Wat is de definitie van materie in de natuurkunde?

Materie heeft veel definities, maar de meest voorkomende is dat het elke substantie is die massa heeft en ruimte inneemt. Alle fysieke objecten zijn samengesteld uit materie, in de vorm van atomen, die op hun beurt zijn samengesteld uit protonen, neutronen en elektronen.

Het idee dat materie bestond uit bouwstenen of deeltjes ontstond bij de Griekse filosofen Democritus (470-380 v.Chr.) En Leucippus (490 v.Chr.).

Voorbeelden van materie (en wat niet van belang is)

Materie is opgebouwd uit atomen. Het meest basische atoom, de isotoop van waterstof bekend als protium, is een enkel proton. Hoewel subatomaire deeltjes door sommige wetenschappers niet altijd als materievormen worden beschouwd, zou je Protium als de uitzondering kunnen beschouwen. Sommige mensen beschouwen elektronen en neutronen ook als vormen van materie. Anders bestaat elke substantie opgebouwd uit atomen uit materie. Voorbeelden hiervan zijn:

• Atomen (waterstof, helium, californium, uranium)
• Moleculen (water, ozon, stikstofgas, sucrose)
• Ions (Ca²⁺, ZO₄^2-)
• Polymeren en Macromoleculen (cellulose, chitine, eiwitten, DNA)
• Mengsels (olie en water, zout en zand, lucht)
• Complexe vormen (een stoel, een planeet, een bal)

Terwijl protonen, neutronen en elektronen de bouwstenen van atomen zijn, zijn deze deeltjes zelf gebaseerd op fermionen. Quarks en leptonen worden doorgaans niet beschouwd als vormen van materie, hoewel ze wel aan bepaalde definities van de term voldoen. Op de meeste niveaus is het eenvoudig om te stellen dat materie uit atomen bestaat.

Antimaterie is nog steeds materie, hoewel de deeltjes gewone materie vernietigen wanneer ze met elkaar in contact komen. Antimaterie bestaat van nature op aarde, hoewel in extreem kleine hoeveelheden.

Dan zijn er dingen die ofwel geen massa hebben of tenminste geen rustmassa hebben. Dingen die er niet toe doen zijn:

• Licht
• Geluid
• Warmte
• gedachten
• Dromen
• emoties

Fotonen hebben geen massa, dus ze zijn een voorbeeld van iets in de natuurkunde niet bestaat uit materie. Ze worden ook niet beschouwd als 'objecten' in de traditionele zin, omdat ze niet in een stationaire staat kunnen bestaan.

Materiële fasen

Materie kan in verschillende fasen voorkomen: vast, vloeibaar, gas of plasma. De meeste stoffen kunnen tussen deze fasen overgaan op basis van de hoeveelheid warmte die het materiaal absorbeert (of verliest). Er zijn aanvullende toestanden of fasen van materie, waaronder Bose-Einstein-condensaten, fermionische condensaten en quark-gluon-plasma.

Materie versus massa

Merk op dat hoewel materie massa heeft en massieve objecten materie bevatten, de twee termen niet precies synoniem zijn, althans in de fysica. Materie wordt niet geconserveerd, terwijl massa wordt bewaard in gesloten systemen. Volgens de speciale relativiteitstheorie kan materie in een gesloten systeem verdwijnen. Massa daarentegen is misschien nooit gecreëerd of vernietigd, hoewel het in energie kan worden omgezet. De som van massa en energie blijft constant in een gesloten systeem.

In de natuurkunde is een manier om onderscheid te maken tussen massa en materie, materie te definiëren als een substantie die bestaat uit deeltjes die restmassa vertonen. Toch vertoont materie in fysica en chemie dualiteit van golfdeeltjes, dus heeft het eigenschappen van zowel golven als deeltjes.