Страница полузащищенная
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о концепции в физических науках. Для использования в других целях, см Материя (значения) .

Иметь значение
Кварц oisan.jpg
Падение крупным планом.jpg
NO2-N2O4.jpg
Плазменная лампа 2.jpg
Материя обычно подразделяется на три классических состояния , с добавлением плазмы в качестве четвертого состояния. Сверху вниз: кварц ( твердое тело ), вода ( жидкость ), диоксид азота ( газ ) и плазменный шар ( плазма ).

В классической физике и общей химии , независимо от того , является любое вещество , которое имеет массу и занимает пространство, имеющее объем . [1] : 21 Все повседневные предметы, к которым можно прикоснуться, в конечном итоге состоят из атомов , которые состоят из взаимодействующих субатомных частиц , и в повседневном, а также научном использовании «материя» обычно включает в себя атомы и все, что из них состоит, и любые частицы (или комбинация частиц ), которые действуют так, как если бы они имели как массу покоя, так и объем. Однако сюда не входят безмассовые частицы.такие как фотоны , или другие энергетические явления или волны, такие как свет . [1] : 21 [2] Материя существует в различных состояниях (также известных как фазы ). К ним относятся классические повседневные фазы, такие как твердое тело , жидкость и газ - например, вода существует в виде льда, жидкой воды и газообразного пара - но возможны и другие состояния, включая плазму , конденсаты Бозе-Эйнштейна , фермионные конденсаты и кварк-глюонную плазму. . [3]

Обычно атомы можно представить в виде ядра из протонов и нейтронов , и окружающий «облако» орбитальных электронов , которые «занимают пространство». [4] [5] Однако это верно лишь отчасти, потому что субатомные частицы и их свойства регулируются их квантовой природой , что означает, что они не действуют так, как кажутся повседневные объекты - они могут действовать как волны, а также как частицы, и они не имеют четко определенных размеров или позиций. В стандартной модели в физике элементарных частиц , материя не является фундаментальным понятием , так как элементарные составляющие атомов являютсяквантовые сущности, которым не присущ «размер» или « объем » в любом повседневном смысле этого слова. Из-за принципа исключения и других фундаментальных взаимодействий некоторые « точечные частицы », известные как фермионы ( кварки , лептоны ), а также многие композиты и атомы, фактически вынуждены держаться на расстоянии от других частиц в повседневных условиях; это создает свойство материи, которое кажется нам занимающим пространство.

На протяжении большей части истории естественных наук люди размышляли о точной природе материи. Идея о том, что материя построена из дискретных строительных блоков, так называемая теория частиц , независимо появилась в Древней Греции и Древней Индии среди буддистов , индуистов и джайнов в 1-м тысячелетии до нашей эры. [6] Древние философы, предложившие теорию частиц, включают Канаду (ок. 6-го века до нашей эры или позже), [7] Левкипп (~ 490 до н.э.) и Демокрит (~ 470–380 до н.э.). [8]

Сравнение с массой

Материю не следует путать с массой, поскольку в современной физике они не совпадают. [9] Материя - это общий термин, описывающий любую « физическую субстанцию» . Напротив, масса - это не субстанция, а количественное свойство материи и других субстанций или систем; в физике определены различные типы массы, включая, помимо прочего, массу покоя , инертную массу , релятивистскую массу , массу-энергию .

Хотя существуют разные взгляды на то, что следует считать материей, масса вещества имеет точные научные определения. Другое отличие состоит в том, что материя имеет «противоположность», называемую антиматерией , но масса не имеет противоположности - насколько известно, не существует такой вещи, как «антимасса» или отрицательная масса , хотя ученые обсуждают эту концепцию. Антивещество имеет такое же (т.е. положительное) свойство массы, что и его нормальный аналог материи.

