Materija

Materija se obično definiše kao supstancija od koje su sačinjeni fizički objekti, što praktično znači da se pod materijom smatra sve što se može čulima osetiti i poseduje fizičke osobine. U klasičnoj fizici i opštoj hemiji, materija je svaka supstanca koja ima masu i zauzima prostor, jer ima zapreminu. Iako u nauci danas dominira takozvana materijalističko-dijalektička teorija, nema jasno definisane teorije materije koja je naširoko poznata. Materija bi se najjednostavnije mogla definisati kao istovremena manifestacija mase i energije u vremenu i prostoru. Kao opšta, filozofska i fizička, kategorija, materija je neodvojivo povezana sa drugim opštim kategorijama, a to su prostor, vreme i kretanje. Materija, dakle, uvek postoji u prostoru (zauzima neki prostor) i vremenu, a, takođe, ne može da postoji ni bez kretanja tj. nalazi se u stanju stalnog i neprekidnog kretanja i promena. Jedan od najstarijih (formulisan još u antičkoj Grčkoj) zakona fizike je Zakon održanja materije koji glasi:

Materija

Materija se obično klasifikuje u tri klasična stanja, pri čemu se plazma ponekad dodaje kao četvrto stanje. Odozgo nadole: kvarc (čvrsto agregatno stanje), voda (tečnost), azot-dioksid (gas), i plazmeni globus (plazma).

Materija se ne može uništiti, niti ni iz čega stvoriti, ona može samo da se menja i da prelazi iz jednog u drugi oblik.

Tek u 19. veku su ispravno postavljeni temelji fizike u smislu definisanja osnovnih osobina materije i sastavnih elemenata prirode. Tada je primećeno da osim supstancije (fizičkih tela) postoji nešto što u prirodi može imati fizičke osobine, a ne mora imati masu i oblik. To je bila energija i dugo je smatrana osnovnim i nezavisnim sastavnim delom prirode. Taj drugi oblik postojanja materije se obično zove fizičko polje. Može se reći da je materija građa prirode tj. univerzuma. Ovde treba napomenuti da postoji mala razlika u izražavanju, jer, na primer, u anglosaksonskim zemljama pod materijom se podrazumeva samo supstancija kao građa fizičkih tela, a za fizičko polje (field) često se koristi izraz energija (energy).

Međutim, od pojave specijalne teorije relativnosti uvodi se dvojnost materija-energija. Postoji izuzetno čvrsta veza između materije i energije, jer su materija (masa) i energija, prema poznatoj Ajnštajnovoj jednakosti, potpuno ekvivalentni i mogu se i pretvarati jedna u drugu - materija u energiju u procesu anihilacije, a energija u materiju u procesu kreacije. Materija i energija su dva pojavna oblika iste stvarnosti. Materija postoji u različitim stanjima (takođe poznatim kao faze). Time su obuhvaćene klasične svakodnevne faze kao što su čvrsta, tečna, i gasna – na primer voda postoji kao led, tečna voda, i gasovita para – ali i druga stanja su moguća, uključujući plazmu, Boze-Ajnštajnove kondenzate, fermionske kondenzate, i kvark-gluonsku plazmu.

Obično se atomi mogu zamisliti kao nukleus od protona i neutrona, i okružujući „oblak” orbitirajućih elektrona koji „zauzima prostor”. Međutim, ovo je samo donekle tačno, jer subatomske čestice i njihove osobine reguliše njihova kvantna priroda, što znači da one ne deluju kao što svakodnevni predmeti deluju – one se mogu ponašati kao talasi i kao čestice i one nemaju dobro definisane veličine niti pozicije. U standardnom modelu fizike elementarnih čestica, materija nije fundamentalan koncept, jer su elementarni konstituenti atoma kvantni entiteti koji nemaju svojstvenu „veličinu” ili „zapreminu” u svakodnevnom smislu te reči. Usled principa isključenja i drugih fundamentalnih interakcija, „materijalne tačke” poznate kao fermioni (kvarkovi, leptoni), i mnoge smeše i atomi, su efektivno prisiljeni da se drže na rastojanju od drugih čestica pod svakodnevnim uslovima; to stvara svojstvo materije koja nama izgleda kao materija koja zauzima prostor.

