Материя и вещество: значение и чем они отличаются

Материя и ее свойства

Лекция 2 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ О МАТЕРИИ

► Материя – бесконечное множество всех сосуществующих в мире объектов и систем, совокупность их свойств и связей, отношений и форм движения. Она включает в себя не только непосредственно наблюдаемые объекты и тела природы, но и все те, которые не даны человеку в его ощущениях.

Неотъемлемым свойством материи является движение. Движение материи представляет собой любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействий. В природе наблюдаются различные виды движения материи: механическое, колебательное и волновое, тепловое движение атомов и молекул, равновесные и неравновесные процессы, радиоактивный распад, химические и ядерные реакции, развитие живых организмов и биосферы.

На современном этапе развития естествознания исследователи различают следующие виды материи: вещество, физическое поле и физический вакуум.

Вещество представляет собой основной вид материи, обладающий массой покоя. К вещественным объектам относят: элементарные частицы, атомы, молекулы и многочисленные образованные из них материальные объекты. Свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул, что и обусловливает различные агрегатные состояния веществ.

Физическое поле представляет собой особый вид материи, обеспечивающий физическое взаимодействие материальных объектов и их систем. К физическим полям исследователи относят: электромагнитное и гравитационное поля, поле ядерных сил, волновые поля, соответствующие различным частицам. Источником физических полей являются частицы.

Физический вакуум – это низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин был введен в квантовую теорию поля для объяснения некоторых процессов. Среднее число частиц – квантов поля – в вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться частицы в промежуточных состояниях, существующие короткое время.

При описании материальных систем используют корпускулярную (от лат. corpuskulum – частица) и континуальную (от лат. continium – непрерывный) теории. Континуальная теория рассматривает повторяющиеся непрерывные процессы, колебания, которые происходят в окрестности некоторого среднего положения. При распространении колебаний в среде возникают волны. Теория колебаний – область физики, занимающаяся исследованием этих закономерностей. Таким образом, континуальная теория описывает волновые процессы. Наряду с волновым (континуальным) описанием широко используется понятие частицы – корпускулы. С точки зрения континуальной концепции вся материя рассматривалась как форма поля, равномерно распространенного в пространстве, а после случайного возмущения поля возникли волны, то есть частицы с различными свойствами. Взаимодействие этих образований привело к появлению атомов, молекул, макротел, образующих макромир. На основе этого критерия выделяют следующие уровни материи: микромир, макромир и мегамир.

Микромир – это область предельно малых, непосредственно ненаблюдаемых материальных микрообъектов, размер которых исчисляется в диапазоне от 10 -8 до10 -16 см, а время жизни – от бесконечности до 10-24 с. Это мир от атомов до элементарных частиц. Все они обладают как волновыми, так и корпускулярными свойствами.

Макромир – мир материальных объектов, соизмеримых по своим масштабом с человеком. На этом уровне пространственные величины измеряются от миллиметров до километров, а время – от секунд до лет. Макромир представлен макромолекулами, веществами в различных агрегатных состояниях, живыми организмами, человеком и продуктами его деятельности.

Мегамир – сфера огромных космических масштабов и скоростей, расстояние в которой измеряется астрономическими единицами (1 а. е. = 8,3 световых минуты), световыми годами (1 световой год = 10 трлн км) и парсеками (1пк = 30 трлн км), а время существования космических объектов – миллионами и миллиардами лет. К этому уровню относятся наиболее крупные материальные объекты: планеты и их системы, звезды, галактики и их скопления, образующие метагалактики.

Классификация элементарных частиц

Элементарные частицы – основные структурные элементы микромира. Элементарные частицы могут быть составными (протон, нейтрон) и несоставными (электрон, нейтрино, фотон). К настоящему времени обнаружено более 400 частиц и их античастиц. Некоторые элементарные частицы обладают необычными свойствами. Так, долгое время считалось, что частица нейтрино не имеет массы покоя. В 30-е гг. XX в. при изучении бета-распада было обнаружено, что распределение по энергиям электронов, испускаемых радиоактивными ядрами, происходит непрерывно. Из этого следовало, что или не выполняется закон сохранения энергии, или кроме электронов испускаются трудно регистрируемые частицы, подобные фотонам с нулевой массой покоя, уносящие часть энергии. Ученые предположили, что это нейтрино. Однако зарегистрировать нейтрино экспериментально удалось только в 1956 г. на огромных подземных установках. Сложность регистрации этих частиц заключается в том, что захват частиц нейтрино происходит чрезвычайно редко из-за их высокой проникающей способности. В ходе экспериментов было установлено, что масса покоя нейтрино не равна нулю, хотя от нуля отличается ненамного. Интересными свойствами обладают и античастицы. Они имеют многие из тех же признаков, что и их частицы-двойники (массу, спин, [1] время жизни и т. д.), но отличаются от них знаками электрического заряда или другими характеристиками.