В разных областях науки термин материя используется по-разному, а иногда и несовместимо. Некоторые из этих способов основаны на общих исторических смыслах, возникших в то время, когда не было причин отличать массу от простого количества материи. Таким образом, не существует единого общепринятого научного значения слова «материя». С научной точки зрения термин «масса» имеет четкое определение, но «материю» можно определить несколькими способами. Иногда в области физики «материю» просто отождествляют с частицами, которые обладают массой покоя (т. Е. Не могут двигаться со скоростью света), такими как кварки и лептоны. Однако как в физике, так и в химии материя проявляет как волновые, так и частицы- подобные свойства, так называемыедуальность волна – частица . [10] [11] [12]

Определение

На основе атомов

Определение «материи», основанное на ее физической и химической структуре: материя состоит из атомов . [13] Такую атомную материю также иногда называют обычной материей . Например, молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) относятся к этому определению, потому что они состоят из атомов. Это определение может быть расширено, чтобы включить заряженные атомы и молекулы, чтобы включить плазму (газы ионов) и электролиты (ионные растворы), которые, очевидно, не включены в определение атомов. В качестве альтернативы, можно принять протоны, нейтроны и электроны определение .

На основе протонов, нейтронов и электронов

Определение «материя» более мелкомасштабной , чем определение атомов и молекул: материя состоит из того , что атомы и молекулы сделаны , имея в виду что - то сделанное из положительно заряженных протонов , нейтральных нейтронов и отрицательно заряженных электронов . [14] Это определение выходит за рамки атомов и молекул, но включает вещества, состоящие из этих строительных блоков, которые не являются просто атомами или молекулами, например, электронные лучи в старом телевизоре с электронно-лучевой трубкой или белый карлик.материя - обычно ядра углерода и кислорода в море вырожденных электронов. На микроскопическом уровне составляющие «частицы» материи, такие как протоны, нейтроны и электроны, подчиняются законам квантовой механики и демонстрируют дуальность волна-частица. На еще более глубоком уровне протоны и нейтроны состоят из кварков и силовых полей ( глюонов ), связывающих их вместе, что приводит к следующему определению.

На основе кварков и лептонов

Согласно определению «кварки и лептоны», элементарные и составные частицы, состоящие из кварков (фиолетовый) и лептонов (зеленый), будут материей, тогда как калибровочные бозоны (красные) не будут материей. Однако энергия взаимодействия, присущая составным частицам (например, глюонам, участвующим в нейтронах и протонах), дает вклад в массу обычного вещества.

Как видно из приведенного выше обсуждения, многие ранние определения того, что можно назвать «обычной материей», основывались на ее структуре или «строительных блоках». В масштабе элементарных частиц определение, которое следует этой традиции, может быть сформулировано следующим образом: «обычная материя - это все, что состоит из кварков и лептонов », или «обычная материя - это все, что состоит из любых элементарных фермионов, кроме антикварков и антилептонов». . [15] [16] [17] Связь между этими формулировками следует.

Лептоны (самый известный из которых - электрон ) и кварки (из которых состоят барионы , такие как протоны и нейтроны ) объединяются в атомы , которые, в свою очередь, образуют молекулы . Поскольку атомы и молекулы считаются материей, естественно сформулировать определение следующим образом: «Обычная материя - это все, что состоит из тех же вещей, из которых сделаны атомы и молекулы». (Однако обратите внимание, что из этих строительных блоков также можно сделать то, что неатомов или молекул.) Затем, поскольку электроны являются лептонами, а протоны и нейтроны состоят из кварков, это определение, в свою очередь, приводит к определению материи как «кварков и лептонов», которые являются двумя из четырех типов элементарных фермионов. (два других - антикварки и антилептоны, которые можно рассматривать как антивещество, как описано ниже). Каритерс и Граннис утверждают: «Обычная материя полностью состоит из частиц первого поколения , а именно [верхних] и [нижних] кварков, а также электрона и его нейтрино». [16] (Частицы более высоких поколений быстро распадаются на частицы первого поколения и поэтому обычно не встречаются. [18] )

Это определение обычной материи более тонкое, чем кажется на первый взгляд. Все частицы, составляющие обычную материю (лептоны и кварки), являются элементарными фермионами, а все носители силы - элементарными бозонами. [19] Бозоны W и Z, которые опосредуют слабое взаимодействие , не состоят из кварков или лептонов и поэтому не являются обычной материей, даже если они имеют массу. [20] Другими словами, масса - это не только обычная материя.

