Matéria

em Educação


Antes do Século 20, o termo Matéria incluída matéria comum composta de Átomos e excluídos outros fenômenos de energia, como Luz ou Som . Este conceito de matéria pode ser generalizado a partir de átomos para incluir todos os objetos que possuem massa, mesmo quando em repouso , mas isso é mal definido, porque de um objeto de massa podem surgir de seu movimento e interação energias (possivelmente sem massa) constituintes ". Assim, a matéria não tem um universal definição , nem é um conceito fundamental na física hoje. Matéria também é utilizado largamente como um termo geral para a substância que compõe todas observáveis ​​objectos físicos . [ 1 ] [ 2 ]
 
Todos os objetos da Vida cotidiana que podemos topar, tocar ou espremer são compostos de átomos . Esta matéria atômica por sua vez é composta de interagir partículas subatômicas -normalmente um núcleo de prótons e nêutrons , e uma nuvem de orbitando elétrons . [ 3 ] [ 4 ] Em geral, a Ciência considera estas partículas compostas importa, porque eles têm massa e volume resto . Em contraste, partículas sem massa , como os fótons , não são considerados matéria, porque eles não têm nem massa de repouso nem volume. No entanto, nem todas as partículas com massa de repouso ter um volume clássico, uma vez que as partículas fundamentais, tais como quarks e léptons (às vezes equiparado com a matéria) são considerados "partículas pontuais" sem tamanho efetivo ou volume. No entanto, quarks e léptons juntos, formam a "matéria ordinária", e suas interações contribuem para o volume efetivo das partículas compostas que compõem a matéria comum.
 
Matéria comumente existe em quatro estados (ou fases ): sólido , Líquido e Gás , e plasma . No entanto, os avanços nas técnicas experimentais revelaram outras fases anteriormente teóricas, tais como condensados ​​de Bose-Einstein e condensados ​​fermiônicos . Um foco em uma visão das partículas elementares da matéria também leva a novas fases da matéria, como o plasma de quarks e glúons . [ 5 ] Durante grande parte da História das ciências naturais as Pessoas têm contemplado a Natureza exata da matéria. A idéia de que a matéria foi construído de blocos de Construção distintos, a chamada teoria de partículas de matéria , foi apresentada pela primeira vez pelos filósofos gregos Leucipo (~ 490 aC) e Demócrito (~ 470-380 aC). [ 6 ]
 
A matéria não deve ser confundida com a massa, como os dois não são exatamente o mesmo na física moderna. [ 7 ] Por exemplo, a massa é uma quantidade conservada , o que significa que seu valor é imutável ao longo do Tempo, em sistemas fechados. No entanto, a matéria é não conservada em tais sistemas, embora isso não seja óbvio nas condições habituais na Terra, onde a matéria está aproximadamente conservada. Ainda assim, a relatividade especial mostra que o assunto pode desaparecer por conversão em energia, mesmo dentro de sistemas fechados, e também pode ser criado a partir de energia, dentro de tais sistemas. No entanto, porque a massa (como energia) podem ser criadas nem destruídas, a quantidade de massa e a quantidade de energia permanece o mesmo durante uma transformação da matéria (o que representa uma certa quantidade de energia) para não material (isto é, não- matéria) de energia. Isso também é válido para a transformação inversa de energia em matéria.
 
Diferentes campos da ciência usar o termo matéria de maneiras diferentes, e por vezes incompatíveis,. Algumas destas formas são baseados em significados históricos soltas, de uma época em que não havia Razão para distinguir massa e matéria. Como tal, não há nenhum significado científico único universalmente aceito da palavra "matéria". Cientificamente, o termo "massa" é bem definida, mas a "matéria" não é. Às vezes, no Campo da física "matéria" é simplesmente equiparada com partículas que apresentam massa de repouso (ou seja, que não podem viajar na velocidade da luz), como quarks e léptons. No entanto, em ambos os de física e Química , a matéria exibe tanto onda -como e partículas -como propriedades, a chamada dualidade onda-partícula . [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
 
Conteúdo  [ hide ] 
1 Definição
1.1 Definição comum
1.2 Relatividade
1.3 definição Atoms
1,4 prótons, nêutrons e elétrons definição
1,5 quarks e léptons definição
1.6 menores blocos de construção questão
2 Estrutura
2.1 Quarks
2.1.1 bariônica importa
2.1.2 matéria degenerada
2.1.3 Matéria estranha
2.1.3.1 "matéria estranha" Dois significados do termo
2.2 Leptons
3 Fases
4 Antimatter
5 Outros tipos
5.1 A matéria escura
5.2 A energia escura
5.3 matéria exótica
6 Desenvolvimento histórico
6.1 Origens
6.2 modernidade antecipada
6.3 tardias séculos XIX e início do XX
6.4 Desenvolvimentos posteriores
6.5 Resumo
7 Veja também
8 Referências
9 Leitura
10 Ligações externas
Definição [ editar ]
Definição comum [ editar ]
 
O ADN Molécula é um exemplo de matéria sob a definição de "átomos e moléculas".
A definição comum da matéria é tudo o que tem massa e de volume (ocupa espaço ) . [ 11 ] [ 12 ] Por exemplo, um Carro poderia ser dito para ser feito de matéria, uma vez que ocupa espaço e tem massa.
 
A observação de que a matéria ocupa espaço remonta à antiguidade. No entanto, uma explicação para por que a matéria ocupa espaço é recente, e argumenta-se para ser um resultado do princípio de exclusão de Pauli . [ 13 ] [ 14 ] Dois exemplos específicos em que o princípio de exclusão refere claramente assunto para a ocupação do espaço são Estrelas anãs brancas e estrelas de nêutrons, discutidas mais adiante.
 