В 1928 г. П. Дирак предсказал существование античастицы электрона – позитрона, который был обнаружен спустя четыре года К. Андерсоном в составе космических лучей. Электрон и позитрон – не единственная пара частиц-двойников, все элементарные частицы, кроме нейтральных, имеют свои античастицы. При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция (от лат. annihilatio – превращение в ничто) – превращение элементарных частиц и античастиц в другие частицы, число и вид которых определяются законами сохранения. Например, в результате аннигиляции пары электрон– позитрон рождаются фотоны. Число обнаруженных элементарных частиц со временем увеличивается. Вместе с тем продолжается поиск фундаментальных частиц, которые могли бы быть составными «кирпичиками» для построения известных частиц. Гипотеза о существовании подобного рода частиц, названных кварками, была высказана в 1964 г. американским физиком М. Гелл-Маном (Нобелевская премия 1969 г.).

Элементарные частицы обладают большим количеством характеристик. Одна из отличительных особенностей кварков заключается в том, что они имеют дробные электрические заряды. Кварки могут соединяться друг с другом парами и тройками. Соединение трех кварков образует барионы (протоны и нейтроны). В свободном состоянии кварки не наблюдались. Однако кварковая модель позволила определить квантовые числа многих элементарных частиц.

Элементарные частицы классифицируют по следующим признакам: массе частицы, электрическому заряду, типу физического взаимодействия, в котором участвуют элементарные частицы, времени жизни частиц, спину и др.

В зависимости от массы покоя частицы (масса ее покоя, которая определяется по отношению к массе покоя электрона, считающегося самой легкой из всех частиц, имеющих массу) выделяют:

♦ фотоны (греч. photos – частицы, которые не имеют массы покоя и движутся со скоростью света);

♦ лептоны (греч. leptos – легкий) – легкие частицы (электрон и нейтрино);

♦ мезоны (греч. mesos – средний) – средние частицы с массой от одной до тысячи масс электрона (пи-мезон, ка-мезон и др.);

♦ барионы (греч. barys – тяжелый) – тяжелые частицы с массой более тысячи масс электрона (протоны, нейтроны и др.).

В зависимости от электрического заряда выделяют:

♦ частицы с отрицательным зарядом (например, электроны);

♦ частицы с положительным зарядом (например, протон, позитроны);

♦ частицы с нулевым зарядом (например, нейтрино).

Существуют частицы с дробным зарядом – кварки. С учетом типа фундаментального взаимодействия, в котором участвуют частицы, среди них выделяют:

♦ адроны (греч. adros – крупный, сильный), участвующие в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии;

♦ лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии;

♦ частицы – переносчики взаимодействий (фотоны – переносчики электромагнитного взаимодействия; гравитоны – переносчики гравитационного взаимодействия; глюоны – переносчики сильного взаимодействия; промежуточные векторные бозоны – переносчики слабого взаимодействия).

По времени жизни частицы делятся на стабильные, квазистабильные и нестабильные. Большинство элементарных частиц нестабильно, время их жизни – 10 -10 -10 -24 с. Стабильные частицы не распадаются длительное время. Они могут существовать от бесконечности до 10 -10 с. Стабильными частицами считаются фотон, нейтрино, протон и электрон. Квазистабильные частицы распадаются в результате электромагнитного и слабого взаимодействия, иначе их называют резонансами. Время их жизни составляет 10 -24 -10 -26 с.

\|	следующая лекция ==>
Развивая отстающие двигательные качества, не забывать о работе над ведущими	\|	Фундаментальные взаимодействия

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Материя и вещество: значение и чем они отличаются

Такие понятия как материя и вещество относятся к фундаментальным категориям научного познания мира и взаимосвязаны между собой. Однако по сути, это два совершенно разных термина, содержащих в себе общее представление о современном представлении мира. Распознав отличия между ними, можно четко выделить границу и вполне конкретно представить суть каждого понятия, при этом важно сохранить взаимосвязь, исключая общее черты, которые являются следствием противоречивого восприятия этих категорий, которое только размывает границы и уводит от сути.

