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Em ciência , a matéria é comumente definida como a substância de que físico objetos são compostos, sem contar com a contribuição de vários de energia ou campos de força, que não são geralmente consideradas como matéria per se (embora possam contribuir para a massa de objectos). Constitui importa muito do universo observável , embora novamente, a luz não é normalmente considerado assunto. Infelizmente, para fins científicos, a "matéria" é um tanto vagamente definido. Ele é normalmente definida como qualquer coisa que tem massa e ocupa espaço.

A matéria (energia) pode estar em vários estados diferentes, sendo a mais comum de alta energia física, sólidos , líquidos e gases .

Definição

Qualquer coisa que ocupa espaço e tem massa é conhecida como a matéria. Em física , não há amplo consenso quanto a uma definição exata da matéria. Os físicos geralmente não usam a palavra quando a precisão é necessária, preferindo falar dos conceitos mais claramente definidos de massa , energia e partículas.

Uma possível definição de matéria que, pelo menos, alguns físicos usam é que a matéria é tudo que é composto de elementar férmions. Estes são o léptons, incluindo o elétron , e os quarks , incluindo os cima e para baixo quarks do que prótons e nêutrons são feitos. Desde prótons , nêutrons e elétrons se combinam para formar átomos e moléculas , assim, eles compreendem as substâncias a granel que compõem toda a matéria comum. Matéria também inclui dos outros bárions, mas exclui o "verdadeiro mésons ". A propriedade chave relevante de férmions é que eles têm uma meia-integrante rotação (ou seja, 1/2, 3/2, 5/2, ..., etc.) e, portanto, pela spin-estatísticas teorema da teoria quântica de campos , obedecer à Pauli Princípio de Exclusão, que proíbe dois férmions de ocupar o mesmo estado quântico. Este parece corresponder estreitamente à noção mais primitiva que a matéria é "impenetrável", e ocupa espaço.

Deste ponto de vista, as coisas que não são matéria incluem luz ( fótons ), grávitons, mésons (exceto para o múon, um lepton que foi misnamed um méson antes a distinção tornou-se claro) e outra de calibre bósons. Todos estes têm meia-even rotação (0,1,2, ...), não respeitam o Princípio de Exclusão, e por isso não ocupa espaço no mesmo sentido. Estes podem todos ser considerados como campo quanta , e podem ser trocados livremente por férmions sem os férmions mudando suas próprias estatísticas, ou assim a sua identidade essencial. No entanto, estes bosões sempre têm energia e, (de acordo com o equivalência de massa-energia relatividade especial ), portanto, de massa, de modo que, segundo esta definição algumas partículas têm massa sem ser assunto: W e Z bósons tem descansar massa , mas não são elementar férmions. Além disso, todos os dois fótons que não estão se movendo paralelos um ao outro, tomado como um sistema, tem um invariante massa . Glueballs têm massa , devido à sua energia de ligação, mas não contêm partícula com resto de massa , nem qualquer elementar férmions.

A maior parte da massa de protões e neutrões vem do energia de ligação entre os quarks , não as massas dos quarks próprios. Um dos três tipos de neutrinos podem ter massa.

Propriedades da matéria

Quarks se combinam para formar hádrons. Devido ao princípio de confinamento cor que ocorre na interação forte, quarks nunca existem desvinculado de outros quarks. Entre os hádrons são prótons e nêutrons. Geralmente, esses núcleos são cercados por uma nuvem de elétrons. Um núcleo com o maior número de elétrons como prótons é, assim, eletricamente neutro e é chamada de átomo , caso contrário é um íon .

Léptons não sente a força forte e assim podem existir desvinculado de outras partículas. Na Terra, os elétrons são geralmente ligados em átomos, mas é fácil para libertá-los, um facto que é explorado no tubo de raios catódicos. Múons podem formar brevemente estados ligados conhecido como muonico átomos. Neutrinos sentir nem o forte nem as interações eletromagnéticas . Eles nunca são obrigados a outras partículas.

Matéria homogênea tem uma composição uniforme e propriedades. Ele pode ser uma mistura, tal como bronze, um composto químico como a água, ou elementar, como puro ferro . matéria heterogênea, tais como granito , não tem uma composição definida.