Кварк-лептонное определение обычного вещества, однако, определяет не только элементарные строительные блоки материи, но также включает композиты, состоящие из составляющих (например, атомов и молекул). Такие композиты содержат энергию взаимодействия, которая удерживает вместе составляющие, и может составлять основную массу композита. Например, в значительной степени масса атома - это просто сумма масс составляющих его протонов, нейтронов и электронов. Однако, если копнуть глубже, протоны и нейтроны состоят из кварков, связанных вместе глюонными полями (см. Динамику квантовой хромодинамики ), и эти глюонные поля вносят значительный вклад в массу адронов. [21] Другими словами, большая часть того, что составляет «массу» обычного вещества, происходит из-заэнергия связи кварков внутри протонов и нейтронов. [22] Например, сумма масс трех кварков в нуклоне приблизительно равна12,5  МэВ / c 2 , что мало по сравнению с массой нуклона (примерно938  МэВ / c 2 ). [23] [24] Суть в том, что большая часть массы повседневных предметов приходится на энергию взаимодействия его элементарных компонентов.

Стандартная модель группирует частицы материи на три поколения, каждое из которых состоит из двух кварков и двух лептонов. Первое поколение - это верхние и нижние кварки, электрон и электронное нейтрино ; второй включает очаровательные и странные кварки, мюон и мюонное нейтрино ; третье поколение состоит из верхних и нижних кварков, а также тау- и тау-нейтрино . [25] Наиболее естественным объяснением этого было бы то, что кварки и лептоны высших поколений являютсявозбужденные состояния первых поколений. Если это окажется так, это будет означать, что кварки и лептоны являются составными частицами , а не элементарными частицами . [26]

Это кварк-лептонное определение материи также приводит к тому, что можно описать как «законы сохранения (чистой) материи», которые обсуждаются ниже. В качестве альтернативы можно вернуться к концепции материи масса-объем-пространство, что приведет к следующему определению, в котором антивещество включается в качестве подкласса материи.

На основе элементарных фермионов (масса, объем и пространство)

Обычное или традиционное определение материи - это «все, что имеет массу и объем (занимает пространство )». [27] [28] Например, можно сказать, что автомобиль сделан из материи, поскольку он имеет массу и объем (занимает пространство).

Наблюдение за тем, что материя занимает пространство, восходит к древности. Тем не менее, объяснение того , почему материя занимает пространство в последнее время , и утверждается, что результат описанного явления в Паулях принципа исключения , [29] [30] , который относится к фермионам . Два конкретных примера, в которых принцип исключения четко связывает материю с заселением космоса, - это белые карлики и нейтронные звезды, которые обсуждаются ниже.

Таким образом, материю можно определить как все, что состоит из элементарных фермионов. Хотя мы не встречаем их в повседневной жизни, антикварки (например, антипротон ) и антилептоны (например, позитрон ) являются античастицами кварка и лептона, также являются элементарными фермионами и имеют практически те же свойства, что и кварки. и лептоны, включая применимость принципа исключения Паули, который, можно сказать, предотвращает нахождение двух частиц в одном и том же месте в одно и то же время (в одном и том же состоянии), то есть заставляет каждую частицу «занимать место». Это конкретное определение приводит к тому, что материя определяется как включающая все, что сделано из антивещества.частицы, а также обычный кварк и лептон, и, следовательно, все, что состоит из мезонов , которые являются нестабильными частицами, состоящими из кварка и антикварка.

В общей теории относительности и космологии

В контексте теории относительности масса не является аддитивной величиной в том смысле, что нельзя сложить массы покоя частиц в системе, чтобы получить полную массу покоя системы. [1] : 21 Таким образом, в теории относительности обычно более общая точка зрения состоит в том, что количество материи определяется не суммой масс покоя , а тензор энергии-импульса . Этот тензор дает массу покоя для всей системы. Поэтому «материю» иногда рассматривают как что-либо, что способствует энергии-импульсу системы, то есть все, что не является чисто гравитацией. [31] [32] Эта точка зрения обычно используется в областях, связанных с общей теорией относительности, таких каккосмология . С этой точки зрения свет и другие безмассовые частицы и поля являются частью «материи».

