Materija

Materija

Materija se obično klasifikuje u tri klasična stanja, pri čemu se plazma ponekad dodaje kao četvrto stanje. Odozgo nadole: kvarc (čvrsto agregatno stanje), voda (tečnost), azot-dioksid (gas), i plazmeni globus (plazma).

Materija ili tvar se obično shvata kao supstancija ili "građa" od koje je načinjena priroda, odnosno sve što se može čulima opažati i poseduje fizičke osobine. Materija u strukturnom pogledu javlja se u dva osnovna oblika: kao određena masa, tj. skup čestica, i kao elektromagnetska energija, tj. valovi.

U klasičnoj fizici i hemiji, materija je svaka supstanca koja ima masu i zauzima prostor, jer ima zapreminu. U nauci danas nema široko prihvaćene definicije materije. Materija bi se mogla definisati kao istovremena manifestacija mase i energije u vremenu i prostoru. Kao filozofska i fizička kategorija, materija je neodvojivo povezana sa drugim kategorijama, a to su prostor, vreme i kretanje. Materija uvek postoji u prostoru (prostire se) i vremenu, a, takođe, ne može postojati bez kretanja tj. nalazi se u stanju neprekidnog kretanja i promene. Jedan od najstarijih zakona fizike, formulisan još u antičkoj Grčkoj, Zakon održanja materije glasi: Materija se ne može uništiti, niti ni iz čega stvoriti, ona može samo da se menja i da prelazi iz jednog u drugi oblik.

Tokom istorije, filozofi su razmatrali prirodu tvari. Ideju da je tvar izgrađena od nedeljivih čestica, prvi put su izneli grčki filozofi Leukip (~490 pne) i Demokrit (~470–380 pne). U 19. veku su postavljeni savremeni temelji fizike u smislu definisanja osnovnih elemenata prirode. Tada je primećeno da osim fizičkih tela postoji nešto što može imati fizičke osobine, a nema masu i oblik. To je bila energija i dugo je smatrana osnovnim i nezavisnim sastavnim delom prirode. Od pojave teorije relativnosti uvodi se dvojnost materija-energija. Postoji izuzetno čvrsta veza između materije i energije, jer su materija (masa) i energija, prema Ajnštajnovoj čuvenoj jednačini, ekvivalentne i mogu prelaziti jedna u drugu. Materija i energija su dva pojavna vida iste stvarnosti. Materija postoji u različitim stanjima (ili fazama).To su uobičajena stanja kao čvrsto, tečno i gasno – na primer voda postoji kao led, tečnost i para – ali i druga moguća stanja, uključujući plazmu, Boze-Ajnštajnov kondenzat, fermionski kondenzat, i kvark-gluonsku plazmu.

Obično se atomi zamišljaju kao jezgro od protona i neutrona, i okružujući „oblak” orbitirajućih elektrona koji „zauzima prostor”. Međutim, ovo je samo donekle tačno, jer osobine subatomskih čestica određuje njihova kvantna priroda, što znači da ne deluju kao svakodnevni predmeti – mogu se ponašati i kao talasi i čestice i nemaju jasno definisane veličine ni pozicije. Po standardnom modelu čestica, materija nije fundamentalan koncept, jer su gradivni elementi atoma kvanti koji nemaju „veličinu” ili „zapreminu” u uobičajenom smislu. Usled principa isključenja i drugih osnovnih sila, „čestične tačke” poznate kao fermioni (kvarkovi, leptoni) i mnoge smeše i atomi, su prisiljeni držati rastojanje od drugih čestica u uobičajenim uslovima, što stvara svojstvo tvari koje izgleda kao prostiranje.

Razlika materije i mase

Materiju ne treba mešati sa masom, jer ta dva termina nisu ista u modernoj fizici. Materija je opšti termin koji opisuje bilo koju fizičku supstancu. U kontrastu s tim, masa nije supstanca već kvantitativno svojstvo materije i drugih supstanci ili sistema; razni tipovi mase su definisani u okviru fizike – uključujući ali ne ograničeno na masu mirovanja, inercionu masu, relativističku masu, masu–energiju.

Dok postoje različita gledišta na to šta treba smatrati materijom, masa supstance ima precizne naučne definicije. Druga razlika je u tome što materija ima svoju „suprotnost” koja se naziva antimaterija, dok masa nema takvu suprotnost - ne postoji „antimasa” ili negativna masa, koliko je do sad poznato, iako naučnici raspravljaju o tom konceptu. Antimaterija ima isto (i.e. pozitivno) svostvo mase, kao i njen normalni pandan.