Relativity [ editar ]
Ver artigo principal: equivalência massa-energia
No contexto de relatividade , a massa não é uma quantidade de aditivo, no sentido em que se pode adicionar às massas de repouso de partículas em um sistema para obter a massa total do resto do sistema. [ 1 ] Assim, em relatividade geralmente uma visão mais geral é que não é a soma das massas de repouso , mas o tensor energia-momento que quantifica a quantidade de matéria. Esse tensor dá a massa de repouso para todo o sistema. "Matéria", portanto, às vezes é considerado como algo que contribui para o momentum de energia de um sistema, ou seja, qualquer coisa que não é puramente Gravidade. [ 15 ] [ 16 ] Este ponto de vista é comumente realizada em campos que lidam com a relatividade geral , tais como cosmologia . Neste ponto de vista, as partículas e campos sem massa de luz e outros fazem parte da matéria.
 
A razão para isto é que, nesta definição, a radiação electromagnética (por exemplo, luz), assim como a energia de campos electromagnéticos contribui para a massa de sistemas e, portanto, aparece para adicionar matéria a eles. Por exemplo, a radiação da luz (ou radiação térmica ) preso dentro de uma Caixa iria contribuir para a massa da caixa, como faria com qualquer tipo de energia no interior da caixa, incluindo a energia cinética das partículas realizadas pelo caixa. No entanto, as partículas individuais isolados de luz ( fótons ) e a energia cinética isolado de partículas massivas, normalmente não são considerados matéria. [ carece de fontes? ]
 
A diferença entre matéria e massa, portanto, podem parecem surgir quando as partículas individuais são examinados. Em tais casos, a massa de fotões individuais é igual a zero. Para partículas com massa de repouso, tal como leptones e quark, isolamento da partícula em um quadro em que não está em movimento, remove a sua energia cinética.
 
Uma fonte de dificuldades na definição relatividade surge de duas definições de massa de uso comum, um dos quais é formalmente equivalente a energia total (e é, portanto, dependente observador), e o outro dos quais é referido como massa de repouso ou massa invariante e é independente do observador. Only "massa de repouso" é vagamente equiparado a matéria (uma vez que pode ser pesado). Massa invariante é normalmente aplicado em física de sistemas não ligados de partículas. No entanto, as energias que contribuem para a "massa invariante" pode ser também pesados ​​em circunstâncias especiais, tais como quando um sistema que tem massa invariante é confinada e não tem nenhum impulso líquido (como no exemplo da caixa acima). Assim, um fotão sem massa pode (confusa) ainda adicionar massa para um sistema em que está preso. O mesmo é válido para a energia cinética das partículas, o que, por definição, não faz parte da sua massa em repouso, mas que adiciona massa de repouso a sistemas em que estes residem partículas (um exemplo é a massa adicionada pelo movimento das moléculas de gás de um garrafa de gás, ou por a energia térmica de qualquer objeto quente).
 
Uma vez que essa massa (energias cinéticas das partículas, a energia da radiação eletromagnética preso e energia potencial armazenada de campos repulsivas) é medida como parte da massa do comum matéria em sistemas complexos, a "matéria" estatuto de "partículas sem massa" e campos de força torna-se claro em tais sistemas. Estes problemas contribuem para a falta de uma definição rigorosa da matéria na ciência, embora a massa é mais fácil de definir como o total de tensão-energia acima (este é também o que é pesado em uma balança, e que é a fonte de gravidade). [ citação necessário ]
 
Atoms definição [ editar ]
A definição de "matéria" com base em sua estrutura física e química é: a matéria é composta de átomos . [ 17 ] Como exemplo, ácido desoxirribonucleico moléculas (DNA) são matéria nessa definição, porque eles são feitos de átomos. Esta definição pode estender-se a incluir os átomos e moléculas carregadas, de modo a incluir plasmas (gases de iões) e electrólitos iónicos (soluções), que não estão obviamente incluídas na definição de átomos. Como alternativa, pode-se adotar a prótons, nêutrons e elétrons definição .
 
Prótons, nêutrons e elétrons definição [ editar ]
A definição de "matéria" mais fino do que a escala de átomos e moléculas definição é: a matéria é composta de que átomos e moléculas são feitas de , ou seja, qualquer coisa feita de carga positiva prótons , neutros nêutrons , e carregadas negativamente elétrons . [ 18 ] Esta definição vai além de átomos e moléculas, no entanto, para incluir substâncias feitas a partir desses blocos de construção que são não apenas átomos ou moléculas, por exemplo anã branca matéria-normalmente, núcleos de carbono e oxigênio em um Mar de elétrons degenerados. Em um nível microscópico, os constituintes "partículas" da matéria, tais como prótons, nêutrons e elétrons obedecer às leis da mecânica quântica e da exposição dualidade onda-partícula. Em um nível ainda mais profundo, prótons e nêutrons são compostos de quarks e os campos de força ( glúons ), que os mantêm juntos (veja Quarks e léptons definição abaixo).
 