Структура

В физике элементарных частиц фермионы - это частицы, которые подчиняются статистике Ферми – Дирака . Фермионы могут быть элементарными, как электрон, или составными, как протон и нейтрон. В Стандартной модели есть два типа элементарных фермионов: кварки и лептоны, которые обсуждаются далее.

Кварки

Основная статья: Кварк

Кварки являются массивными частицами из спин - 1 / 2 , что означает , что они являются фермионами . Они несут электрический заряд из - 1 / 3  х (вниз-типа кварков) или + 2 / 3  х (до-типа кварков). Для сравнения: у электрона заряд -1 э. Они также несут цветной заряд , который эквивалентен электрическому заряду сильного взаимодействия . Кварки также подвергаются радиоактивному распаду , что означает, что они подвержены слабому взаимодействию .

Свойства кварка [33]
имясимволвращениеэлектрический заряд
( е )		масса
( МэВ / c 2 )		масса сравнима сантичастица
символ античастицы
кварки восходящего типа
вверх
ты
1 / 2+ 2 / 3От 1,5 до 3,3~ 5 электроновAntiup
ты
очарование
c
1 / 2+ 2 / 31160–1340~ 1 протонантихарм
c
верх
т
1 / 2+ 2 / 3От 169 100 до 173 300~ 180 протонов или
~ 1 атом вольфрама		противник
т
кварки нижнего типа
вниз
d
1 / 2- 1 / 3От 3,5 до 6,0~ 10 электронованти-пух
d
странный
s
1 / 2- 1 / 3От 70 до 130~ 200 электроновпротивозаконный
s
Нижний
б
1 / 2- 1 / 3С 4130 по 4370~ 5 протоновпротиво дна
б
Кварковая структура протона: 2 верхних кварка и 1 нижний кварк.

Барионная материя

Основная статья: Барион

Барионы - это сильно взаимодействующие фермионы, поэтому на них распространяется статистика Ферми – Дирака. Среди барионов есть протоны и нейтроны, которые встречаются в атомных ядрах, но существует также много других нестабильных барионов. Термин барион обычно относится к трикваркам - частицам, состоящим из трех кварков. Кроме того, «экзотические» барионы, состоящие из четырех кварков и одного антикварка, известны как пентакварки , но их существование не является общепринятым.

Барионная материя - это часть Вселенной, состоящая из барионов (включая все атомы). Эта часть Вселенной не включает темную энергию , темную материю , черные дыры или различные формы вырожденной материи, такие как белые карлики и нейтронные звезды . СВЧ-свет, наблюдаемый с помощью зонда микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP), предполагает, что только около 4,6% той части Вселенной, которая находится в пределах досягаемости лучших телескопов (то есть материи, которая может быть видимой, потому что свет может достигать нас от нее), создается барионной материи. Около 26,8% составляет темная материя, и около 68,3% - темная энергия. [34]

Фактически, подавляющее большинство обычной материи во Вселенной невидимо, поскольку видимые звезды и газ внутри галактик и скоплений составляют менее 10 процентов вклада обычной материи в плотность массы-энергии Вселенной. [35]

Сравнение белого карлика IK Pegasi B (в центре), его компаньона класса A IK Pegasi A (слева) и Солнца (справа). Этот белый карлик имеет температуру поверхности 35 500 К.

Адронная материя

Адронная материя может относиться к «обычной» барионной материи, состоящей из адронов ( барионов и мезонов ), или кварковой материи (обобщение атомных ядер), то есть «низкотемпературной» материи КХД . [36] Он включает вырожденное вещество и результат столкновений тяжелых ядер высоких энергий. [37] В отличие от темной материи .