Različita polja nauke koriste termin materije na različite, i ponekad nekompatibilne načine. Neki od tih načina su bazirani na nepreciznim istorijskim značenjima, iz vremena kad nije bilo razloga da se masa razlikuje od jednostavnog kvantiteta materije. Stoga ne postoji jedinstveno univerzalno dogovoreno naučno značenje reči „materija”. Naučno, termin „masa” je dobro definisan, dok se „materija” može definisati na nekoliko načina. Ponekad u polju fizike „materija” se jednostavno poistovećuje sa česticama koje manifestuju masu mirovanja (i.e., koje ne mogu da putuju brzinom svetlosti), kao što su kvarkovi i leptoni. Međutim, u fizici i hemiji, materija ispoljava talasna i partikularna svojstva, što je takozvani princip dualnosti talasa i čestica.

Definicije materije

Definicija „materije” bazirana na njenim fizičkim i hemijskim svojstsvima je: materija je napravljena od atoma. Takva atomska materija se isto tako ponekad naziva običnom materijom. Na primer, molekuli dezoksiribonukleinske kiseline (DNK) su materija po toj definiciji pošto se oni sastoje od atoma. Ova definicija se može proširiti tako da obuhvata naelektrisne atome i molekule, tako da su njome pokrivene plazme (gasovi jona) i elektorliti (jonski rastvori), koji nisu očigledno uvršteni u atomsku definiciju. Alternativno, može se usvojiti definicija protona, neutrona, i elektrona.

Definicija „materije” finije skale od atoma i molekula je: materija se sačinjena od onog od čega su atomi i molekuli sačinjeni, čime se obuhvata sve napravljeno od pozitivno naelektirsanih protona, neutralnih neutrona, i negativno naelektrisanih elektrona. Ova definicija ide izvan atoma i molekula, tako da su njome obuhvaćene supstance napravljene od tih gradivnih blokova i kad oni nisu jednostavno unutar atoma ili molekula, na primer elektronski zraci u starim televizorima sa katodnim cevima, ili materija belih patuljaka, tipično jezgra ugljenika i kiseonika u moru degenerisanih elektrona. Na mikroskopskom nivou, konstituentne „čestice” materije kao što su protoni, neutroni, i elektroni podležu zakonima kvantne mehanike i ispoljavaju talasno–korpuskularnu dualnost. Na još dubljem nivou, protoni i neutroni se sastoje od kvarkova i polja sila (gluona) koja iz drže zajedno.

Materija u nauci

U fizici supstancija je sve što se sastoji od elementarnih fermiona. Materija se prevashodno sastoji od protona, neutrona i elektrona. Bozoni (među koje spada i foton) koji posreduju u delovanju četiri elementarne sile smatraju se materijom i imaju energiju i masu (mirovanja). Dakle, supstancija se sastoji od kvarkova i leptona.

Uopšteno, materija može postojati u nekoliko agregatnih stanja. Najčešće pominjana stanja su: čvrsto agregatno stanje, tečno stanje, gasovito stanje i često se pominje plazma kao četvrto agregatno stanje. Mada fizika poznaje i stanja: superfluidno stanje, Boze-Ajnštajnov kondenzat, i fermionski kondenzat. Homogena supstanca poseduje određen sastav i osobine, i bilo koja količina homogene materije ima isti takav sastav i iste osobine. Supstanca može biti mešavina, kao što je bronza ili elementarna materija kao što je gvožđe. Heterogena supstanca, kao što je granit nema određen sastav.

Hemijske supstance su sastavljene od molekula i atoma, a one od elementarnih čestica, kao što su leptoni i kvarkovi.

Materija u filozofiji

Bonaventura smatra da su sva stvorena bića sastavljena od materije i forme (hilomorfizam). On pod materijom podrazumeva potencijal u najširem smislu, a ne ono što je suprotstavljeno duhu. Po njemu, "materija posmatrana po sebi nije ni duhovna ni telesna". Međutim, Bonaventura tvrdi da tvar nikada aktuelno ne postoji odvojeno od forme. Materija, uzeta po sebi jeste prosta mogućnost ili moć. Jedino u biću koje je čista delatnost, bez imalo potencijalnosti, uopšte nema materije.

Irski filozof Džordž Berkli podseća da nam čula daju znanje jedino o našim opažajima, ali nas ne obaveštavaju o postojanju neopaženih stvari izvan svesti. Po njemu, ne postoji nikakav razlog da verujemo u postojanje fizičkih tela izvan svesti. Jer, ne postoji nužna veza između pretpostavke vanjskih tela i naših ideja. Ono što se dešava u snovima, bunilu i slično, neosporno potvrđuje da je moguće da budemo aficirani idejama bez ikakvih vanjskih tela. No, čulne ideje su jače, življe i razgovetnije od ideja mašte. One, takođe, poseduju postojanost, red i povezanost i nisu izazvane nasumce, već u pravilnim nizovima ili serijama, "čiji izvanredan spoj dovoljno svedoči o mudrosti i blagonaklonosti njihovog tvorca". Prema Berkliju, ideje koje Tvorac utiskuje u čula nazivaju se realnim stvarima, a ideje izazvane u mašti se nazivaju idejama ili slikama stvari. Tako, sve što vidimo, osećamo, čujemo ili na ma koji način razumemo, jeste sigurno i stvarno. Dakle, realno postoje opažene stvari, ali ne postoji materija.

