Что такое материя определение физика. Виды материи: вещество, физическое поле, физический вакуум. Понятие материи. Основные виды материи

У термина «материя» нет универсального определения, которое бы признавали все учёные. Обычно так обобщённо называют всё, чем заполнен окружающий нас реальный мир – на Земле, в космосе, в нас самих и в обществе.


Материя существует объективно, то есть, независимо от нас и нашего сознания, но органы чувств и разум позволяют людям воспринимать и познавать материю.

Есть ли вообще в мире что-то, кроме материи?

Конечно, есть! Помимо материальных, в мире великое множество других объектов – психических и духовных. Это наши мысли, эмоции, память, сны, желания и другое.

Правда, мудрецы и учёные вот уж не одно тысячелетие спорят, может ли всё это возникать и существовать без материи.

Какое главное свойство материи?

Это постоянные изменения. Материальные объекты всё время перемещаются в пространстве и меняются со временем.

Даже если человек спит, в его в теле двигаются органы, жидкости, одни вещества превращаются в другие. Постоянные изменения происходят в любых сообществах – от маленьких семей до целых народов. В неживых предметах движутся и атомы.

Небесные тела изменяют своё местоположение, химический состав и могут вообще исчезнуть, превратиться в нечто другое. Меняют очертания огромные горы, внутри них перемещаются вещества.


Символ стабильности – земная твердь – и та беспокойно ворочается на океане жидкой магмы, который её поддерживает. Европа отплывает от Северной Америки со скоростью 2 сантиметра в год. Да и сама наша планета, как известно, вращается, меняется на поверхности и изнутри.

Откуда взялась материя?

Большинство учёных придерживаются теории Большого взрыва. Согласно этой модели 13–14 миллиардов лет назад вся Вселенная была сосредоточена в крошечном объёме и имела непредставимо огромную плотность и высокую температуру. Эта точка взорвалась – стала резко расширяться (неизвестно, почему).

Образовались элементарные частицы, из них атомы, из атомов – звёзды, планеты и вообще всё то, что образует Вселенную. Существовала ли материя до Большого взрыва – неведомо.

Есть ли в мире свободные от материи места?

Какие-то части пространства кажутся нам «пустыми», но на самом деле они всегда заняты той или иной формой материи. Есть два её вида – вещество и поле. Вещество состоит из частиц и может быть в твёрдом, жидком, газообразном или плазменном состоянии.


Между скоплениями вещества есть пустоты, но они всегда всплошную заполнены полями – электромагнитным или гравитационным.

Что такое антиматерия?

Так называют вещество из античастиц – они имеют такую же массу, как обычные, но заряды и прочие характеристики у них прямо противоположны обычным. Практически у каждой «нормальной» элементарной частицы открыт такой «двойник». Но вещество, состоящее из «двойников», пока не удалось найти ни на Земле, ни в космосе. Возможно, вся состоит из обычной материи.

Антиматерию физикам удаётся получить искусственно – в микроскопических количествах и ненадолго (она распадалается). Кстати, это самое дорогое вещество на земле: 1 грамм антиводорода стоил бы свыше 60 000 000 000 000 (60 триллионов) долларов.

Сейчас немало пишут о тёмной материи? Что известно о ней?

Почти ничего. Более того: нет никакой уверенности, что она существует. Просто у астрономов появились нестыковки в расчётах. Так, в 1930-х годах измерили скорость движения одного скопления галактик, и она оказалась гораздо больше, чем ожидалось из оценки её массы.


Последующие данные тоже показывали, что с расчётами массы Вселенной что-то не так. Пришлось предположить, что существует «нечто», составляющее бóльшую часть массы Вселенной. Это «нечто» не видно глазом, прозрачно для электромагнитных волн и вообще никакими способами не обнаруживается. Невидимку назвали тёмной материей, её проявления усиленно ищут, но пока безрезультатно.

