Физическая материя

	Стандартная модель Физики элементарных частиц
Тема
	физика элементарных частиц; стандартные модели; Квантовая теория поля ; калибровочной теории ; спонтанное нарушение симметрии; Хиггсовский механизм
Трехсторонние взаимодействия
	Электрослабое взаимодействие; Квантовая хромодинамика; CKM-матрица
Ограничения
	Strong CP проблема ; иерархия проблема ; Neutrino oscillationы ; См. также: Физика за пределами стандартной модели
Учёные
	Rutherford •Томсон •Chadwick •Bose •Сударшан •Koshiba •Дэвис-Младший •Андерсон •Fermi •Дирак •Feynman •Rubbia •Гелл-Манн •Kendall •Taylor • Фридман •Powell •P. W. Anderson •Glashow •Meer • Cowan •Намбу •Чемберлен •матрицы кабиббо •Schwartz •Perl • Majorana •Вайнберг •Lee •Ward •Salam •Кобаяси •Maskawa •Ян •Юкава •'т Хоофта •Вельтману •Gross •Politzer •/ • Кронин • Fitch • - Флековских •Higgs •Энглерт •Brout •Hagen •Гуральник •Корма • Ting • Рихтер
	Просмотреть·Обсудить·Изменить

Материя
	; ; ;
	Материя, как правило, подразделяются на три вида классических состояний, к плазменному иногда добавляется четвертое состояние. Сверху вниз: кварц (твердое), вода (жидкость), диоксид азота (газообразное) и плазма (plasma globe — плазменная Лампа (также называемый плазменный шар, купола, сферы, трубки или шар, в зависимости от формы) — это (обычно) ясный стеклянный шар, наполненный смесью из различных благородных газов высоковольтного электрода в центре сферы.) (плазменное).

Эта статья о концепции физической науки. Для другого использования, см. Материя (значения).

Мате́рия (от лат. māteria «вещество») — объективная реальность, содержимое пространства, одна из основных категорий науки и философии, объект изучения физики.

Физика описывает материю как явление, существующее в пространстве и во времени (в пространстве-времени) — представление, идущее от Ньютона (пространство — вместилище вещей, время — событий); либо как нечто, само задающее свойства пространства и времени — представление, идущее от Лейбница и, в дальнейшем, нашедшее выражение в общей теории относительности Эйнштейна. Изменения во времени, происходящие с различными формами материи, составляют физические явления. Основной задачей физики является описание свойств тех или иных видов материи и её взаимодействия.

До 20-го века, термин материя включает обычное вещество, состоящее из атомов, где исключены другие энергетические явления, такие как свет или звук. Эта концепция материи может быть обобщена на основе атомов, может включать любые объекты, имеющие массу даже в состоянии покоя, но это плохое определение, поскольку объект, масса могут возникнуть в результате их (возможно, безмассовых) трехсторонних участников движения и взаимодействия энергий. Таким образом, вопрос не имеет универсального определения, не является фундаментальным понятием в физике сегодня. Материя также применяется в широком смысле как общий термин, обозначающий вещество, из которого состоят все наблюдаемые физические объекты.^[1],^[2]

Все объекты из повседневной жизни, с которыми мы можем столкнуться, сенсорно (датчик) или можем сжать состоят из атомов. Эта атомарная материя, в свою очередь, состоит из взаимодействия субатомных частиц — обычно из ядра, протонов и нейтронов, и облака орбитальных электронов.^[3],^[4] Как правило, наука рассматривает эти составные частицы материи, потому что они оба имеют массы покоя и объем. Напротив, безмассовые частицы, такие как фотоны, не рассматриваются как материя, поскольку они не имеют ни массы покоя, ни объема. Однако, не все частицы с массой покоя имеют классический объем, начиная с элементарных частиц, таких как кварки и лептоны (иногда отождествляются с материей) считаются "точечными частицами" с не эффективным размером или объемом. Тем не менее, кварки и лептоны вместе составляют "обычную материю", и их взаимодействие способствует созданию эффективного объема композитных частиц, из которых состоит обычное вещество. Материя обычно существует в четырех состояниях (или фазах): твердого, жидкого и газообразного и плазмы. Однако, эксперименты показали и другие ранее теоретические этапы, такие как Бозе-Эйнштейна конденсаты и фермионный конденсат. Сосредоточение на элементарных частицах как виде материи также приводит к появлению новых состояний (фаз) вещества, таких как кварк-глюонная плазма.^[5] Для большей части истории естественных наук люди лицезрели точную природу материи. Идея, что материя построена из дискретных блоков, так называемых частиц материи впервые была выдвинута греческим философом Лисиппом (~490 до н.э.) и Демокритом (~470-380 до н.э.).^[6]

