Wat is de definitie van 'materie' in de natuurkunde?
Wat materie betekent in de natuurkunde
Een goede definitie van materie is dat het massa heeft en ruimte inneemt.
Alfred Pasieka / Getty Images
Materie heeft veel definities, maar de meest voorkomende is dat het elke stof is die: massa- en neemt ruimte in beslag. Alle fysieke objecten zijn samengesteld uit materie, in de vorm van atomen , die op hun beurt zijn samengesteld uit protonen, neutronen en elektronen.
Het idee dat materie uit bouwstenen of deeltjes bestond, is ontstaan bij de Griekse filosofen Democritus (470-380 v.Chr.) en Leucippus (490 v.Chr.).
Voorbeelden van materie (en wat geen materie is)
Materie is opgebouwd uit atomen. Het meest basale atoom, de isotoop van waterstof bekend als protium , is een enkel proton. Dus hoewel subatomaire deeltjes door sommige wetenschappers niet altijd als vormen van materie worden beschouwd, zou je Protium als de uitzondering kunnen beschouwen. Sommige mensen beschouwen elektronen en neutronen ook als vormen van materie. Anders bestaat elke substantie die is opgebouwd uit atomen uit materie. Voorbeelden zijn:
- Atomen (waterstof, helium, californium, uranium)
- Moleculen (water, ozon, stikstofgas, sucrose)
- Ionen (Ca2+, DUS4twee-)
- Polymeren en macromoleculen (cellulose, chitine, eiwitten, DNA)
- Mengsels (olie en water, zout en zand, lucht)
- Complexe vormen (een stoel, een planeet, een bal)
Terwijl protonen, neutronen en elektronen de bouwstenen van atomen zijn, zijn deze deeltjes zelf gebaseerd op fermionen. Quarks en leptonen worden meestal niet als vormen van materie beschouwd, hoewel ze wel aan bepaalde definities van de term voldoen. Op de meeste niveaus is het het eenvoudigst om simpelweg te stellen dat materie uit atomen bestaat.
Antimaterie is nog steeds materie, hoewel de deeltjes gewone materie vernietigen wanneer ze met elkaar in contact komen. Antimaterie bestaat van nature op aarde, zij het in extreem kleine hoeveelheden.
Dan zijn er dingen die geen massa hebben of in ieder geval geen rust massa . Dingen die er niet toe doen zijn onder meer:
- Licht
- Geluid
- Warmte
- Gedachten
- Dromen
- Emoties
Fotonen hebben geen massa, dus ze zijn een voorbeeld van iets in de natuurkunde dat is niet bestaat uit materie. Ze worden ook niet beschouwd als 'objecten' in de traditionele zin, aangezien ze niet kunnen bestaan in een stationaire toestand.
Fasen van materie
Materie kan in verschillende fasen bestaan: vast, vloeibaar, gas of plasma. De meeste stoffen kunnen tussen deze fasen overgaan op basis van de hoeveelheid warmte die het materiaal absorbeert (of verliest). Er zijn aanvullende toestanden of fasen van materie, waaronder Bose-Einstein-condensaten, fermionische condensaten en quark-gluon-plasma.
Materie versus massa
Merk op dat terwijl er toe doen massa heeft en massieve objecten materie bevatten, zijn de twee termen niet precies synoniem, althans niet in de natuurkunde. Materie wordt niet behouden, terwijl massa wordt behouden in gesloten systemen. Volgens de speciale relativiteitstheorie kan materie in een gesloten systeem verdwijnen. Massa daarentegen is misschien nooit gecreëerd of vernietigd, hoewel het kan worden omgezet in energie. In een gesloten systeem blijft de som van massa en energie constant.
In de natuurkunde is een manier om onderscheid te maken tussen massa en materie door materie te definiëren als een substantie die bestaat uit deeltjes die rustmassa vertonen. Toch vertoont materie in de natuurkunde en scheikunde een dualiteit van golven en deeltjes, dus het heeft eigenschappen van zowel golven als deeltjes.