В рамках современных научных представлений материя(лат. materia) есть основа всего множества существующих в мире объектов и систем, всех их свойств, связей и форм. Через нее проявляется родство всего сущего. В философии это одна из основополагающих категорий, которая используется для обозначения «объективной реальности, которая.... отображается нашими ощущениями, существует независимо от них» (В. Ленин).

Материя - это объективная реальность, данная нам в ощущениях и существующая независимо от них.

Важнейшими свойствами материи, которые появились на определенном этапе ее эволюции и которые проявляются лишь у самой высокоорганизованной ее части - человека, являются разум и сознание. На протяжении всего культурно-исторического развития не утихают споры о том, что первично: материя или сознание. Наука считает первичной материю, как первопричину всего сущеcтвующего.

Материя пребывает в виде прерывных (вещества) и непрерывных (полей разной природы) объектов. Из вещества сложены все тела природы. Оно представляет совокупность дискретных (лат. discretus - разделенный, прерывистый) образований, сосредоточенных в определенной области пространства. Их элементарными структурными единицами являются атомы и молекулы, которые представляют системы взаимодействующих электронов, протонов, нейтронов и других элементарных частиц.

Современной наукой достаточно хорошо изучены три агрегатных состояния (фазы) вещества - твердое, жидкое и газообразное. При определенных условиях (температура, давление, напряженность электрического поля) одно состояние может переходить в другое. В результате фазового перехода изменяются механические, тепловые, электрические, магнитные, оптические и другие свойства вещества. Это связано с изменением характера взаимодействия и движения атомов, молекул и других частиц, из которых состоит вещество. Особое состояние вещества представляет плазма - ионизованный газ, в котором концентрации положительных и отрицательных зарядов равны. В плазменном состоянии находится бо¢льшая часть вещества Вселенной (звезды, туманности, межзвездная среда).

Сами тела или их части являются источникомфундаментальных полей - непрерывных и безграничных объектов, которые пронизывают все пространство Вселенной и способны воздействовать на другие, идентичные им объекты (или передавать взаимодействие тел на расстоянии). Слово «поле» широко используется в разных отраслях знаний и понимается как совокупность точек реального или воображаемого пространства, объединенных в целое на основе какого-либо их общего свойства. Например, поле рациональных чисел в математике, семантические поля в языке, поля температур, деформаций и скоростей в физике. К фундаментальным физическим полям, проявляющимся в той или иной степени во всех явлениях и процессах природы, относят гравитационное, электромагнитное, сильное (ядерное) и слабое (распадное).

Наличие поля связывают со свойством материи, которое называют заряд. Каждый носитель материи в общем случае является обладателем (источником) нескольких типов зарядов. В качестве таковых выступают хорошо известные из школьного курса физики масса и электрический заряд. Масса является эквивалентом (лат. aequivalens - равноценный) гравитационного заряда. С одной стороны, она проявляется в способности тел создавать вокруг себя гравитационное полеи через него воздействовать на другие тела, притягивать их к себе, а с другой - проявляется в инерции, стремлении тел сохранять свое состояние. Электрический заряд создает вокруг себя электромагнитное поле и через него взаимодействует с другими электрическими зарядами, притягивая или отталкивая их в зависимости от знака последних. Каждый из видов заряда является источником соответствующего поля. Но при этом взаимодействуют между собой только однотипные заряды. Поля имеют волновую природу. Их носителями являются элементарные кванты энергии и соответствующие им элементарные частицы. Само взаимодействие материальных объектов представляет собой процесс обмена элементарными квантами.

Гравитационное поле является определяющим во всех явлениях мегамира. Его носителем является гравитон (который ввиду его малости и несовершенства измерительной аппаратуры пока не удалось обнаружить). Благодаря гравитации Вселенная, галактики, планетарные системы существуют как единое целое, планеты Солнечной системы удерживаются на своих орбитах, воздушная оболочка Земли сосредотачивается вблизи ее поверхности. Гравитационное сжатие звезд обеспечивает повышение их температуры до нескольких тысяч градусов и выше. При таких температурах в их недрах активно протекают термоядерные реакции, благодаря которым в околозвездное пространство поступают огромные потоки энергии.