Quarks e léptons definição [ editar ]
 
De acordo com a definição "quarks e léptons", as partículas elementares e compostos produzidos dos quarks (em Roxo) e léptons (em Verde) seria a matéria-enquanto os bósons (em Vermelho) não seria assunto. No entanto, inerente à energia de interacção partículas compósitas (por exemplo, glúons envolvidos em neutrões e protões) contribuir para a massa de matéria comum.
Como se viu na discussão acima, muitas definições início do que pode ser chamado de matéria ordinária foram baseadas em sua estrutura ou blocos de construção . Na escala das partículas elementares, uma definição que segue essa Tradição pode ser definido como: a matéria ordinária é tudo o que é composta por elementares férmions , nomeadamente quarks e léptons . [ 19 ] [ 20 ] A ligação entre estas formulações segue.
 
Léptons (sendo o mais famoso o elétron ), e quarks (dos quais bárions , como os prótons e nêutrons , são feitas) se combinam para formar átomos , que por sua vez formam moléculas . Como os átomos e moléculas são disse a ser assunto, é natural que a frase a definição como: matéria comum é qualquer coisa que é feita das mesmas coisas que os átomos e moléculas são feitas de . (No entanto, notar que também se pode fazer a partir desses blocos de construção da matéria que é não átomos ou moléculas). Então, porque os elétrons são léptons, e prótons, nêutrons e são feitos de quarks, esta definição, por sua vez leva à definição da matéria como sendo quarks e léptons , que são os dois tipos de férmions elementares. Carithers e Grannis Estado: a matéria comum é composto inteiramente de primeira geração . partículas, ou seja, os [para cima] e [para baixo] quarks, mais o elétron e seu neutrino [ 20 ] (Superior partículas gerações decaem rapidamente em partículas de primeira geração, e portanto, não são comumente encontradas. [ 21 ] )
 
Esta definição de matéria ordinária é mais sutil do que parece à primeira vista. Todas as partículas que compõem a matéria comum (léptons e quarks) são férmions elementares, enquanto todos os vetores de força são bósons elementares. [ 22 ] Os bósons W e Z , que medeiam a força fraca não são feitos de quarks ou léptons, e por isso são não a matéria comum, mesmo que eles têm massa. [ 23 ] Em outras palavras, a massa não é algo que é exclusivo para a matéria comum.
 
A definição quark-lepton de matéria comum, no entanto, identifica não apenas os blocos de construção elementares da matéria, mas também inclui compostos feitos a partir dos constituintes (átomos e moléculas, por exemplo). Tais compostos contêm uma energia de interacção que mantém os componentes em conjunto, e podem constituir a maior parte da massa do compósito. Como um exemplo, para uma grande extensão, a massa de um átomo é simplesmente a soma das massas dos seus constituintes protões, neutrões e electrões. No entanto, cavando mais fundo, os prótons e os nêutrons são feitos de quarks unidos por campos glúons (ver dinâmica da cromodinâmica quântica ) e esses glúons domínios contribuem de forma significativa para a massa de hádrons. [ 24 ] Em outras palavras, a maior parte do que compõe o "massa" de matéria comum é devido à energia de ligação de quark dentro de protões e neutrões. [ 25 ] Por exemplo, a soma das massas das três quarks em um núcleon é de aproximadamente 12,5  MeV / c 2 , o que é baixo quando comparado com a massa de um nucleon (cerca de 938  MeV / c 2 ). [ 21 ] [ 26 ] A questão de fundo é que a maior parte da massa de objetos do cotidiano vem da energia de interação de seus componentes elementares.
 
Menor blocos de construção questão [ editar ]
Os grupos Modelo Padrão importa partículas em três gerações, em que cada geração é composto por dois quarks e léptons dois. A primeira geração é o up e para baixo quarks, o elétron eo neutrino do elétron ; o segundo inclui as charme e estranhos quarks, o múon e neutrino do múon ; a terceira geração consiste no topo e fundo quarks e o tau e tau neutrino . [ 27 ] A explicação mais natural para isso seria que os quarks e léptons das gerações mais altas são estados excitados das primeiras gerações. Se este acaba por ser o caso, isso implicaria que quarks e léptons são partículas compostas , em vez de partículas elementares . [ 28 ]
 
Estrutura [ editar ]
Em física de partículas, férmions são partículas que obedecem as estatísticas de Fermi-Dirac . Os férmions pode ser primária, como o elétron, ou composto, tal como o próton e do nêutron. No modelo padrão , existem dois tipos de férmions elementares: os quarks e léptons, que são discutidas a seguir.
 
Quarks [ editar ]
Ver artigo principal: Quark
Os quarks são partículas de spin- 1 / 2 , o que implica que eles são férmions . Eles carregam uma carga elétrica de - 1 / 3  e (baixo-type quarks) ou + 2 / 3  e (up-tipo quarks). Para efeitos de comparação, um electrão tem uma carga de -1 e. Eles também transportar carga de cor , que é o equivalente da carga eléctrica para a interacção forte . Quarks também sofrem decaimento radioativo , o que significa que eles estão sujeitos à interação fraca . Os quarks são partículas massivas e, portanto, também estão sujeitos a gravidade .
 
Propriedades Quark [ 29 ]
nome Símbolo rotação carga elétrica 
( e ) massa 
( MeV / c 2 ) massa comparável à antipartícula antipartícula 
símbolo
up-type quarks
acima u 1 / 2 + 2 / 3 1,5-3,3 ~ 5 elétrons antiup u
encanto c 1 / 2 + 2 / 3 1160-1340 ~ 1 protão anticharm c
topo t 1 / 2 + 2 / 3 169100 a 173300 ~ 180 prótons ou 
~ 1 átomo de tungstênio Antitop t
quarks do tipo baixo
para baixo d 1 / 2 - 1 / 3 3,5 a 6,0 ~ 10 elétrons antidown d
estranho s 1 / 2 - 1 / 3 70-130 ~ 200 elétrons antistrange s
fundo b 1 / 2 - 1 / 3 4130-4370 ~ 5 prótons antibottom b
 
Quark estrutura de um próton: 2 quarks up e um quark down.
Matéria bariônica [ editar ]
Ver artigo principal: Baryon
Baryons estão interagindo fortemente férmions, e assim estão sujeitos a estatística de Fermi-Dirac. Entre os bárions são os prótons e nêutrons, que ocorrem no núcleo atômico, mas muitos outros bárions instáveis ​​existem também. O termo baryon geralmente se refere a triquarks-partículas feitos de três quarks. bárions "exótico" feitas de quatro quarks e um antiquark são conhecidos como os pentaquarks, mas a sua existência não é geralmente aceite.
 
