Materia

En la ciencia , la materia se define comúnmente como la sustancia de la que físico objetos están compuestos, sin contar el aporte de diversos energía o campos de fuerza, que no se consideran generalmente ser la materia en sí misma (aunque pueden contribuir a la masa de los objetos). La materia que constituye la mayor parte del universo observable , aunque, de nuevo, la luz no se considera normalmente importa. Por desgracia, con fines científicos, "materia" es un tanto vagamente definido. Normalmente se define como cualquier cosa que tiene masa y ocupa espacio.

La materia (energía) puede estar en varios estados diferentes, los más comunes son de alta energía física, sólidos , líquidos y los gases .

Definición

Cualquier cosa que ocupa espacio y tiene masa se conoce como materia. En la física , no hay un amplio consenso en cuanto a la definición exacta de la materia. Los físicos no suelen utilizar el dicho cuando se necesita precisión, prefiriendo en lugar de hablar de los conceptos más claramente definidas de masa , energía , y partículas.

Una posible definición de la materia que al menos algunos físicos utilizan es que la materia es todo lo que se compone de primaria fermiones. Estos son los leptones, incluyendo el electrón y los quarks , incluidos los de arriba y abajo quarks de los cuales los protones y los neutrones están hechos. Desde protones , neutrones y electrones se combinan para formar átomos y moléculas , por lo que comprenden las sustancias a granel que componen toda la materia ordinaria. La materia también incluye los demás bariones, pero excluye la "verdadera mesones ". La propiedad relevante clave de fermiones es que tienen un medio-giro integral (es decir, 1/2, 3/2, 5/2, ..., etc.) y, por tanto, por la spin-estadísticas teorema de la teoría cuántica de campos , obedecer la Exclusión de Pauli Principio, que prohíbe dos fermiones ocupen el mismo estado cuántico. Esto parece corresponder exactamente a la noción más primitiva que la materia es "impenetrable", y ocupa espacio.

En este punto de vista, lo que no es cuestión incluyen luz ( fotones ), gravitones, mesones (a excepción de la muón, un leptón que fue mal llamado un mesón antes de la distinción se hizo evidente) y la otra de calibre bosones. Todos ellos tienen la mitad siquiera de centrifugado (0,1,2, ...), no respetar el Principio de Exclusión, y así no ocupan espacio en el mismo sentido. Todos ellos pueden ser considerados como campo quanta , y pueden ser intercambiados libremente por fermiones sin los fermiones cambiar sus propias estadísticas, o así su identidad esencial. Sin embargo, estos bosones siempre tienen energía y, (de acuerdo con el equivalencia de masa-energía relatividad especial ), por tanto, la masa, por lo que en virtud de esta definición algunas partículas tienen masa sin ser materia: W y Z bosones tienen descansar la masa , pero no son elemental fermiones. Además, cualquiera de los dos fotones que no se están moviendo paralelas entre sí, tomada como un sistema, tener un invariante masa . Glueballs tienen masa debido a su energía de enlace, pero no contienen ningún de partículas con el descanso de masas , ni ninguna elemental fermiones.

La mayor parte de la masa de los protones y los neutrones proviene de la energía de enlace entre los quarks , no las masas de los quarks mismos. Uno de los tres tipos de neutrinos puede ser sin masa.

Propiedades de la materia

Los quarks se combinan para formar hadrones. Debido al principio de confinamiento de color que se produce en el interacción fuerte, nunca existe sin consolidar quarks de otros quarks. Entre los hadrones son el protón y el neutrón. Por lo general, estos núcleos están rodeados por una nube de electrones. Un núcleo con tantos electrones como protones es por lo tanto eléctricamente neutro y se llama un átomo , de lo contrario, es un ion .

Los leptones no sienten la fuerza fuerte y así pueden existir no unido de otras partículas. En la Tierra, los electrones son generalmente atados con átomos, pero es fácil para liberarlos, un hecho que es explotado en el tubo de rayos catódicos. Los muones pueden formar brevemente estados ligados conocido como átomos muónicos. Los neutrinos siente ni el fuerte ni las interacciones electromagnéticas . Ellos nunca están obligados a otras partículas.

Materia homogénea tiene una composición y propiedades uniformes. Puede ser una mezcla, tal como latón, un compuesto químico como el agua, o elemental, como puro hierro . materia heterogénea, como el granito , no tiene una composición definida.