Суть материи

Философская наука рассматривает материю как некую субстанцию, которая лежит в основе всех материальных вещей и явлений мира. То есть само определение материи исходит из нестандартного взгляда на нее, который выходит за рамки обыденного понимания. Создается некая концепция «основы» для всего, с чем мы сталкиваемся в реальном мире.

К примеру, существует довольно распространенное определение материи, в котором она обозначается как категория, характеризующая объективную реальность, которая через ощущения отображается в сознании человека и существует абсолютно независимо. На самом деле, это свойство следует отнести к веществу, так как оно не является признаком основы всех вещей и явлений, правильной характеристикой можно признать только независимость существования.

И это лишь одно из многих противоречий, существующих в различных определениях материи. Практически в любом случае, авторы известных высказываний в своих описаниях материи демонстрировали невозможность охватить все физические свойства, а при попытке свести все к физике формулировка становилась еще более размытой, и снова привязывается к ощущениям человека, что более свойственно веществу.

Сложно выделить одно, наиболее точно определение материи из всех возможных. Если сравнить хотя бы несколько из них, можно обнаружить массу противоречий, как в самих теориях, так и между ними.

Чтобы охарактеризовать материю, не наделяя ее признаками вещества, достаточно определить ее как непрерывную субстанцию, которая лежит в основе бытия.

Что такое вещество

Вещество, так же как и материя, является одним из главных участников всего что происходит в реальном мире. Первое, что отделяет материю от вещества – его производность.

Материя является более обобщенным понятием, чем-то вроде первичной основы из которой можно выделить отдельную производную – вещество.

Еще один основополагающий признак вещества, определяющий его суть – дискретность. Вещество может быть отдельно взятым компонентом, что отрицает возможность непрерывности. При этом, оно может содержать в себе определенное количество объектов, разделенные на различные уровни иерархии.

Данная категория имеет более практичное значение во всех науках, нежели материя и в большинстве случаев представляет отдельный объект для изучения и экспериментов, как реальных, так и теоретических, в то время как материя может рассматриваться исключительно как объект мысленных опытов.

Конкретика – это самая явная отличительная черта вещества. Оно вполне детально разделяется на структурные уровни, от электрона до макроскопических тел и геологических систем, поэтому гораздо проще подпадает под определение и рассмотрение с точки зрения философской концепции.

Итоговое сравнение

Исходя из всего вышесказанного, можно подытожить основные различия между веществом и материи, которые плавно вытекают из сути взаимосвязанных категорий.
Материя – это фундаментальная основа объектов и явлений мира, в то время как вещество является его производной.
Вещество представляет собой отдельную сущность, которую можно разделить на составные части, основывая на достижениях научного прогресса. Точного определения материи на сегодняшний день не существует, при этом всех попытках передать значения этой категории есть масса внутренних противоречий, так же как и между самими определениями.
Материи свойственна исключительная непрерывность, в то время как вещество имеет противоположное качество – дискретность.
Материя является составной частью вещества, при этом, сама материя неразделима, так как является первоосновой мира.

Именно на границе этих двух понятий выводятся всевозможные законы и теории, которые проявляют себя различным образом в материальном мире, поэтому очень важно правильно разделять их и выделять основные различия.

Материя и ее свойства

Лекция 2 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ О МАТЕРИИ

Классификация элементарных частиц

♦ фотоны (греч. photos – частицы, которые не имеют массы покоя и движутся со скоростью света);

♦ лептоны (греч. leptos – легкий) – легкие частицы (электрон и нейтрино);

В зависимости от электрического заряда выделяют:

♦ частицы с отрицательным зарядом (например, электроны);

♦ частицы с положительным зарядом (например, протон, позитроны);

♦ частицы с нулевым зарядом (например, нейтрино).

♦ адроны (греч. adros – крупный, сильный), участвующие в электромагнитном, сильном и слабом взаимодействии;

♦ лептоны, участвующие только в электромагнитном и слабом взаимодействии;

\|	следующая лекция ==>
Развивая отстающие двигательные качества, не забывать о работе над ведущими	\|	Фундаментальные взаимодействия

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Материя

Что общего между бабочкой и камнем? Оба этих объекта состоят из материи. Бабочка — живая материя, камень — неживая

Все на свете состоит из материи. Любой предмет, любое химическое вещество, любая вещь — это материя. Материя — не только то, что можно увидеть своими глазами, как, например, бумага, из которой сделана эта книга, или типографская краска, которой напечатаны слова и иллюстрации. Материей являются и крошечные пылинки, не видные невооруженным глазом, здания и автомобили, живые существа — деревья и люди, горы и облака, да и воздух, которым мы дышим. Все планеты и звезды в далеком космосе представляют собой материю. Из материи состоит абсолютно вся Вселенная. Сама же материя образована из мельчайших кирпичиков, которые называются атомами.