Matéria bariônica é a parte do Universo que é feita de bárions (incluindo todos os átomos). Esta parte do universo não inclui a energia escura , matéria escura , buracos negros ou várias formas de matéria degenerada, como de composição anãs brancas estrelas e estrelas de nêutrons . Luz Microondas visto por Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), sugere que apenas cerca de 4,6% da parcela do universo dentro do alcance dos melhores telescópios (isto é, a matéria que pode ser visível, porque a luz pode chegar até nós a partir dele), é feita questão de bariônica. Cerca de 23% é matéria escura, e cerca de 72% é energia escura. [ 30 ]
 
 
Uma comparação entre a anã branca IK Pegasi B (centro), seu companheiro de classe A IK Pegasi A (esquerda) e do Sol (à direita). Esta anã branca tem uma Temperatura de superfície de 35.500 K.
Matéria degenerada [ editar ]
Ver artigo principal: matéria degenerada
Na física, a matéria degenerada refere-se ao estado fundamental de um gás de férmions a uma temperatura próxima do zero absoluto. [ 31 ] O princípio de exclusão de Pauli exige que apenas dois férmions pode ocupar um estado quântico, um spin-up e outro spin-down . Assim, à temperatura de zero, os fermiones encher níveis suficientes para acomodar todos os disponíveis fermiones-e, no caso de muitos fermiones, a energia cinética máxima (chamado a energia de Fermi ) e a pressão de gás torna-se muito grande, e depende o número de fermiones em vez de a temperatura, ao contrário de estados normais da matéria.
 
Matéria degenerada é pensado para ocorrer durante a evolução de estrelas pesadas. [ 32 ] A demonstração por Subrahmanyan Chandrasekhar que estrelas anãs brancas têm um máximo permitido de massa por causa do princípio de exclusão causou uma revolução na teoria da evolução de uma Estrela. [ 33 ]
 
Matéria degenerada inclui a parte do universo que é composta de estrelas de nêutrons e anãs brancas.
 
Matéria estranha [ editar ]
Ver artigo principal: Matéria estranha
Matéria estranha é uma forma particular de matéria quark , geralmente considerado como um líquido de cima , para baixo , e estranhas quarks . Ele é contrastada com a matéria nuclear , que é um líquido de nêutrons e prótons (que eles mesmos são construídos a partir de quarks up e down), e com a matéria quark não estranha, que é um líquido que contém apenas quark quarks up e down. Em alta densidade suficiente, matéria estranha é esperado para ser supercondutor cor . Matéria estranha é a hipótese de ocorrer no núcleo de estrelas de nêutrons , ou, mais especulativamente, como gotas isoladas que podem variar em tamanho de femtometers ( strangelets ) de quilômetros ( estrelas de quarks ).
 
Dois significados do termo "matéria estranha" [ editar ]
Em física de partículas e astrofísica , o termo é usado de duas maneiras, uma mais ampla e outro mais específico.
 
O significado mais amplo é apenas matéria de quarks que contém três sabores de quarks: cima, baixo, e estranhas. Nesta definição, há uma pressão crítica e uma densidade crítica associada, e quando a matéria nuclear (feita de prótons e nêutrons ) é comprimida para além desta densidade, os prótons e nêutrons se dissociam em quarks, produzindo matéria quark (matéria provavelmente estranho).
O significado mais estreito é matéria quark que é mais estável do que a matéria nuclear . A idéia de que isso poderia acontecer é a "hipótese da matéria estranha" de Bodmer [ 34 ] e Witten. [ 35 ] Nesta definição, a pressão crítica é zero: o estado fundamental verdade da matéria é sempre matéria quark. Os núcleos que vemos na matéria que nos rodeia, que são gotículas de matéria nuclear, são realmente metaestável , e dado tempo suficiente (ou o estímulo externo à direita) decairia em gotas de matéria estranha, ou seja, strangelets .
Leptons [ editar ]
Ver artigo principal: Lepton
Leptões são partículas de spin- 1 / 2 , o que significa que eles são fermiones . Eles carregam uma carga elétrica de -1  e (léptons carregados) ou 0 e (neutrinos). Ao contrário de quarks, léptons não transportar carga de cor , o que significa que eles não experimentam a interação forte . Leptons também sofrem decaimento radioativo, o que significa que eles estão sujeitos à interação fraca . Léptons são partículas maciças, portanto, estão sujeitos à gravidade.
 
