Was ist die Definition von Materie in der Physik?

Materie hat viele Definitionen, aber die häufigste ist, dass es sich um jede Substanz handelt, die Masse hat und Raum einnimmt. Alle physikalischen Objekte bestehen aus Materie in Form von Atomen, die sich wiederum aus Protonen, Neutronen und Elektronen zusammensetzen.

Die Idee, dass Materie aus Bausteinen oder Teilchen besteht, stammt von den griechischen Philosophen Demokrit (470-380 v. Chr.) Und Leukipp (490 v. Chr.)..

Beispiele für Materie (und was nicht Materie ist)

Materie ist aus Atomen aufgebaut. Das basischste Atom, das als Protium bekannte Wasserstoffisotop, ist ein einzelnes Proton. Obwohl subatomare Teilchen von einigen Wissenschaftlern nicht immer als Formen von Materie angesehen werden, könnte man Protium als die Ausnahme betrachten. Manche Menschen betrachten Elektronen und Neutronen auch als Formen von Materie. Ansonsten besteht jede Substanz, die aus Atomen besteht, aus Materie. Beispiele beinhalten:

• Atome (Wasserstoff, Helium, Kalifornium, Uran)
• Moleküle (Wasser, Ozon, Stickstoffgas, Saccharose)
• Ionen (Ca²⁺, SO₄^2-)
• Polymere und Makromoleküle (Cellulose, Chitin, Proteine, DNA)
• Gemische (Öl und Wasser, Salz und Sand, Luft)
• Komplexe Formen (ein Stuhl, ein Planet, eine Kugel)

Während Protonen, Neutronen und Elektronen die Bausteine ​​von Atomen sind, basieren diese Teilchen selbst auf Fermionen. Quarks und Leptonen gelten normalerweise nicht als Materieformen, obwohl sie bestimmten Begriffsbestimmungen entsprechen. Auf den meisten Ebenen ist es am einfachsten festzustellen, dass Materie aus Atomen besteht.

Antimaterie ist immer noch Materie, obwohl die Teilchen gewöhnliche Materie vernichten, wenn sie sich berühren. Antimaterie ist auf der Erde natürlich vorhanden, wenn auch in äußerst geringen Mengen.

Dann gibt es Dinge, die entweder keine Masse oder zumindest keine Ruhemasse haben. Dinge, die keine Rolle spielen, sind:

• Licht
• Klang
• Hitze
• Gedanken
• Träume
• Emotionen

Photonen haben keine Masse, sie sind also ein Beispiel für etwas in der Physik nicht bestehend aus Materie. Sie werden auch nicht als "Objekte" im herkömmlichen Sinne betrachtet, da sie nicht in einem stationären Zustand existieren können.

Phasen der Materie

Materie kann in verschiedenen Phasen vorliegen: fest, flüssig, gasförmig oder plasmaförmig. Die meisten Substanzen können je nach Wärmemenge, die das Material aufnimmt (oder verliert), zwischen diesen Phasen wechseln. Es gibt zusätzliche Zustände oder Phasen der Materie, einschließlich Bose-Einstein-Kondensate, fermionische Kondensate und Quark-Gluon-Plasma.

Materie versus Masse

Beachten Sie, dass Materie zwar Masse hat und massive Objekte Materie enthalten, die beiden Begriffe jedoch zumindest in der Physik nicht genau synonym sind. Materie wird nicht konserviert, während Masse in geschlossenen Systemen konserviert wird. Gemäß der speziellen Relativitätstheorie kann Materie in einem geschlossenen System verschwinden. Masse hingegen wurde möglicherweise nie geschaffen oder zerstört, obwohl sie in Energie umgewandelt werden kann. Die Summe aus Masse und Energie bleibt in einem geschlossenen System konstant.

In der Physik besteht eine Möglichkeit zur Unterscheidung zwischen Masse und Materie darin, Materie als eine Substanz zu definieren, die aus Partikeln besteht, die eine Ruhemasse aufweisen. In Physik und Chemie weist die Materie eine Welle-Teilchen-Dualität auf, sodass sie sowohl Eigenschaften von Wellen als auch von Teilchen aufweist.