Question

Dans la science , la matière est généralement défini comme le substance dont physique objets sont composés, sans compter la contribution de divers énergie ou des champs de force, qui ne sont pas habituellement considérés comme la matière en soi (bien qu'ils puissent contribuer à la masse d'objets). Matière constitue une grande partie de l' univers observable , mais là encore, la lumière ne est pas habituellement considéré comme un objet. Malheureusement, à des fins scientifiques, la «matière» est quelque peu vaguement défini. Il est normalement définie comme tout ce qui a une masse et prend de la place.

Matter (énergie) peut être dans plusieurs états différents, les plus courantes étant physique des hautes énergies, solides , liquides et gaz .

Définition

Tout ce qui occupe espace et a la masse est connu en tant que matière. En physique , il n'y a pas de consensus quant à une définition exacte de la matière. Les physiciens ne utilisent généralement pas la parole lorsque la précision est nécessaire, préférant parler des concepts plus clairement définis de masse , l'énergie , et particules.

Une définition possible de la matière dont au moins certains physiciens utilisent est que la matière est tout ce qui est composé de élémentaire fermions. Il se agit de la leptons, y compris l' électronique , et les quarks , y compris les haut et bas quarks dont protons et neutrons sont faites. Depuis protons , neutrons et électrons se combinent pour former des atomes et des molécules , ainsi ils comprennent les substances en vrac qui composent toute la matière ordinaire. Matter comprend également les divers autres baryons, mais exclut la «vraie mésons ". La propriété pertinente clé de fermions, ce est qu'ils ont demi-entier spin (, 1/2, 3/2, 5/2, ..., etc.) et donc, par le Théorème spin-statistique de la théorie quantique des champs , obéir à la Principe d'exclusion de Pauli, qui interdit deux fermions d'occuper le même état quantique. Cela semble correspondre étroitement à la notion plus primitive que la matière est "impénétrable", et prend de la place.

Sur ce point de vue, les choses qui ne sont pas question comprennent la lumière ( photons ), gravitons, mésons (sauf pour le muon, un lepton appelée à tort un méson avant la distinction est devenu clair) et l'autre jauge bosons. Ces tous ont demi-même spin (0,1,2, ...), ne respectent pas le principe d'exclusion, et ainsi de ne occupent pas d'espace dans le même sens. Ceux-ci peuvent tous être considérés comme champ quanta , et peuvent être échangées librement par fermions sans les fermions changer leurs propres statistiques, ou ainsi leur identité essentielle. Cependant, ces bosons ne ont toujours de l'énergie et, (selon la équivalence de la masse-énergie relativité restreinte ) donc de masse, de sorte que dans cette définition certaines particules ont une masse sans être question: W et Z bosons ont reposer la masse , mais ne sont pas élémentaire fermions. En outre, tous deux photons qui ne se déplacent pas parallèles entre elles, dans leur système, ont un invariant de masse . Glueballs ont masse en raison de leur énergie de liaison, mais pas contenir particules avec le reste de masse , ni aucune élémentaire fermions.

La plupart de la masse des protons et des neutrons proviennent de la énergie de liaison entre les quarks , et non les masses des quarks eux-mêmes. L'un des trois types de neutrinos peut être sans masse.

Propriétés de la matière

Quarks se combinent pour former hadrons. En raison du principe de couleur confinement qui se produit dans le interaction forte, les quarks ne existe non liée par les autres quarks. Parmi les hadrons sont le proton et le neutron. Habituellement, ces noyaux sont entourés d'un nuage d'électrons. Un noyau avec autant d'électrons que des protons est donc électriquement neutre et est appelé un atome , sinon il est un ion .

Leptons ne se sentent pas la force forte et ainsi peuvent exister non liée par les autres particules. Sur Terre, les électrons sont généralement tenus dans les atomes, mais il est facile de les libérer, un fait qui est exploitée dans le Tube à rayons cathodiques. Muons peuvent former brièvement états liés appelés atomes muoniques. Neutrinos sentir ni la forte ni les interactions électromagnétiques . Ils ne sont jamais liés à d'autres particules.

Matière homogène a une composition et des propriétés uniforme. Il peut se agir d'un mélange, tel que laiton, un composé chimique comme l'eau, ou élémentaire, comme pur fer . matière hétérogène, comme le granit , ne ont pas une composition précise.