Tokom većeg dela naučne istorije ljudi su razmatrali tačnu prirodu materije. Ideju da je materija izgrađena od diskretnih gradivnih blokova, takozvanu korpuskularnu teoriju materije, prvi put je izneli grčki filozofi Leukip (~490. p. n. e.) i Demokrit (~470–380. p. n. e.).

Poređenje sa masom

Materiju ne treba mešati sa masom, jer ta dva termina nisu ista u modernoj fizici. Materija je opšti termin koji opisuje bilo koju fizičku supstancu. U kontrastu s tim, masa nije supstanca već kvantitativno svojstvo materije i drugih supstanci ili sistema; razni tipovi mase su definisani u okviru fizike – uključujući ali ne ograničeno na masu mirovanja, inercionu masu, relativističku masu, masu–energiju.

Dok postoje različita gledišta na to šta treba smatrati materijom, masa supstance ima precizne naučne definicije. Druga razlika je u tome što materija ima svoju „suprotnost” koja se naziva antimaterija, dok masa nema takvu suprotnost - ne postoji „antimasa” ili negativna masa, koliko je do sad poznato, iako naučnici raspravljaju o tom konceptu. Antimaterija ima isto (tj. pozitivno) svojstvo mase, kao i njen normalni pandan.

Različita polja nauke koriste termin materije na različite, i ponekad nekompatibilne načine. Neki od tih načina su bazirani na nepreciznim istorijskim značenjima, iz vremena kad nije bilo razloga da se masa razlikuje od jednostavnog kvantiteta materije. Stoga ne postoji jedinstveno univerzalno dogovoreno naučno značenje reči „materija”. Naučno, termin „masa” je dobro definisan, dok se „materija” može definisati na nekoliko načina. Ponekad u polju fizike „materija” se jednostavno poistovećuje sa česticama koje manifestuju masu mirovanja (tj., koje ne mogu da putuju brzinom svetlosti), kao što su kvarkovi i leptoni. Međutim, u fizici i hemiji, materija ispoljava talasna i partikularna svojstva, što je takozvani princip dualnosti talasa i čestica.

Definicija

Na bazi atoma

Definicija „materije” bazirana na njenim fizičkim i hemijskim svojstvima je: materija je napravljena od atoma. Takva atomska materija se isto tako ponekad naziva običnom materijom. Na primer, molekuli dezoksiribonukleinske kiseline (DNK) su materija po toj definiciji pošto se oni sastoje od atoma. Ova definicija se može proširiti tako da obuhvata naelektrisane atome i molekule, tako da su njome pokrivene plazme (gasovi jona) i elektroliti (jonski rastvori), koji nisu očigledno uvršteni u atomsku definiciju. Alternativno, može se usvojiti definicija protona, neutrona, i elektrona.

Na bazi protona, neutrona i elektrona

Definicija „materije” finije skale od atoma i molekula je: materija se sačinjena od onog od čega su atomi i molekuli sačinjeni, čime se obuhvata sve napravljeno od pozitivno naelektrisanih protona, neutralnih neutrona, i negativno naelektrisanih elektrona. Ova definicija ide izvan atoma i molekula, tako da su njome obuhvaćene supstance napravljene od tih gradivnih blokova i kad oni nisu jednostavno unutar atoma ili molekula, na primer elektronski zraci u starim televizorima sa katodnim cevima, ili materija belih patuljaka, tipično jezgra ugljenika i kiseonika u moru degenerisanih elektrona. Na mikroskopskom nivou, konstituentne „čestice” materije kao što su protoni, neutroni, i elektroni podležu zakonima kvantne mehanike i ispoljavaju talasno–korpuskularnu dualnost. Na još dubljem nivou, protoni i neutroni se sastoje od kvarkova i polja sila (gluona) koja iz drže zajedno.

Materija u nauci

U fizici supstancija je sve što se sastoji od elementarnih fermiona. Materija se prevashodno sastoji od protona, neutrona i elektrona. Bozoni (među koje spada i foton) koji posreduju u delovanju četiri elementarne sile smatraju se materijom i imaju energiju i masu (mirovanja). Dakle, supstancija se sastoji od kvarkova i leptona.