Существуют такие области, где материи нет. Это значит, что нет вообще ничего. Полное отсутствие материи называется вакуумом. Однако абсолютный вакуум встречается крайне редко. Название «космическое пространство» подразумевает, что речь идет о пустом пространстве, где материя отсутствует. На самом же деле это не так. Даже в отдаленных глубинах космоса всегда можно обнаружить несколько ничтожных пылинок или крошечное облачко газа.

Материя существует в трех основных формах, которые называют состояниями. Это твердое, жидкое и газообразное состояние. В твердом состоянии, например, во льду, молекулы (связанные между собой атомы) находятся близко друг от друга. Сдвинуться со своих мест они могут с большим трудом. Поэтому твердые предметы не меняют ни объема, ни формы. В жидкостях, например, в воде, молекулы находятся неподалеку друг от друга, но прочные связи между отдельными молекулами отсутствуют. Поэтому жидкости способны изменять форму и течь, хотя они не меняют объем, как и твердые тела. В газообразном состоянии, например, в парах воды, молекулы движутся свободно. Поэтому газ может изменять объем и целиком заполнять любой контейнер, в который его помещают.

Воздушный шар наполнен горячим воздухом. Тепло, сообщаемое горелками, заставляет молекулы воздуха внутри шара двигаться быстрее и заполнять больший объем. Воздушный шар становится легче окружающего воздуха и взлетает.

Состояние материи способно изменяться: твердое тело может стать жидкостью, а жидкость — газом. Как правило, такое происходит при нагревании тел. Состояние материи может меняться и в обратную сторону: газ превращается в жидкость, а жидкость затвердевает. Это случается, когда тела охлаждают. Самым наглядным примером служит вода. Вся вода на Земле находится в непрестанном движении, переходя из одного состояния в другое в ходе так называемого круговорота воды в природе.

При круговороте воды в природе состояние воды изменяется

В этом круговороте Солнце нагревает море. Под действием тепла вода испаряется, и невидимый водяной пар поднимается к небу. Высоко над поверхностью становится холоднее, и пар снова превращается в жидкость, образуются крошечные капельки воды, странствующие по небу в виде облаков. Некоторые капельки сливаются, становятся слишком тяжелыми и падают на землю в виде дождя. Другие капельки ветер поднимает выше, высоко над горами, где еще холоднее. Там они снова изменяют свое состояние и замерзают, превращаясь в снежинки. Снег падает на землю и тает, превращаясь в воду. И талая, и дождевая вода стекают в ручьи и реки, которые текут в море. Затем круговорот повторяется.

Свойства материи

Материя обладает многими характерными особенностями, или свойствами. Одно из главных свойств материи — ее состояние. Другое свойство материи — это вид атомов, из которых она состоит. Атомы одного вида называются химическим элементом.

Третье свойство материи — плотность. Это количество материи, содержащееся в определенном объеме. Чем больше материи содержится в одном и том же объеме, тем плотнее вещество. От плотности зависит, будет ли предмет плавать или утонет. Если плотность объекта меньше, чем плотность воды, он будет плавать. Плотность железа выше плотности воды, поэтому железо потонет. Однако если из железа сделать корпус лодки, в нем окажется много воздуха, плотность которого очень мала. Средняя плотность корпуса, содержащего железо и воздух, меньше плотности воды, поэтому лодка не тонет.

Спонсор статьи – мебель для детской. Детская мебель, мебельная мануфактура «Грифон Стайл». Кровати – машины – это не только пропуск в мир фантазий на высоких скоростях.

Чем отличается темная материя от антиматерии?

Одним из древнейших понятий в физике является материя, ей дали определение ученые, которые стояли у истоков науки. Сейчас современные ученые классифицируют ее на четыре типа: обычная материя, негативная материя, темная материя и антивещество. Последние два типа часто путают между собой. Чтобы понять, в чем разница между темной материей и антиматерией, нужно узнать, чем является каждое из них. В этой статье ты найдешь определение данных терминов простыми словами. Мы рассмотрим отличия этих материй и особенности каждой из них. Ты убедишься, что физика бывает очень занимательной.