Вырожденная материя

Основная статья: Дегенеративная материя

В физике вырожденная материя относится к основному состоянию газа фермионов при температуре, близкой к абсолютному нулю. [38] Принцип исключения Паули требует, чтобы только два фермиона могли занимать квантовое состояние, один со спином вверх, а другой со спином вниз. Следовательно, при нулевой температуре фермионы заполняют уровни, достаточные для размещения всех доступных фермионов, а в случае большого количества фермионов максимальная кинетическая энергия (называемая энергией Ферми ) и давление газа становятся очень большими и зависят от количество фермионов, а не температура, в отличие от нормальных состояний вещества.

Считается, что вырожденная материя возникает во время эволюции тяжелых звезд. [39] Демонстрация Субраманьяном Чандрасекаром того, что белые карлики имеют максимально допустимую массу из-за принципа исключения, произвела революцию в теории эволюции звезд. [40]

Вырожденное вещество включает в себя часть Вселенной, состоящую из нейтронных звезд и белых карликов.

Странное дело

Основная статья: Странное дело

Странная материя - это особая форма кварковой материи , обычно рассматриваемая как жидкость из верхних , нижних и странных кварков . Он контрастирует с ядерной материей , которая представляет собой жидкость из нейтронов и протонов (которые сами состоят из верхних и нижних кварков), и с нестранной кварковой материей, которая представляет собой кварковую жидкость, содержащую только верхние и нижние кварки. Ожидается, что при достаточно высокой плотности странная материя будет цветной сверхпроводящей . Предполагается, что в ядре нейтронных звезд возникает странная материя, или, более умозрительно, в виде отдельных капель, размер которых может варьироваться от фемтометров ( странников ) до километров ( кварковые звезды ).

Два значения термина «странная материя»

В физике элементарных частиц и астрофизике этот термин используется двумя способами: один более широкий, а другой более конкретный.

  1. В более широком смысле это просто кварковая материя, содержащая три вида кварков: верхний, нижний и странный. В этом определении есть критическое давление и связанная с ним критическая плотность, и когда ядерная материя (состоящая из протонов и нейтронов ) сжимается за пределы этой плотности, протоны и нейтроны диссоциируют на кварки, давая кварковую материю (возможно, странную материю).
  2. В более узком смысле кварковая материя более стабильна, чем ядерная материя . Идея того, что это могло произойти, является «гипотезой странной материи» Бодмера [41] и Виттена. [42] В этом определении критическое давление равно нулю: истинным основным состоянием материи всегда является кварковая материя. Ядра , которые мы видим в этом вопросе вокруг нас, которые являются капельками ядерной материи, на самом деле являются метастабильными , и дано достаточно времени (или правым внешним стимул) будет распадаться на капельки странной материи, т.е. странглет .

Лептоны

Основная статья: Лептон

Лептоны представляют собой частицы спин - 1 / 2 , что означает , что они являются фермионами . Они несут электрический заряд -1  е (заряженные лептоны) или 0 е (нейтрино). В отличие от кварков лептоны не несут цветовой заряд , что означает, что они не испытывают сильного взаимодействия . Лептоны также подвергаются радиоактивному распаду, а это означает, что они подвержены слабому взаимодействию . Лептоны - массивные частицы, поэтому они подвержены действию гравитации.

Лептон свойства
имясимволвращениеэлектрический заряд
( е )		масса
( МэВ / c 2 )		масса сравнима сантичастица
символ античастицы
заряженные лептоны [43]
электрон
е-
1 / 2−10,51101 электронантиэлектрон
е+
мюон
μ-
1 / 2−1105,7~ 200 электроновантимюон
μ+
тау
τ-
1 / 2−11,777~ 2 протонаантитау
τ+
нейтрино [44]
электронное нейтрино
ν
е		1 / 20<0,000460< 1 / 1000 электроновэлектронный антинейтрино
ν
е
мюонное нейтрино
ν
μ		1 / 20<0,19< 1 / 2 электронамюонный антинейтрино
ν
μ
тау-нейтрино
ν
τ		1 / 20<18,2<40 электроновтау-антинейтрино
ν
τ