Вопрос не следует путать с массой, так как два состояния не совсем приемлемы в современной физике.^[7] Например, масса — это количество сохраняемых систем, что означает, что её значение не изменяется с течением времени в пределах закрытых систем. Однако материя не сохраняется в таких системах, хотя это и не очевидно, в обычных условиях на Земле, в которых вещество находится примерно сохранённым. По-прежнему, специальная теория относительности показывает, что материя может исчезнуть путем преобразования в энергию, даже внутри замкнутых систем, а также может быть создана из энергии, в рамках таких систем. Однако, поскольку масса (как и энергия) не может быть ни создана, ни уничтожена и количество массы и количество энергии, остаются неизменными во время трансформации материи (которая представляет собой определенное количество энергии) в нематериальной (то есть, не имеющей значения) энергии. Это также верно и в обратном преобразовании энергии в материю.

В различных областях науки используется термин "материя" для обозначения разных, иногда несовместимых состояний. Некоторые из этих способов использования термина "материя" основаны на зыбких исторических смыслах, того времени, когда не было никаких оснований для различения массы и материи. Как такового, не существует единого общепризнанного научного значения слова "материя". Научно, термин "масса" как и термин "материя" не является четко определенным. Иногда в области физики "материя" - просто отождествляется с частицами, которые обладают массой покоя (то есть, что не могут существовать со скоростью света), такими как кварки и лептоны. Однако, как в физике и химии существует материя со свойствами волн и частиц - так называемая "волна-частица".^[8],^[9],^[10]

Основные виды материи[править | править код]

На данный момент существуют 3 формы материи:
Вещество
- Адронное вещество — основную массу этого типа вещества составляют элементарные частицы адроны
  - Барионное вещество (барионная материя) — основной (по массе) компонент — барионы
    - Вещество в классическом понимании. Состоит из атомов, содержащих протоны, нейтроны и электроны. Эта форма материи доминирует в Солнечной системе и в ближайших звёздных системах
    - Антивещество — состоит из антиатомов, содержащих антипротоны, антинейтроны и позитроны
    - Нейтронное вещество — состоит преимущественно из нейтронов и лишено атомного строения. Основной компонент нейтронных звёзд, существенно более плотный, чем обычное вещество, но менее плотный, чем кварк-глюонная плазма
- Другие виды веществ, имеющих атомоподобное строение (например, вещество, образованное мезоатомами с мюонами)
- Кварк-глюонная плазма — сверхплотная форма вещества, существовавшая на ранней стадии эволюции Вселенной до объединения кварков в классические элементарные частицы (до конфайнмента)
- Гипотетические докварковые сверхплотные материальные образования, составляющие которых — струны и другие объекты, c которыми оперируют теории великого объединения (см. теория струн, теория суперструн). Основные формы материи, предположительно существовавшие на ранней стадии эволюции Вселенной. Струноподобные объекты в современной физической теории претендуют на роль наиболее фундаментальных материальных образований, к которым можно свести все элементарные частицы, то есть в конечном счёте, все известные формы материи. Данный уровень анализа материи, возможно, позволит объяснить с единых позиций свойства различных элементарных частиц. Принадлежность к «веществу» здесь следует понимать условно, поскольку различие между вещественной и полевой формами материи на данном уровне стирается

Поле, в отличие от вещества, не имеет внутренних пустот, обладает абсолютной плотностью.

Поле (в классическом смысле)
- Электромагнитное поле
- Гравитационное поле

Квантовые поля различной природы. Согласно современным представлениям квантовое поле является универсальной формой материи, к которой могут быть сведены как вещества, так и классические поля

Материальные объекты неясной физической природы

Тёмная материя
Тёмная энергия

Эти объекты были введены в научный обиход для объяснения ряда астрофизических и космологических явлений.

Вещество[править | править код]

Основная статья: Вещество

Краткий обзор различных семейств элементарных частиц и составных частиц, и теории, описывающие их взаимодействия. Фермионы — слева, бозоны — справа. (пункты на картинке кликабельны)

Классическое вещество может находиться в одном из нескольких агрегатных состояний: газообразном, жидком, твёрдом кристаллическом, твердом аморфном или в виде жидкого кристалла. Кроме того, выделяют высокоионизованное состояние вещества (чаще газообразного, но, в широком смысле, любого агрегатного состояния), называемое плазмой. Известны также состояния вещества, называемые конденсат Бозе — Эйнштейна и кварк-глюонная плазма.