Propriedades Lepton
nome símbolo rotação carga elétrica 
( e ) massa 
( MeV / c 2 ) massa comparável à antipartícula antipartícula 
símbolo
léptons carregados [ 36 ]
elétron e - 1 / 2 -1 0,5110 1 elétron antielétron e +
múon μ - 1 / 2 -1 105,7 ~ 200 elétrons antimuão μ +
tau τ - 1 / 2 -1 1.777 ~ 2 prótons antitau τ +
neutrinos [ 37 ]
neutrino do elétron ν 
e 1 / 2 0 <0.000460 < 1 / 1.000 elétron antineutrino do elétron ν 
e
múon neutrino
u 1 / 2 0 <0,19 < 1 / 2 elétron múon antineutrino
u
tau neutrino
τ 1 / 2 0 <18.2 <40 elétrons tau antineutrino
τ
Fases [ editar ]
Ver artigo principal: Fase (matéria)
Veja também: Diagrama de fase e Estado da matéria
 
Diagrama de fase para uma substância típica a um volume fixo. O eixo vertical é P ressure, eixo horizontal é T emperature. A linha verde marca o ponto de congelamento (acima da linha verde é sólido , abaixo é líquido ) e a linha Azul do ponto de ebulição (acima, é líquido e abaixo é o gás ). Assim, por exemplo, em maior T , uma maior P é necessária para manter a substância na fase líquida. No ponto triplo as três fases; líquido, gasoso e sólido; podem coexistir. Acima do ponto crítico , não há diferença detectável entre as fases. A linha pontilhada mostra o comportamento anômalo da Água :. Gelo derrete a uma temperatura constante com o aumento da pressão [ 38 ]
Em grandes quantidades [ desambiguação necessário ] , a matéria pode existir em várias formas diferentes, ou estados de agregação, conhecidas como fases , [ 39 ] , dependendo do ambiente de pressão , temperatura e volume de . [ 40 ] Uma fase é uma forma de matéria que tem uma relativamente composição química uniforme e propriedades físicas (tais como a densidade , calor específico , índice de refracção , e assim por diante). Essas fases incluem os três familiares ( sólidos , líquidos e gases ), bem como os estados mais exóticos da matéria (como plasmas , superfluídos , SuperSolids , condensados ​​de Bose-Einstein , ...). Um fluido pode ser um líquido, gás ou de plasma. Há também são paramagnéticos e ferromagnéticos fases de materiais magnéticos . Como as condições de mudança, a matéria pode mudar de uma fase para outra. Esses fenômenos são chamados de transições de fase , e são estudadas no campo da termodinâmica . Em nanomateriais, o grande aumento da proporção de área de superfície para volume resulta em matéria que pode apresentar propriedades inteiramente diferentes das do material a granel, e não é bem descrito por qualquer fase em massa (ver nanomateriais para mais detalhes).
 
Fases às vezes são chamados estados da matéria , mas este prazo pode levar a confusão com estados termodinâmicos . Por exemplo, dois gases mantidos a pressões diferentes estão em diferentes estados termodinâmicos (diferentes pressões), mas na mesma fase (ambos gases são).
 
Antimatéria [ editar ]
Ver artigo principal: Antimatéria
Lista de problemas não resolvidos da física
Assimetria Baryon . Porque é que há muito mais matéria do que antimatéria no universo observável?
Em física de partículas e química quântica , a antimatéria é matéria que é composta pelos antipartículas daqueles que constituem a matéria ordinária. Se uma partícula e sua anti entrar em contacto um com o outro, os dois aniquilam ; isto é, eles podem ambos ser convertido em outras partículas com a mesma energia de acordo com Einstein equação &#39;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 a massa restante dos produtos da aniquilação e a massa restante do par partícula-anti-partícula original, o que é muitas vezes bastante grande.
 
A antimatéria não é encontrado naturalmente na Terra, exceto muito brevemente e em vanishingly pequenas quantidades (como o resultado de decaimento radioativo , raio ou raios cósmicos ). Isso ocorre porque a antimatéria que veio a existir na Terra fora dos limites de um laboratório de física adequada iria atender quase que instantaneamente a matéria comum que a Terra é feita de, e ser aniquilado. Antipartículas e alguns antimatéria estável (como anti-hidrogênio ) pode ser feito em pequenas quantidades, mas não em quantidade suficiente para fazer mais do que testar algumas de suas propriedades teóricas.
 
Há uma especulação considerável tanto em ciência e Ficção científica de por que o universo observável é, aparentemente, quase inteiramente a matéria, e se outros lugares são quase inteiramente de antimatéria em seu lugar. No início do universo, pensa-se que matéria e antimatéria foram igualmente representados, bem como o desaparecimento de antimatéria requer uma assimetria em leis físicas chamados a paridade de carga (ou simetria CP ) violação. CP simetria violação pode ser obtido a partir do Modelo Padrão, [ 41 ] , mas neste momento a aparente assimetria de matéria e antimatéria no universo visível é um dos grandes problemas não resolvidos da física . Possíveis processos pelo qual ele surgiu são exploradas com mais detalhes no bariogênese .
 
Outros tipos [ editar ]
 
Gráfico mostrando as frações de energia no universo contribuído por diferentes fontes. a matéria comum é dividido em matéria luminosa (as estrelas e gases luminosos e 0,005% de radiação) e matéria não luminosa (gás intergaláctico e cerca de 0,1% e 0,04% neutrinos buracos negros supermassivos ). Matéria comum é incomum. Modelado após Ostriker e Steinhardt. [ 42 ] Para mais informações, consulte NASA .
Matéria comum, no quarks e léptons definição, constitui cerca de 4% da energia do universo observável . O restante da energia é teorizado para ser devido a formas exóticas, dos quais 23% é matéria escura [ 43 ] [ 44 ] e 73% é a energia escura . [ 45 ] [ 46 ]
 