Электромагнитное поле является определяющим в молекулярных и атомных системах, обеспечивая их целостность, химические и физические свойства. Это поле является основным переносчиком энергии и информации в мега- и макромире. Его носителем является фотон. Сильное поле удерживает нуклоны в ядрах атомов и обеспечивает целостность этих систем, а также протекание сильных внутриядерных процессов, которые могут сопровождаться выделением огромных энергий. Слабые поля проявляются на микроуровне при протекании таких процессов, как b- распад. Их носителями являются глюоны, которые в свободном виде пока не удалось обнаружить, однако есть косвенные доказательства их существования на промежуточных стадиях превращения тяжелых элементарных частиц.

Деление материи на вещество и поле чрезвычайно важно. Это помогает при изучении одной из форм абстрагироваться от другой и более детально изучить их свойства по отдельности. Но это деление весьма условно, особенно если это касается мира элементарных частиц, где наиболее ярко проявляется их взаимопревращаемость , а разделение вещества и поля вообще теряет смысл. Кроме того, во всем пространстве существования материи на долю поля приходится гораздо больший объем, чем на собственно вещество. Сегодня ученые выдвигают гипотезу о существовании физического (или динамического) вакуума - как некой праматерии, в которой вещество и поле составляют единство, из которого рождаются как частицы, так и поля.

Объектами изучения физической науки являются материя, ее свойства и структурные формы, из которых складывается окружающий нас мир. Согласно представлениям современной физики существует два вида материи: вещество и поле . Вещество - вид материи, состоящей из фундаментальных частиц, обладающих массой. Мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами, – молекула – состоит из атомов. Например, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. А из чего состоят атомы? Всякий атом состоит из положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него отрицательно заряженных электронов (рис. 21.1).

Размер электрона до

В свою очередь, ядра состоят из протонов и нейтронов.

Можно задать следующий вопрос. А из чего состоят протоны и нейтроны? Ответ известен - из кварков. А электрон? Современные средства изучения структуры частиц не позволяют ответить на этот вопрос.

Поле как физическая реальность (т. е. вид материи) было впервые введено М. Фарадеем. Он предположил, что взаимодействие между физическими телами осуществляется через особый вид материи, который получил название поля.

Всякое физическое поле обеспечивает определенный вид взаимодействия между частицами вещества. В природе обнаружено четыре основных вида взаимодействия: электромагнитное, гравитационное, сильное и слабое.

Электромагнитное взаимодействие наблюдается между заряженными частицами. При этом возможно притяжение и отталкивание.

Гравитационное взаимодействие, основным проявлением которого является закон всемирного тяготения, выражается в притяжении тел.

Сильное взаимодействие - это взаимодействие между адронами. Радиус его действия порядка м, т. е. порядка размеров ядра атома.

Наконец, последнее взаимодействие - это слабое взаимодействие, посредством которого реагирует с веществом такая неуловимая частица, как нейтрино. В полете сквозь космическое пространство, столкнувшись с Землей, она прошивает ее насквозь. Примером процесса, в котором проявляется слабое взаимодействие, является бета-распад нейтрона.

Все поля имеют массу, равную нулю. Особенностью поля является проницаемость для других полей и вещества. Поле подчиняется принципу суперпозиции. Поля одного и того же вида при наложении могут усиливать или ослаблять друг друга, что невозможно для вещества.

Классические частицы (материальные точки) и непрерывные физические поля - вот те элементы, из которых составлялась физическая картина мира в классической теории. Однако такая двойственная картина строения материи оказалась недолговечной: вещество и поле объединяются в единое понятие квантового поля. Всякая частица теперь - это квант поля, особое состояние поля. В квантовой теории поля нет принципиального различия между вакуумом и частицей, различие между ними - это различие между двумя состояниями одной и той же физической реальности. Квантовая теория поля наглядно показывает, почему невозможно пространство без материи: "пустота" – это всего лишь особое состояние материи, а пространство - это форма существования материи.

Таким образом, деление материи на поле и вещество как на два вида материи является условным и оправдано в рамках классической физики.