Подробное определение материи, каким его видят ученые, сложное. Антиматерия на сегодняшний день — это уже не гипотетическая концепция. После большого взрыва, когда вселенная начала остывать, было создано равное количество частиц и античастиц, это неоспоримый факт.

Помимо этого специалисты в области физики могут создавать античастицы самостоятельно в искусственных условиях. Для этого они сталкивают заряженные частицы из высоких энергий. Всегда, когда антивещество и его вещество соединяются, они аннигилируют, частицы и античастицы поступают точно так же. Их общая масса преображается в энергию и соответствует формуле E = mc2, это уравнение Эйнштейна.

Существование темной материи доказано вполне убедительными фактами, однако, провести непосредственное наблюдение не предоставляется возможным. Это и есть ключевое отличие между понятиями, которые мы рассматриваем. Чтобы понять, в чем заключаются другие отличия, нужно обратиться к определениям.

Об антивеществе

Так называют полную противоположность обычной материи. Она состоит из частиц, а антивещество — из античастиц. Частица и ее античастица обладают одинаковой массой, но их отдельные характеристики будут разными. Например, магнитный момент, заряд, спин, число лептонов и барионов будут обладать противоположными значениями.

Существование антиматерии в современном понимании предсказывали еще в 1928 году. Предположения принадлежали Полу Дираку. Согласно выдвинутой им теории, возможно существование частиц с равной массой электрона, но противоположным зарядом равного значения. В 1932 Карл Д.Андерсон смог доказать данную гипотезу. Он открыл существование позитрона, это двойник электрона или антиэлектрон, часть антиматерии. Ученый совершил данное открытие, когда изучал космические лучи.

Если отталкиваться от стандартной модели, то у каждой частицы обычной материи есть аналог, и он представлен античастицей. Это еще не все, свой аналог есть и у кварка. К примеру, для нейтрона, протона и электрона таким аналогом будут антинейтрон, антипротон и позитрон соответственно. Существуют простейшие анти-атомы, самый простой из них — антиводород, в его состав входят позитрон и антипротон. Ученые пытаются создать анти-нуклеусы, которые будут тяжелее, чем антигелий, но у них до сих пор не получается этого сделать. Несмотря на то, что на данный момент практически не получается, если исходить из законов физики, это возможно.

В теории взаимодействие антивещества происходит в четырех видах: электромагнитное, гравитационное, сильное ядерное и слабое. Антиматерия тоже способна искривлять время-пространство так же, как это делает обычная материя.

О темной материи

По факту обнаружить темную материю, как это вышло с антивеществом, не удалось. Однако, открыты довольно убедительные доказательства ее существования. Длительные наблюдения позволили ученым сделать выводы, что должно существовать больше темного вещества, чем есть в нашей вселенной.

Как вспомогательное доказательство того, что темная материя есть, ученые используют спиральные галактики. С какой скоростью будет вращаться такая галактика, зависит от ее массы, они увеличиваются прямо пропорционально. Большинство спиральных галактик, включая наш Млечный путь, вращаются быстрее, чем предполагалось изначально. Выходит, что их масса должны быть выше, чем та, что специалисты наблюдают. Разница представлена отсутствующей или ненаблюдаемой материей, теоретически ее можно отнести к темной материи.

В соответствии с теми теориями, от которых отталкивается современная наука, темная материя может взаимодействовать только через слабые и гравитационные взаимодействия. Гравитационное влияние однозначно существует, оно заметно. Однако, темную материю, нельзя увидеть, и поэтому она труднодоступная, ее очень трудно обнаружить. Все было бы по-другому, если бы она могла производить электромагнитные и сильные взаимодействия.

В чем разница?

Антивещество не только обнаружено, но и может синтезироваться по воле человека, это происходит за счет сталкивания заряженных частиц высоких энергий. Более того, человечеству удалось создать искусственным путем антигелий и антиводород. Темная материя не наблюдаемая. Несмотря на то, что есть убедительные доказательства ее существования, на данный момент она существует только в теории.

Если и другие ключевые отличия темной материи и антиматерии. Что касается антивещества, которое образовалось в таком же количестве, что и обычное вещество, после большого взрыва, сегодня его практически не наблюдаем. Никто не знает, куда оно делось, но во вселенной его очень мало. Темной материи намного больше, чем обычной, но на данный момент мы знаем это только по подсчетам.