 
Curva de rotação da galáxia para a Via Láctea. O eixo vertical é a velocidade de rotação em torno do centro da galáxia. Eixo horizontal é a distância do centro galáctico. O sol é marcado com uma Bola amarela. A curva observada de velocidade de rotação é azul. A curva prevista com base na massa estelar e gás na Via Láctea é vermelho. A diferença deve-se a matéria escura ou talvez uma modificação da lei da gravidade . [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] Scatter em observações é indicado por cerca de barras cinza.
A matéria escura [ editar ]
Artigos principais: A matéria escura , modelo Lambda-CDM e WIMPs
Veja também: formação e evolução de galáxias e Halo de matéria escura
Em astrofísica e cosmologia , a matéria escura é questão de composição desconhecida, que não emite nem refletem a radiação eletromagnética suficiente para ser observado diretamente, mas cuja presença pode ser inferida a partir de efeitos gravitacionais sobre a matéria visível. [ 50 ] [ 51 ] evidência observacional do início Universo e o big bang teoria exigir que esta matéria tem energia e massa, mas não é composta de ambos os férmions elementares (como acima) ou bósons. O ponto de vista geralmente aceite que a maior parte da matéria escura é não-bariónica na natureza . [ 50 ] Como tal, ele é composto de partículas que ainda não observado em laboratório. Talvez eles são partículas supersimétricas , [ 52 ] que não são modelo padrão de partículas, mas relíquias formadas em altas energias na fase inicial do universo e ainda flutuavam. [ 50 ]
 
A energia escura [ editar ]
Ver artigo principal: A energia escura
Veja também: Big Bang § A energia escura
Em cosmologia , a energia escura é o nome dado à influência antigravitating que está acelerando a taxa de expansão do universo . Sabe-se que não será composto por partículas conhecidos como os protões, neutrões ou electrões, nem de as partículas de matéria escura, porque todos estes gravitam. [ 53 ] [ 54 ]
 
Um total de 70% da densidade da matéria no universo parece estar sob a forma de energia escura. Vinte e seis por cento é a matéria escura. Apenas 4% é matéria comum. Então, a menos de 1 parte em 20 é feita a partir da matéria temos observado experimentalmente ou descrita no modelo padrão da física de partículas. Dos outros 96%, para além das propriedades já mencionadas, não sabemos absolutamente nada.
- Lee Smolin : The Trouble with Física , p. 16
Matéria exótica [ editar ]
Ver artigo principal: matéria exótica
Matéria exótica é um conceito hipotético de física de partículas . Abrange qualquer material que viole uma ou mais condições clássicas ou não é feita de conhecidos partículas bariônica . Tais materiais possuem qualidades como massa negativa ou sendo repelidos em vez de atraídos pela gravidade.
 
Desenvolvimento histórico [ editar ]
Origins [ editar ]
Os pré-socráticos estavam entre os primeiros especuladores gravados sobre a natureza fundamental do Mundo visível. Thales (c. 624 aC-c. 546 aC), considerado a água como o material fundamental do mundo. Anaximandro (c. 610 aC-c. 546 aC) postulou que o material básico foi totalmente descaracterizado ou ilimitada: o Infinito ( apeiron .) Anaximenes (floresceu 585 aC, d 528 aC) postulou que o material básico era. pneuma ou ar. Heráclito (c 535-c 475.. BC) parece dizer o elemento básico é o fogo, embora, talvez, ele quer dizer que tudo é mudança. Empédocles (c 490-430 aC) falou de quatro. elementos de que tudo foi feito:.: terra, água, ar e fogo [ 55 ] Enquanto isso, Parmênides argumentou que a mudança não existe, e Demócrito argumentou que tudo é composto de corpos minúsculos, inertes de todas as formas chamadas átomos, uma Filosofia chamada atomismo . Todas estas noções teve problemas profunda filosóficas. [ 56 ]
 
Aristóteles (384 aC - 322 aC) foi o primeiro a colocar a concepção de uma base filosófica de som, o que ele fez em sua filosofia natural, especialmente em Física Livro I. [ 57 ] Ele adotou como suposições razoáveis ​​os quatro elementos Empedoclean , mas acrescentou um quinto, éter . No entanto, estes elementos não são básicos na mente de Aristóteles. Ao contrário, eles, como tudo no mundo visível, são compostos dos básicos princípios matéria e forma.
 
A palavra Aristóteles usa para a matéria, ὑλη ( hyle ou hule ) , pode ser traduzido literalmente como Madeira ou madeira, ou seja, "matéria-prima" para a construção. [ 58 ] Na verdade, a concepção da matéria de Aristóteles está intrinsecamente ligada a algo que está sendo feito ou composta. Em outras palavras, em contraste com a concepção inicial moderno do espaço a matéria como simplesmente ocupando, importa, para Aristóteles, é por definição estão ligados ao processo ou alterar: a matéria é o que está subjacente uma alteração de substância.
 
Por exemplo, um Cavalo come a Grama: o cavalo muda a grama em si mesmo; a grama, como tal, não persiste no cavalo, mas algum aspecto de sua matéria-lo-faz. A questão não é especificamente descrito (por exemplo, como átomos ), mas consiste em o que quer que persiste na mudança de substância a partir da grama para cavalo. Matéria neste entendimento não existe de forma independente (ou seja, como uma substância ), mas existe interdependente (ou seja, como um "princípio") com a forma e apenas na medida em que está subjacente a mudança. Pode ser útil para conceber a relação de matéria e forma como muito semelhante à que existe entre as partes e todo. Para Aristóteles, a matéria, como tal, só pode receber a realidade de forma; não tem nenhuma actividade ou actualidade em si, semelhante à maneira que as partes, como tal, só têm a sua existência em conjunto (de outro modo eles estariam conjuntos independentes).
 