Материя - объективная реальность, данная нам В ОЩУЩЕНИЯХ….

Материя несотворима, неуничтожима, вечна и бесконечна.

Типы материальных систем, известные современной науке:

1) элементарные частицы

4) молекулы

5) макроскопические тела

6) геологические системы

Этим и другим материальным системам соответствуют структурные уровни организации материи (материя структурирована и систематизирована)

Атрибут - неотъемлемое свойство материи .

1) Структурность материи проявляется в су­ществовании бесконечно многообразных материальных образований, каждое из которых представляет собой специфические единичные вещь, процесс, ко­торые локализованы в пространстве и времени: Вселенная, галактика, звезда, планета, молекула, атом, элементарная частица и др. Вместе с тем они тесно взаимосвязаны между собой, так как одни материальные образования явля­ются составными частями других, то есть входят в их структуру в качестве эле­ментов.

2) Системность материи появляется во взаимосвязи вещей и процессов, в регулярном пересечении структурных уровней организации материального мира, в постоянном нарушении автономии, «параллелизма» микро- , макро- и мегамиров, живого и неживого. Основная проблема здесь заключается в не­решенности вопроса перехода от неживой природы к живой в едином эволю­ционном процессе.

Материя - это все то, что прямо или косвенно действует на органы чувств человека и другие объекты. Окружающий нас мир, все существующее вокруг нас представляет собой материю. Неотъемлемое свойство материи - движение.

Движение материи - любые изменения, происходящие с материальными объектами в результате их взаимодействия.

Материя не существует в бесформенном состоянии, из нее образуется сложная иерархическая система материальных объектов различных масштабов и сложностей.

Для естествоиспытателей представляет интерес не материя или движение вообще, а конкретные виды материи и движения.

В современном естествознании различают 3 вида материи:

1. Вещество - основной вид материи, обладающий массой. К вещественным объектам относятся элементарные частицы, атомы, молекулы, многочисленные образовавшиеся из них материальные объекты. В химии вещества подразделяются на простые (с атомами одного химического элемента) и сложные (химические соединения). свойства вещества зависят от внешних условий и интенсивности взаимодействия атомов и молекул. Это и обуславливает различные агрегатные состояния вещества (твердое, жидкое, газообразное + плазма при сравнительно высокой температуре) переход вещества из одного состояния в другое можно рассмотреть как один из видов движения материи.

2. Физическое поле - особый вид материи, который обеспечивает физическое взаимодействие материальных объектов и систем.

Физические поля:

· Электромагнитное и гравитационное

· Поле ядерных сил

· Волновые (квантовые) поля

Источник физических полей - элементарные частицы. Направление для электромагнитного поля - источник, заряженные частицы

Физические поля, которые создаются частицами переносят взаимодействие между этими частицами с конечной скоростью.

Квантовые теории - взаимодействие обусловлено обменом квантами поля между частицами.

3. Физический вакуум - низшее энергетическое состояние квантового поля. Этот термин введен в квантовой теории поля для объяснения некоторых микропроцессов.

Среднее число частиц (квантов поля) вакууме равно нулю, однако в нем могут рождаться виртуальные частицы, то есть частицы в промежуточном состоянии, существующие короткое время. Виртуальные частицы влияют на физические процессы.

Принято считать, что не только вещество, но и поле и вакуум имеют дискретную структуру. Согласно квантовой теории поле, пространство и время в очень малых масштабах образуют пространственно-временную среду с ячейками. Квантовые ячейки настолько малы (10 -35 -10 -33), что их можно не учитывать при описании свойств электромагнитных частиц, считая пространство и время непрерывными.

Вещество воспринимается как непрерывная сплошная среда. для анализа и описания свойств такого вещества в большинстве случаев учитывается только его непрерывность. Однако, то же вещество при объяснении тепловых явлений, химических связей, электромагнитных излучений рассматривается как дискретная среда, которая состоит из взаимодействующих между собой атомов и молекул.

