалата маса може да се промени, както се случва при онези процеси, при които част от материята се превръща във фотони.

Законът за запазване на енергията, който може да бъде наричан и принцип за запазването на енергията гласи, че енергията може да се преобразува от една форма в друга, но не може да бъде създадена или унищожена. Енергията представлява единна мярка на различните форми на движения и взаимодействия на материята, мярка на прехода при движението на материята от една форма в друга, а това означава, че самата материя също не може нито да се създава, нито да се унищожава, т.е. тя е вечна.


 Ивайло Лазаров
ivobg.net
Споделяне

 
 

 
 
 

Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако не сте съгласни, научете повече   |