Uopšteno, materija može postojati u nekoliko agregatnih stanja. Najčešće pominjana stanja su: čvrsto agregatno stanje, tečno stanje, gasovito stanje i često se pominje plazma kao četvrto agregatno stanje. Mada fizika poznaje i stanja: superfluidno stanje, Boze-Ajnštajnov kondenzat, i fermionski kondenzat. Homogena supstanca poseduje određen sastav i osobine, i bilo koja količina homogene materije ima isti takav sastav i iste osobine. Supstanca može biti mešavina, kao što je bronza ili elementarna materija kao što je gvožđe. Heterogena supstanca, kao što je granit nema određen sastav.

Hemijske supstance su sastavljene od molekula i atoma, a one od elementarnih čestica, kao što su leptoni i kvarkovi.

Vidi još

• Antimaterija
• Materijalizam
• Fizika čestica
• Agregatna stanja
• Fluidi

Literatura

• Barker, G. F. (1870). „Divisions of matter”. A text-book of elementary chemistry: theoretical and inorganic. John F Morton & Co. str. 2. ISBN 978-1-4460-2206-1. 
• Masujima, M. (2008). Path Integral Quantization and Stochastic Quantization. Springer. str. 103. ISBN 978-3-540-87850-6. 
• Podesta, M. de (2002). Understanding the Properties of Matter (2nd izd.). CRC Press. str. 8. ISBN 978-0-415-25788-6. 
• Weinberg, S. (1998). The Quantum Theory of Fields. Cambridge University Press. str. 2. ISBN 978-0-521-55002-4. 
• P.C.W. Davies (1979). The Forces of Nature. Cambridge University Press. str. 116. ISBN 978-0-521-22523-6. 
• Olmsted, J.; Williams, G.M. (1996). Chemistry: The Molecular Science (2nd izd.). Jones & Bartlett. str. 40. ISBN 978-0-8151-8450-8. 
• G. 't Hooft (1997). In search of the ultimate building blocks. Cambridge University Press. str. 6. ISBN 978-0-521-57883-7. 
• Davies, P. (1992). The New Physics: A Synthesis. Cambridge University Press. str. 1. ISBN 978-0-521-43831-5. 
• Penrose, R. (1991). „The mass of the classical vacuum”. Ur.: S. Saunders; H.R. Brown. The Philosophy of Vacuum. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-824449-3. 
• Hoddeson, Lillian; Riordan, Michael, ur. (1997). The Rise of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-57816-5. 
• Smith, Timothy Paul (2004). „The search for quarks in ordinary matter”. Hidden Worlds. Princeton University Press. str. 1. ISBN 978-0-691-05773-6. 
• Fritzsch, Harald (2005). Elementary Particles: Building blocks of matter. World Scientific. str. 1. ISBN 978-981-256-141-1. 
• Russell, Bertrand (1992). „The philosophy of matter”. A Critical Exposition of the Philosophy of Leibniz (Reprint of 1937 2nd izd.). Routledge. str. 88. ISBN 978-0-415-08296-9. 
• Mongillo, J. (2007). Nanotechnology 101. Greenwood Publishing. ISBN 978-0-313-33880-9. 
• J. Olmsted; Williams, G. M. (1996). Chemistry: The Molecular Science (2nd izd.). Jones & Bartlett. ISBN 978-0-8151-8450-8. 
• Connell, Richard J. (1966). Matter and Becoming. Chicago: The Priory Press. .
• Toulmin, Stephen; Goodfield, June (1962). The Architecture of Matter. Chicago: University of Chicago Press. .
• Ernan McMullin, The Concept of Matter in Greek and Medieval Philosophy (Notre Dame, IN: Univ. of Notre Dame Press, 1965).
• McMullin, Ernan (1978). The Concept of Matter in Modern Philosophy. Notre Dame, IN: University of Notre Dame Press. .

Spoljašnje veze

• Visionlearning Module on Matter
• Matter in the universe How much Matter is in the Universe?
• NASA on superfluid core of neutron star
• Matter and Energy: A False Dichotomy – Conversations About Science with Theoretical Physicist Matt Strassler