Определение массы[править | править код]

Основная статья: Масса

Возможные 4-импульса тел с нулевой и положительной массой покоя. Векторы 4-импульса, построенные от точки пересечения осей до любой точки на зелёной гиперболе, имеют одну и ту же (положительную) длину, то есть массу частицы, несущей этот четырёхимпульс, и различаются энергией и 4-скоростью частицы. Ускорение частицы сводится к движению конца 4-импульса по гиперболе. Векторы четырёхимпульса, построенные от точки пересечения осей до любой точки на синих полупрямых, имеют нулевую длину и могут относиться только к частицам нулевой массы (например, фотонам). Энергия этих частиц (с точностью до коэффициента c) равна модулю их 3-импульса.

В современной физике понятие «количество вещества» имеет другой смысл, а масса тесно связана с понятиями «энергия» и «импульс» (по современным представлениям — масса эквивалентна энергии покоя). Масса проявляется в природе несколькими способами.

В нерелятивистской классической механике — масса есть величина аддитивная (масса системы равна сумме масс составляющих её тел) и инвариантная относительно смены системы отсчёта. В специальной теории относительности масса неаддитивная, но тоже инвариантная величина, определяемая, как абсолютная величина 4-вектора энергии-импульса^[11]: $m^2 = \frac{E^2}{c^4} - \frac{\mathbf{p}^2}{c^2},$ где E — полная энергия свободного тела, p — его импульс, c — скорость света.

В случае произвольной метрики пространства-времени (как в общей теории относительности) это определение требует некоторого обобщения: $m^2 = {1 \over c^2} g_{ik}p^i p^k.$

Здесь $g_{ik}$ — метрический тензор, $p^i$ — 4-импульс.

Определённая выше масса является релятивистским инвариантом, то есть она одна и та же во всех системах отсчёта. Если перейти в систему отсчёта, где тело покоится, то $m = \tfrac{E_0}{c^2}$ — масса определяется энергией покоя.

Особенно просто выглядят эти определения в системе единиц, в которой скорость света принята за 1 (например, в планковской или же в принятой в физике элементарных частиц системе единиц, в которой масса, импульс и энергия измеряются в электронвольтах):

В СТО:

m = \sqrt{p_i^2} = \sqrt{E^2 - \mathbf{p}^2}

.

В ОТО:

m = \sqrt{g_{ik}p^i p^k}

.

Следует, однако, отметить, что частицы с нулевой массой (фотон и гипотетический гравитон) двигаются в вакууме со скоростью света (c ≈ 300 000 км/с), и поэтому не существует системы отсчёта, в которой бы они покоились. Напротив, частицы с ненулевой массой всегда движутся медленнее скорости света.

Элементарные частицы и поля[править | править код]

Основная статья: Физика элементарных частиц

Физика элементарных частиц — это область физики , которая изучает природу элементарных частиц, составляющих то, что обычно называют материей и излучением. В нынешнем понимании частицы — возбуждение квантовых полей и их динамические взаимодействия. Хотя слово частица en:Particle может использоваться в отношении многих объектов (например, протон, газ-частица, или даже бытовая пыль), термин физика элементарных частиц обычно относится к изучению мельчайших частиц и фундаментальных полей, которые должны быть определены для того, чтобы объяснить наблюдаемые частицы. Они не могут быть определены путем комбинации других фундаментальных полей, т.е. методом выбора частиц комбинированием разных наборами полей. Текущий набор фундаментальных полей и их динамика приведены в теории, называемой стандартной моделью, поэтому физика элементарных частиц в значительной степени — это изучение стандартной модели частиц контента и его возможные расширения при нахождении недавнего бозона Хиггса.^[12]^[13]

Материя в общей теории относительности[править | править код]

Согласно укоренившейся терминологии материальными полями в общей теории относительности называют все поля, кроме гравитационного.