Savremeni slovenački filozof Slavoj Žižek objašnjava tvar na osnovu Ajnšajnove teorije relativiteta:

Dok specijalna teorija relativnosti već uvodi pojam zakrivljenog prostora, ona poima tu zakrivljenost kao učinak tvari: prisutnost tvari zakrivljuje prostor, odnosno, samo prazan prostor ne bi bio zakrivljen. Prijelazom na opću teoriju, uzročnost je obrnuta: daleko od toga da uzrokuje zakrivljenost prostora, tvar je njen učinak, i prisutnost tvari znači da je prostor tu zakrivljen.

– Slavoj Žižek

Literatura

• Podesta, M. de (2002). Understanding the Properties of Matter (2nd izd.). CRC Press. str. 8. ISBN 978-0-415-25788-6. 
• Barker, G. F. (1870). „Divisions of matter”. A text-book of elementary chemistry: theoretical and inorganic. John F Morton & Co.. str. 2. ISBN 978-1-4460-2206-1. 
• Masujima, M. (2008). Path Integral Quantization and Stochastic Quantization. Springer. str. 103. ISBN 978-3-540-87850-6. 
• Weinberg, S. (1998). The Quantum Theory of Fields. Cambridge University Press. str. 2. ISBN 978-0-521-55002-4. 
• P.C.W. Davies (1979). The Forces of Nature. Cambridge University Press. str. 116. ISBN 978-0-521-22523-6. 
• Mongillo, J. (2007). Nanotechnology 101. Greenwood Publishing. str. 30. ISBN 978-0-313-33880-9. 
• Olmsted, J.; Williams, G.M. (1996). Chemistry: The Molecular Science (2nd izd.). Jones & Bartlett. str. 40. ISBN 978-0-8151-8450-8. 
• G. 't Hooft (1997). In search of the ultimate building blocks. Cambridge University Press. str. 6. ISBN 978-0-521-57883-7. 
• Davies, P. (1992). The New Physics: A Synthesis. Cambridge University Press. str. 1. ISBN 978-0-521-43831-5. 
• Penrose, R. (1991). „The mass of the classical vacuum”. u: S. Saunders. The Philosophy of Vacuum. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-824449-3. 
• Hoddeson, Lillian; Riordan, Michael, ur. (1997). The Rise of the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-57816-5. 
• Smith, Timothy Paul (2004). „The search for quarks in ordinary matter”. Hidden Worlds. Princeton University Press. str. 1. ISBN 978-0-691-05773-6. 
• Fritzsch, Harald (2005). Elementary Particles: Building blocks of matter. World Scientific. str. 1. ISBN 978-981-256-141-1. 
• Russell, Bertrand (1992). „The philosophy of matter”. A Critical Exposition of the Philosophy of Leibniz (Reprint of 1937 2nd izd.). Routledge. str. 88. ISBN 978-0-415-08296-9. 
• Mongillo, J. (2007). Nanotechnology 101. Greenwood Publishing. ISBN 978-0-313-33880-9. 
• J. Olmsted, G.M. Williams (1996). Chemistry: The Molecular Science (2nd izd.). Jones & Bartlett. ISBN 978-0-8151-8450-8. 
• Stephen Toulmin and June Goodfield, The Architecture of Matter (Chicago: University of Chicago Press, 1962).
• Richard J. Connell, Matter and Becoming (Chicago: The Priory Press, 1966).
• Ernan McMullin, The Concept of Matter in Greek and Medieval Philosophy (Notre Dame, IN: Univ. of Notre Dame Press, 1965).
• Ernan McMullin, The Concept of Matter in Modern Philosophy (Notre Dame, IN: University of Notre Dame Press, 1978).

Povezano

• Antimaterija
• Materijalizam
• Fizika čestica
• Agregatna stanja

Spoljašnje veze

Materija na Wikimedijinoj ostavi

• Visionlearning Module on Matter Arhivirano 2013-06-02 na Wayback Machine-u
• Matter in the universe How much Matter is in the Universe?
• NASA on superfluid core of neutron star
• Matter and Energy: A False Dichotomy – Conversations About Science with Theoretical Physicist Matt Strassler