Фазы

Основная статья: Фаза (материя)
См. Также: Фазовая диаграмма и состояние вещества.
Фазовая диаграмма для типичного вещества при фиксированном объеме. Вертикальная ось Р ия, горизонтальная ось Т емпер тур. Зеленая линия отмечает точку замерзания (вверху зеленая линия сплошная , внизу жидкость ), а синяя линия - точку кипения (вверху жидкость, внизу газ ). Так, например, при более высоком T необходимо более высокое значение P для поддержания вещества в жидкой фазе. В тройной точке - три фазы; жидкость, газ и твердое тело; могут сосуществовать. Выше критической точкинет заметной разницы между фазами. Пунктирная линия показывает аномальное поведение воды : лед тает при постоянной температуре с увеличением давления. [45]

В массе , независимо от того , может существовать в нескольких различных формах, или агрегатных состояниях, известных как фазы , [46] в зависимости от окружающей среды давления , температуры и объема . [47] Фаза - это форма вещества, которая имеет относительно однородный химический состав и физические свойства (такие как плотность , удельная теплоемкость , показатель преломления и т. Д.). Эти фазы включают в себя три знакомых ( твердые тела , жидкости и газы ), а также более экзотические состояния вещества (такие как плазма ,сверхтекучие жидкости , сверхтвердые тела , конденсаты Бозе – Эйнштейна , ...). Жидкость может представлять собой жидкость, газ или плазму. Также существуют парамагнитные и ферромагнитные фазы магнитных материалов . При изменении условий материя может переходить из одной фазы в другую. Эти явления называются фазовыми переходами и изучаются в области термодинамики . В наноматериалах значительно увеличенное отношение площади поверхности к объему приводит к тому, что материя может проявлять свойства, полностью отличные от свойств объемного материала, и плохо описывается какой-либо объемной фазой (см. Более подробную информацию о наноматериалах ).

Фазы иногда называют состояниями материи , но этот термин может привести к путанице с термодинамическими состояниями . Например, два газа, поддерживаемые при разных давлениях, находятся в разных термодинамических состояниях (разные давления), но в одной и той же фазе (оба являются газами).

Антивещество

Основная статья: Антивещество
Нерешенная проблема в физике :

Барионная асимметрия . Почему в наблюдаемой Вселенной гораздо больше материи, чем антивещества?

(больше нерешенных задач по физике)

Антивещество - это материя, состоящая из античастиц , составляющих обычную материю. Если частица и ее античастица вступают в контакт друг с другом, они аннигилируют ; то есть, они оба могут быть преобразованы в другие частицы с одинаковой энергией в соответствии с Альбертом Эйнштейн «с уравнением Е = тс 2 . Эти новые частицы могут быть фотонами высокой энергии ( гамма-лучи ) или другими парами частица-античастица. Полученные частицы наделяются кинетической энергией, равной разнице между массой покоя.продуктов аннигиляции и массы покоя исходной пары частица – античастица, которая часто бывает довольно большой. В зависимости от того, какое определение «материи» принято, антивещество можно назвать особым подклассом материи или противоположностью материи.

В природе антивещество не встречается на Земле, за исключением очень кратковременных и исчезающе малых количеств (в результате радиоактивного распада , молний или космических лучей ). Это потому, что антивещество, которое появилось на Земле за пределами подходящей физической лаборатории, почти мгновенно встретит обычную материю, из которой состоит Земля, и аннигилирует. Античастицы и некоторое стабильное антивещество (например, антиводород ) можно производить в крошечных количествах, но не в достаточном количестве, чтобы сделать больше, чем проверить некоторые из его теоретических свойств.