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

↑ R. Penrose (1991). "The mass of the classical vacuum". In S. Saunders, H.R. Brown. The Philosophy of Vacuum. Oxford University Press. p. 21. ISBN 0-19-824449-5.
↑ Matter (physics)". McGraw-Hill's Access Science: Encyclopedia of Science and Technology Online. Retrieved 2009-05-24.
↑ P. Davies (1992). The New Physics: A Synthesis. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0-521-43831-4.
↑ G. 't Hooft (1997). In search of the ultimate building blocks. Cambridge University Press. p. 6. ISBN 0-521-57883-3.
↑ "RHIC Scientists Serve Up "Perfect" Liquid" (Press release). Brookhaven National Laboratory. 18 April 2005. Retrieved 2009-09-15.
↑ J. Olmsted, G.M. Williams (1996). Chemistry: The Molecular Science (2nd ed.). Jones & Bartlett. p. 40. ISBN 0-8151-8450-6.
↑ J. Mongillo (2007). Nanotechnology 101. Greenwood Publishing. p. 30. ISBN 0-313-33880-9.
↑ P.C.W. Davies (1979). The Forces of Nature. Cambridge University Press. p. 116. ISBN 0-521-22523-X.
↑ . Weinberg (1998). The Quantum Theory of Fields. Cambridge University Press. p. 2. ISBN 0-521-55002-5.
↑ M. Masujima (2008). Path Integral Quantization and Stochastic Quantization. Springer. p. 103. ISBN 3-540-87850-5.
↑ Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — 512 с. — «Теоретическая физика», том II. — ISBN 5-02-014420-7^{о книге}, § 9. Энергия и импульс.
↑ http://home.web.cern.ch/topics/higgs-boson
↑ http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/advanced-physicsprize2013.pdf

Это незавершённая статья по физике.
Вы можете помочь «Традиции», исправив и дополнив эту статью.

Виды энергии:
	Механическая
	Электрическая
	Электромагнитная
	Химическая
	Ядерная
‹♦›	Тепловая
Гипотетические:
	Тёмная
$\emptyset$	Вакуума

[1] R. Penrose (1991). "The mass of the classical vacuum". In S. Saunders, H.R. Brown. The Philosophy of Vacuum. Oxford University Press. p. 21. ISBN 0-19-824449-5.

[2] Matter (physics)". McGraw-Hill's Access Science: Encyclopedia of Science and Technology Online. Retrieved 2009-05-24.

[3] P. Davies (1992). The New Physics: A Synthesis. Cambridge University Press. p. 1. ISBN 0-521-43831-4.

[4] G. 't Hooft (1997). In search of the ultimate building blocks. Cambridge University Press. p. 6. ISBN 0-521-57883-3.

[5] "RHIC Scientists Serve Up "Perfect" Liquid" (Press release). Brookhaven National Laboratory. 18 April 2005. Retrieved 2009-09-15.

[6] J. Olmsted, G.M. Williams (1996). Chemistry: The Molecular Science (2nd ed.). Jones & Bartlett. p. 40. ISBN 0-8151-8450-6.

[7] J. Mongillo (2007). Nanotechnology 101. Greenwood Publishing. p. 30. ISBN 0-313-33880-9.

[8] P.C.W. Davies (1979). The Forces of Nature. Cambridge University Press. p. 116. ISBN 0-521-22523-X.

[9] . Weinberg (1998). The Quantum Theory of Fields. Cambridge University Press. p. 2. ISBN 0-521-55002-5.

[10] M. Masujima (2008). Path Integral Quantization and Stochastic Quantization. Springer. p. 103. ISBN 3-540-87850-5.

[11] Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Теория поля. — Издание 7-е, исправленное. — М.: Наука, 1988. — 512 с. — «Теоретическая физика», том II. — ISBN 5-02-014420-7^{о книге}, § 9. Энергия и импульс.

[12] ttp://home.web.cern.ch/topics/higgs-boson

[13] ttp://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/advanced-physicsprize2013.pdf

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

Шаблон: п·о·и Термодинамические состояния вещества
Твёрдое тело	Аморфное • Кристаллическое • Аэрогель (температура плавления • сублимация)
Жидкость	Жидкость • Ртуть • Электролит • Расплавы (критическая точка • температура кипения)
Газы	Газ • Пар
Плазма	Кварк-глюонная плазма
См. также
Сверхкритическая жидкость • Вырожденное вещество • Статистика Ферми — Дирака • Конденсат Бозе — Эйнштейна • Странная материя • Уравнение состояния • Кривая охлаждения • Квантовая жидкость • Термодинамическая фаза • Фазовый переход • Теория катастроф • Твёрдый гелий • λ-точка • Дисперсные системы (раствор • коллоид • грубодисперсная система • свободнодисперсная коллоидная система (дым • золи)) • Термодинамические фазы квантовой жидкости (сверхтекучесть • сверхтекучее твёрдое тело)