Modernidade precoce [ editar ]
René Descartes (1596-1650) originou a concepção moderna da matéria. Ele era essencialmente um geômetra. Em vez de, como Aristóteles, deduzir a existência da matéria, da realidade física da mudança, Descartes arbitrariamente postulada assunto a ser uma substância abstrata, Matemática, que ocupa espaço:
 
Assim, a extensão em comprimento, largura e profundidade, constitui a natureza da substância corporal; e pensamento constitui a natureza da substância pensante. E tudo o mais atribuível ao corpo pressupõe extensão, e é apenas um modo de prorrogado
- René Descartes, Princípios da Filosofia [ 59 ]
Para Descartes, a matéria tem apenas a propriedade de extensão, de modo que sua única atividade além de locomoção é de excluir outros organismos: [ 60 ] esta é a filosofia mecânica . Descartes faz uma distinção absoluta entre mente, que ele define como unextended, substância pensante, e importa, que ele define como impensada, substância extensa. [ 61 ] São coisas independentes. Em contraste, Aristóteles define a matéria ea formação de princípio formal / as complementares princípios que, juntos, compõem uma coisa independente ( substância ). Em suma, Aristóteles define a matéria (a grosso modo) como o que as coisas são realmente feitas de (com um potencial de existência independente), mas Descartes eleva assunto para uma coisa real independente em si mesmo.
 
A continuidade ea diferença entre Descartes e concepções de Aristóteles é notável. Em ambas as concepções, a matéria é passiva ou inerte. Nas respectivas concepções assunto tem diferentes relações com inteligência. Para Aristóteles, a matéria ea inteligência (form) existem juntos em uma relação de interdependência, enquanto que para Descartes, matéria e inteligência (mente) são por definição oposição, independentes substâncias . [ 62 ]
 
Justificação de Descartes para restringir as qualidades inerentes da matéria a extensão é a sua permanência, mas o seu verdadeiro critério não é a permanência (que igualmente aplicada a cor e resistência), mas seu desejo de utilizar a geometria para explicar todas as propriedades do material. [ 63 ] Como Descartes , Hobbes, Boyle, e Locke argumentou que as propriedades inerentes corpos foram limitados a extensão, e que os chamados qualidades secundárias, como a cor, eram apenas os produtos da percepção humana. [ 64 ]
 
Isaac Newton (1643-1727) herdou concepção mecânica de Descartes da matéria. Na terceira de suas "regras de raciocínio em Filosofia", Newton lista as qualidades universais da matéria como "extensão, dureza, impenetrabilidade, mobilidade e inércia." [ 65 ] Da mesma forma em Optics ele conjecturas de que Deus criou a matéria como "sólido, Massy, ​​duras, impenetráveis, partículas móveis ", que eram" ... mesmo assim muito duro como nunca usar ou quebrar em pedaços. " [ 66 ] Os "primárias" propriedades da matéria eram passíveis de descrição matemática, ao contrário de "secundário" qualidades como a cor ou sabor. Como Descartes, Newton rejeitou a natureza essencial de qualidades secundárias. [ 67 ]
 
Newton desenvolveu noção de matéria de Descartes, restaurando a matéria propriedades intrínsecas, além de extensão (pelo menos em uma base limitada), tais como massa. Uso da força gravitacional de Newton, que trabalhou "à distância", efetivamente repudiou mecânica de Descartes, em que as interações aconteceram exclusivamente por contato. [ 68 ]
 
Embora a gravidade de Newton parece ser uma potência de corpos, o próprio Newton não admiti-lo para ser um essencial propriedade da matéria. Levar a Lógica para a frente de forma mais consistente, Joseph Priestley argumentou que bens materiais transcender a mecânica de contato: propriedades químicas exigem a capacidade . para a atração [ 68 ] Ele argumentou matéria tem outros poderes inerentes além dos chamados qualidades primárias de Descartes, et al. [ 69 ]
 
Desde a época de Priestley, tem havido uma enorme expansão no Conhecimento dos constituintes do mundo material (viz., Moléculas, átomos, partículas subatômicas), mas não houve nenhum desenvolvimento adicional na definição da matéria. Pelo contrário, a questão foi deixada de lado. Noam Chomsky resume a situação que prevaleceu desde aquela época:
 
Qual é o conceito de corpo que finalmente saiu? [...] A resposta é que não há nenhuma concepção clara e definitiva do corpo. [...] Em vez disso, o mundo material é tudo o que nós descobrimos que ele seja, com quaisquer propriedades deve considerar-se a ter, para efeitos da teoria explicativa. Qualquer teoria inteligível que oferece explicações genuínas e que pode ser equiparada à das noções fundamentais da física se torna parte da teoria do mundo material, parte de nossa conta do corpo. Se temos uma tal teoria em algum domínio, procuramos assimilar as noções fundamentais da física, talvez modificar essas noções como realizar a empresa.
- Noam Chomsky, " Língua e problemas do conhecimento: a Managua palestras , p. 144 [ 68 ]
Assim, a matéria é o que quer que estudos e o objeto de estudo da física física é matéria: não existe uma definição geral independente da matéria, além de sua conexão na metodologia de medição e experimentação controlada. Em suma, as fronteiras entre o que constitui matéria e tudo o resto permanece tão vago quanto o problema da demarcação de delimitar a ciência de tudo o mais. [ 70 ]
 
Tardias séculos XIX e início do XX [ editar ]
No século 19, após o desenvolvimento da Tabela periódica , e da teoria atômica , átomos eram vistos como sendo os constituintes fundamentais da matéria; átomos formadas moléculas e compostos . [ 71 ]
 
A definição comum em termos de ocupação do espaço e tendo em massa está em contraste com a maioria das definições físicas e químicas da matéria, que confiam em vez sobre a sua estrutura e os atributos não necessariamente relacionados com o volume e massa. Na virada do século XIX, o conhecimento da matéria começou uma rápida evolução.
 