Fases

En mayor, la materia puede existir en varias diferentes fases , de acuerdo con la presión y la temperatura . Una fase es un estado de un sistema físico macroscópico que tiene la composición química relativamente uniforme y las propiedades físicas (es decir, la densidad , estructura cristalina, índice de refracción, y así sucesivamente). Estas fases incluyen los tres más conocidos - los sólidos , los líquidos y los gases - así como los plasmas , superfluidos, supersólidos, Condensados de Bose-Einstein, condensados fermiónicos, cristales líquidos , materia extraña y plasmas de quarks y gluones. También el son paramagnético y fases ferromagnéticas de magnéticos materiales. Cuando las condiciones cambian, la materia puede cambiar de una fase a otra. Estos fenómenos se denominan transiciones de fase, y sus energética se estudian en el campo de la termodinámica .

En pequeñas cantidades, la materia puede exhibir propiedades que son totalmente diferentes de las de material a granel y no puede ser bien descrito por cualquier fase.

Fases a veces se llaman estados de la materia, pero este término puede llevar a confusión con termodinámicas estados. Por ejemplo, dos gases se mantienen a diferentes presiones se encuentran en diferentes estados termodinámicos, pero el mismo "estado de la materia".

Materia Química

Materia química es la parte del universo que está hecho de químicos átomos . Esta parte del universo no incluye la energía oscura, materia oscura , agujeros negros o las diversas formas de materia degenerada, como componer blanco enanas y estrellas las estrellas de neutrones. Datos recientes de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), sugiere que sólo el 4% de la masa total de la parte del universo que está dentro del alcance de los mejores telescopios teóricos (es decir, que puede ser visible, porque la luz ha llegado a nosotros de ella), está hecho de materia química. Alrededor del 22% es materia oscura, y alrededor del 74% es energía oscura.

Antimateria

En la física de partículas y la química cuántica , la antimateria es materia que se compone de la antipartículas de los que constituyen la materia normal. Si una partícula y su antipartícula entran en contacto uno con el otro, los dos aniquilar; es decir, ambos pueden ser convertidos en otras partículas con la misma energía de acuerdo con Einstein ecuación 's E = mc ^2. Estas nuevas partículas pueden ser de alta energía de fotones ( rayos gamma) u otros pares partícula-antipartícula. Las partículas resultantes están dotados de una cantidad de energía cinética igual a la diferencia entre el masa en reposo de los productos de la aniquilación y la masa en reposo del par partícula-antipartícula original, que es a menudo bastante grande.

La antimateria no se encuentra naturalmente en la Tierra, excepto muy brevemente y en cantidades sumamente pequeñas (como resultado de desintegración radiactiva o rayos cósmicos). Esto se debe a la antimateria que llegó a existir en la Tierra fuera de los confines de un laboratorio de física adecuada sería casi instantáneamente satisfacer la materia ordinaria que la Tierra está hecha de, y ser aniquilado. Antipartículas y algunos antimateria estable (tal como antihidrógeno) puede hacerse en pequeñas cantidades, pero no en cantidad suficiente para hacer algo más que probar algunas de sus propiedades teóricas.

Existe una considerable especulación tanto en la ciencia y ciencia ficción de por qué el universo observable es aparentemente casi en su totalidad la materia, si otros lugares son casi en su totalidad en lugar de antimateria, y lo que podría ser posible si la antimateria podría ser aprovechada, pero en este momento la aparente la asimetría entre materia y antimateria en el universo visible es uno de los grandes problemas sin resolver en la física. Posibles procesos por los que sobre vino se exploran con más detalle en bariogénesis.

Materia oscura

En la cosmología , los efectos en las escalas más grandes parecen indicar la presencia de una increíble cantidad de materia oscura que no está asociado con la radiación electromagnética. La evidencia observacional del universo temprano y el Big Bang teoría exigir que esta materia tiene energía y masa, pero no está compuesta de fermiones elementales (como antes) O bosones gauge. Como tal, está compuesta de partículas aún no observadas en el laboratorio (tal vez partículas supersimétricas).

Materia exótica

Materia exótica es un concepto hipotético de la física de partículas . Cubre cualquier material que viole una o más condiciones clásicas o no se hace de conocida partículas bariónicas.