Дискретность и непрерывность присущи физическому полю, но при решении многих физических задач принято считать гравитационное, электромагнитное и другие поля непрерывными. Однако в квантовой теории поля предполагается, что физические поля дискретны, следовательно, для одних и тех же видов материи характерна прерывность и непрерывность.

Для классического описания природных явлений достаточно учитывать непрерывные свойства материи, а для характеристики различных микропроцессов - дискретные.

Непрерывность и дискретность - неотъемлемые свойства материи.

Понятие «Материя » является общефилософской категорией, которую порой пытаются распространить на все подряд, особенно из-за расцвета материализма в XX веке. Такой подход к понятию материя, нередко наделенный мистическим смыслом, оказывает на физику, скорее, негативное влияние. Нередко можно встретиться с обсуждением таких вопросов, как материальность мыслей, материальность отбрасываемых объектами теней, материальность и времени, существование материи в виде чистой , рождение материи из энергии, материальный характер и других излучений и так далее.

Полевая физика в подобных мистико-философских вопросах очень категорична. В противовес бытующим представлениям, что материально все реально существующее, в под материей понимается очень узкий круг вещей. А именно, базовые , такие как протон и электрон, и состоящее из них вещество. Все остальное в полевой физике считается нематериальным, что позволяет избежать очень многих проблем и логических противоречий, свойственных современной физике.

Например, одной из реально существующих, но не материальных сущностей считается или если говорить традиционным языком - . Они не состоят из известных элементарных частиц, не подчиняется законам материальных объектов, и не обладает такими материальными характеристиками как или . Полевой среде или полям присущи свои характеристики, например, и , подчиняется своим законам и представляет собой отдельную область физики.

Другой предмет физического изучения, которые не следует путать с материей - это . Например, материальным может быть груз на пружине, а его колебания - это процесс, не имеющий никакого отношения к материи. Материальными характеристиками, например массой, может обладать сам груз, а колебательный процесс как таковой не имеет массы, но может характеризоваться такими величинами, как период или частота.

По аналогии в считается, что например , не является материальным. Свет - это колебательный процесс электромагнитного поля или , а не материя. Следовательно, неверно приписывать свету такие материальные свойства как , или применять к нему правило сложения , справедливое только для материальных тел.

Так скорость распространения возмущений в полевой среде (света) не зависит от скорости источника этих возмущений, также как скорость распространения кругов на воде не зависит от скорости полета камня, который привел к их образованию. Однако глубокая философская ошибка, связанная с попытками применить к свету законы , справедливые только для материальных тел и, в частности, закон сложения скоростей, привела на рубеже XIX - XX веков к огромной путанице в физике. Это потребовало вместо простой и прозрачной научной логики использовать искривление , искажение времени и множество иных формальных приемов в рамках запутанных и нередко противоречивых теорий.

Полевая физика не считает материальными также искусственные логические понятия, созданные человеком для описания физических явлений и . К ним относятся, например, понятия пространства и времени, которые согласно являются лишь абсолютным ориентиром, но не могут влиять на явления и процессы, как и сами не могут подвергаться влиянию. К таким же понятиям относится и , которая не более чем число, характеризующее движение материальных объектов. Однако это число не является материальной сущностью, оно не может нечего рождать или рождаться в процессе каких-то процессов. Полевая физика считает все подобные манипуляции с энергией, пространством и временем, присущие современной физике, мистикой и не рассматривает их серьезно.

Все сказанное выше можно подытожить следующим образом. В XX веке физика попала под пагубное влияние расцвета материализма, в результате чего материей или материальным спешили объявить все подряд. Однако это привело лишь к рассвету мистики в рамках современных физических теорий. Полевая физика утверждает, что для объективного рассмотрения тех или иных физических сущностей, которые объективно существуют, не следует обязательно отождествлять их с материей и автоматически распространять на них характеристики и законы, применимые к материальным телам. Материя в смысле частиц и физических тел является лишь одним из классов физических задач, материи присущи свои физические характеристики и законы, однако в нашем Мире есть и физические сущности иной природы.