Aspectos da visão newtoniana ainda dominou. James Clerk Maxwell discutido assunto em sua obra matéria e do movimento . [ 72 ] Ele separa cuidadosamente "matéria" de espaço e tempo, e define-lo em termos do objeto que se refere o primeiro lei de Newton motion .
 
No entanto, a visão newtoniana não era toda a história. No século 19, o termo "matéria" foi discutida ativamente por uma série de cientistas e filósofos, e um breve resumo pode ser encontrado em Levere. [ 73 ] [ mais explicação necessário ] Uma discussão livro didático de 1870 sugere importa é o que é feito de átomos: [ 74 ]
 
Três divisões da matéria, são reconhecidos pela ciência: massas, moléculas e átomos. 
A massa de matéria é qualquer porção da matéria apreciável pelos sentidos. 
Uma molécula é a menor das partículas de matéria em que um corpo pode ser dividida, sem perder a sua identidade. 
Uma é um átomo de partícula ainda menor produzido pela divisão de uma molécula.
 
Ao invés de simplesmente ter os atributos de massa e ocupando espaço, a matéria foi realizada para possuem propriedades químicas e elétricas. O famoso físico JJ Thomson escreveu sobre a "constituição da matéria" e estava preocupado com a possível ligação entre matéria e carga elétrica. [ 75 ]
 
Desenvolvimentos posteriores [ editar ]
Há toda uma literatura relativa à "estrutura da matéria", que vão desde a "estrutura elétrica" ​​no início do século 20, [ 76 ] para o mais recente "estrutura quark da matéria", apresentou hoje, com a observação: Compreender a estrutura quark da matéria tem sido um dos mais importantes avanços na física contemporânea. [ 77 ] [ mais explicações necessárias ] Neste contexto, os físicos falam de campos de matéria , e falar de partículas como "excitações quânticas de um modo do campo de assunto". [ 8 ] [ 9 ] E aqui está uma citação de de Sabbata e Gasperini: "Com a palavra" matéria ", entendemos que, neste contexto, as fontes das interações, ou seja campos espinor (como quarks e léptons ), que se acredita para ser componentes fundamentais da matéria, ou campos escalares , como as partículas de Higgs , que são utilizados para a massa introduzida em uma teoria de calibre (e que, no entanto, podem ser compostas de campos fermion mais fundamentais). " [ 78 ] [ explicação adicional necessário ]
 
A concepção moderna da matéria foi refinado muitas vezes na história, tendo em conta a melhoria do conhecimento de apenas o que os blocos básicos de construção são, e em como eles interagem.
 
No final do século 19, com a descoberta do elétron , e no início do século 20, com a descoberta do núcleo atômico , e do nascimento de física de partículas , a matéria foi visto como constituído por elétrons, prótons e nêutrons interagindo para formar átomos . Hoje, sabemos que mesmo prótons e nêutrons não são indivisíveis, eles podem ser divididos em quarks , enquanto os elétrons fazem parte de uma Família de partículas chamado de léptons . Ambos os quarks e léptons são partículas elementares , e estão atualmente visto como sendo os constituintes fundamentais da matéria. [ 79 ]
 
Esses quarks e léptons interagir através de quatro forças fundamentais : a gravidade , eletromagnetismo , interações fracas e interações fortes . O Modelo Padrão da física de partículas é atualmente a melhor explicação para toda a física, mas, apesar de décadas de esforços, a gravidade ainda não podem ser contabilizados no nível quântico; ele só é descrito por física clássica (veja gravidade quântica e gráviton ). [ 80 ] As interações entre quarks e léptons são o resultado de uma troca de partículas portadoras de força (como os fótons ) entre quarks e léptons. [ 81 ] O force- partículas de transporte não são eles próprios blocos de construção. Como uma consequência, massa e energia (que não pode ser criada ou destruída) nem sempre pode estar relacionado com a matéria (que pode ser criado a partir de partículas não-matéria, como os fótons, ou mesmo fora de pura energia, como a energia cinética). Portadores da Força normalmente não são considerados matéria: os portadores da força elétrica (fótons) possuem energia (ver relação Planck ) e os portadores da força fraca ( bósons W e Z .) são enormes, mas também não são considerados matéria ou [ 82 ] No entanto, embora estas partículas não são consideradas questão, eles contribuem para a massa total de átomos, partículas subatómicas , e todos os sistemas que os contêm. [ 83 ] [ 84 ]
 
Resumo [ editar ]
O termo "matéria" é usada em toda a física em uma desconcertante variedade de contextos: por exemplo, um refere-se a " Física da matéria condensada ", [ 85 ] "questão fundamental", [ 86 ] " partonic matéria "," escuro importa "," anti "-matter," estranha "a matéria, e" nuclear matéria ". Na discussão da matéria e antimatéria , matéria normal tem sido referido por Alfvén como koinomatter (gr. assunto comum ). [ 87 ] É justo dizer que na física , não há amplo consenso quanto a uma definição geral da matéria, e o termo "matéria" é normalmente usado em conjunto com um modificador de especificação.



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