Phases

En en masse, la matière peut exister dans plusieurs différentes phases , selon la la pression et la température . Une phase est un état d'un système physique macroscopique qui a la composition chimique relativement uniforme et des propriétés physiques (par exemple la densité , la structure cristalline, indice de réfraction, et ainsi de suite). Ces phases comprennent les trois plus familiers - solides , liquides et gaz - ainsi que les plasmas , superfluides, supersolides, Condensats de Bose-Einstein, condensats fermioniques, cristaux liquides , matière étrange et plasmas quark-gluon. Il existe également la paramagnétique et phases ferromagnétiques magnétiques des matériaux. Comme les conditions changent, la matière peut changer d'une phase à une autre. Ces phénomènes sont appelés les transitions de phase, et leurs énergétique sont étudiés dans le domaine de la thermodynamique .

En petites quantités, les matières peuvent présenter des propriétés qui sont totalement différentes de celles du matériau en vrac et ne peuvent être bien décrite par une phase.

Phases sont parfois appelés états de la matière, mais ce terme peut prêter à confusion avec thermodynamiques Etats. Par exemple, deux gaz maintenus à des pressions différentes sont dans différents états thermodynamiques, mais le même "état de la matière".

La matière chimique

La matière chimique est la partie de l'univers qui est faite de produits chimiques atomes . Cette partie de l'univers ne comprend pas l'énergie sombre, la matière noire , les trous noirs ou diverses formes de matière dégénérée, comme composer naines blanches et étoiles les étoiles à neutrons. Des données récentes de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), suggère que seulement environ 4% de la masse totale de la partie de l'univers qui est à portée des meilleurs télescopes théoriques (ce est à dire, qui peut être visible, parce que la lumière nous est parvenu de lui), est fait de matière chimique. Environ 22% est la matière noire, et environ 74% est l'énergie sombre.

Antimatière

En physique des particules et chimie quantique , l'antimatière est la matière qui est composé de la antiparticules de ceux qui constituent la matière normale. Si une particule et son antiparticule entrent en contact les uns avec les autres, les deux anéantir; autrement dit, ils peuvent tous les deux être convertis en d'autres particules avec une égale énergie en conformité avec Einstein l 'équation E = mc ^2. Ces nouvelles particules peuvent être à haute énergie des photons ( rayons gamma) ou d'autres paires particule-antiparticule. Les particules résultantes sont doués d'une quantité d'énergie cinétique égale à la différence entre la masse au repos des produits de l'anéantissement et de la masse au repos de la paire particule-antiparticule d'origine, qui est souvent très grande.

L'antimatière ne est pas présent naturellement sur Terre, sauf très brièvement et en quantités infimes (à la suite de désintégration radioactive ou rayons cosmiques). Ce est parce que l'antimatière qui est venu à exister sur Terre en dehors des limites d'un laboratoire approprié de la physique serait presque instantanément répondre à la matière ordinaire que la Terre est fait, et être anéanti. Antiparticules et certains antimatière stable (comme antihydrogène) peut être fait en petites quantités, mais pas en quantité suffisante pour faire plus de tester quelques-unes de ses propriétés théoriques.

Il ya beaucoup de spéculations à la fois dans la science et la science-fiction pour expliquer pourquoi l'univers observable est apparemment presque entièrement la matière, si d'autres endroits sont presque entièrement l'antimatière à la place, et ce qui pourrait être possible si l'antimatière pourrait être exploitée, mais à ce moment l'apparent asymétrie entre matière et antimatière dans l'univers visible est l'un des grands problèmes non résolus de la physique. Processus par lesquels il arriva sont examinées plus en détail à la rubrique baryogénèse.

Matière noire

Dans la cosmologie , les effets aux plus grandes échelles semblent indiquer la présence de quantités incroyables de la matière noire qui ne est pas associé avec un rayonnement électromagnétique. Les données d'observation de l'univers précoce et le big bang théorie exiger que cette question ont de l'énergie et de la masse, mais ne est pas composée soit de fermions élémentaires (comme ci-dessus) OU bosons de jauge. En tant que tel, il est constitué de particules encore non observées dans le laboratoire (peut-être particules supersymétriques).

Matière exotique

Matière exotique est un concept hypothétique de la physique des particules . Il couvre tout matériel qui viole une ou plusieurs des conditions classiques ou ne est pas faite de connue baryoniques particules.