Fases

Em grandes quantidades, a matéria pode existir em várias diferentes fases , de acordo com a pressão e temperatura . Um fase é um estado de um sistema físico macroscópico que tem a composição química relativamente uniforme e propriedades físicas (isto é, densidade , estrutura cristalina, índice de refracção, e assim por diante). Essas fases incluem os três familiares - sólidos , líquidos e gases - bem como plasmas , superfluidos, SuperSolids, Condensados de Bose-Einstein, condensados fermiônicas, cristais líquidos , matéria estranha e plasmas de quarks-glúons. Há também o são paramagnética e fases ferromagnéticas de magnéticos materiais. Como as condições mudam, a matéria pode mudar de uma fase para outra. Esses fenômenos são chamados transições de fase, e suas energética são estudadas no campo da termodinâmica .

Em pequenas quantidades, a matéria podem apresentar propriedades que são completamente diferentes das do material a granel e não pode ser bem descritas por qualquer fase.

Fases são às vezes chamados estados da matéria, mas este prazo pode levar a confusão com termodinâmicos estados. Por exemplo, dois gases mantidos a pressões diferentes estão em diferentes estados termodinâmicos, mas o mesmo "estado da matéria".

Matéria química

Matéria química é a parte do universo que é feita de químicos átomos . Esta parte do universo não inclui energia escura, matéria escura , buracos negros ou várias formas de matéria degenerada, como de composição anão branco e estrelas estrelas de nêutrons. Dados recentes do Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), sugere que apenas cerca de 4% da massa total da parte do universo que está dentro do alcance dos melhores telescópios teóricas (ou seja, que pode ser visível, porque a luz chegou até nós a partir dele), é feito de uma matéria química. Cerca de 22% é matéria escura, e cerca de 74% é energia escura.

Antimatéria

Em física de partículas e química quântica , a antimatéria é matéria que é composto pelo antipartículas daqueles que constituem a matéria normal. Se uma partícula e sua anti entrar em contacto um com o outro, os dois aniquilar; isto é, eles podem ambos ser convertido em outras partículas com a mesma energia de acordo com Einstein equação 's E = mc 2. Estas novas partículas podem ser de alta energia fótons ( raios gama) ou outros pares partícula-antipartícula. As partículas resultantes são dotados com uma quantidade de energia cinética igual à diferença entre o massa resto dos produtos da aniquilação ea massa restante do par partícula-antipartícula original, que muitas vezes é bastante grande.

ANTIMATÉRIA não é encontrado naturalmente na Terra, excepto muito brevemente e em infimamente pequenas quantidades (como resultado de decaimento radioativo ou raios cósmicos). Isso ocorre porque a antimatéria que veio a existir na Terra fora dos limites de um laboratório de física adequada seria atender quase instantaneamente a matéria comum que a Terra é feita de, e ser aniquilado. Antipartículas e alguns antimatéria estável (tais como anti-hidrogênio) pode ser feito em pequenas quantidades, mas não em quantidade suficiente para fazer mais do que testar algumas das suas propriedades teóricas.

Há especulações considerável tanto em ciência e ficção científica a respeito de porque o universo observável é, aparentemente, quase inteiramente a matéria, se outros lugares são quase inteiramente de antimatéria em vez disso, eo que poderia ser possível se a antimatéria poderia ser aproveitado, mas neste momento a aparente assimetria entre matéria e antimatéria no universo visível é um dos grandes problemas não resolvidos na física. Possíveis processos pelos quais ele surgiu são exploradas com mais detalhes no bariogênese.

A matéria escura

Em cosmologia , efeitos em escalas maiores parecem indicar a presença de quantidades incríveis de matéria escura que não está associada com a radiação eletromagnética. Evidência observacional do início do universo e do big bang teoria exigir que esta matéria tem energia e massa, mas não é composta de ambos os férmions elementares (como acima) ou bósons. Como tal, ele é composto de partículas ainda não observadas como no laboratório (talvez partículas supersimétricas).

Matéria exótica

Matéria exótica é um conceito hipotético de física de partículas . Ele abrange qualquer material que viola uma ou mais condições clássicas ou não é feito de conhecida partículas bariônica.

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