Как в науке, так и в научной фантастике существует множество предположений о том, почему наблюдаемая Вселенная, по-видимому, почти полностью состоит из материи (в смысле кварков и лептонов, но не антикварков или антилептонов), и не являются ли другие места почти полностью антивеществом (антикварки и антилептоны). . В ранней Вселенной считается, что материя и антивещество были представлены одинаково, и исчезновение антивещества требует асимметрии в физических законах, называемой нарушением симметрии CP (зарядовой четности) , которую можно получить из Стандартной модели [48], но в настоящее время кажущаяся асимметрия вещества и антивещества в видимой Вселенной является одним из величайшихнерешенные проблемы физики . Возможные процессы, с помощью которых он возник, более подробно исследуются в разделе бариогенез .

Формально частицы антивещества можно определить по их отрицательному барионному числу или лептонному числу , тогда как «нормальные» (не антивещественные) частицы вещества имеют положительное барионное или лептонное число. [49] Эти два класса частиц являются античастичными партнерами друг друга.

В октябре 2017 года ученые сообщили о новых доказательствах того, что материя и антивещество , в равной степени произведенные при Большом взрыве , идентичны, должны полностью уничтожить друг друга, и в результате Вселенная не должна существовать. [50] [51] Это означает, что должно быть что-то, еще неизвестное ученым, что либо остановило полное взаимное разрушение материи и антивещества в раннем формировании Вселенной, либо вызвало дисбаланс между двумя формами.

Сохранение материи

Две величины, которые могут определять количество вещества в кварк-лептонном смысле (и антивещество в антикварк-антилептонном смысле), барионное число и лептонное число , сохраняются в Стандартной модели. барионовнапример, протон или нейтрон имеет барионное число, равное единице, а кварк, поскольку их три в барионе, получает барионное число 1/3. Итак, чистое количество материи, измеряемое количеством кварков (минус количество антикварков, каждый из которых имеет барионное число -1/3), которое пропорционально барионному числу, и количеству лептонов (минус антилептоны), которое называется лептонным числом, изменить практически невозможно. Даже в ядерной бомбе ни один из барионов (протонов и нейтронов, из которых состоят атомные ядра) не разрушается - после реакции остается столько же барионов, сколько и до реакции, поэтому ни одна из этих частиц материи не разрушается и ни одна из них даже не превращается. к нематериальным частицам (например, фотонам света или излучения). Вместо этого ядерная (и, возможно,хромодинамическая) энергия связи высвобождается, поскольку эти барионы связываются в ядра среднего размера, имеющие меньшую энергию (и, что эквивалентно , меньшую массу) на нуклон по сравнению с исходными малыми (водород) и большими (плутоний) ядрами. Даже при электрон-позитронной аннигиляции чистая материя не разрушается, потому что чистая материя была нулевой (нулевое общее лептонное число и барионное число) в начале перед аннигиляцией - один лептон минус один антилептон равнялся нулю чистому лептонному числу - и это Чистая сумма материи не меняется, поскольку она просто остается нулевой после аннигиляции. [52]

Короче говоря, материя, как ее определяют в физике, относится к барионам и лептонам. Количество вещества определяется с помощью барионного и лептонного числа. Барионы и лептоны могут быть созданы, но их создание сопровождается антибарионами или антилептонами; и они могут быть уничтожены, аннигилируя их антибарионами или антилептонами. Поскольку антибарионы / антилептоны имеют отрицательные барионные / лептонные числа, общие барионные / лептонные числа не меняются, поэтому материя сохраняется. Однако все барионы / лептоны и антибарионы / антилептоны имеют положительную массу, поэтому общее количество массы не сохраняется. Кроме того, помимо естественных или искусственных ядерных реакций, во Вселенной практически нет антивещества (см. Барионная асимметрия и лептогенез), поэтому в обычных условиях аннигиляция частиц случается редко.

Другие типы

Круговая диаграмма, показывающая доли энергии во Вселенной, вносимые различными источниками. Обычное вещество делится на светящееся вещество (звезды и светящиеся газы и 0,005% излучения) и несветящееся вещество (межгалактический газ и около 0,1% нейтрино и 0,04% сверхмассивных черных дыр). Обычное дело - редкость. Создан по образцу Острикера и Стейнхардта. [53] Для получения дополнительной информации см. НАСА .

  Темная энергия (73%)
  Темная материя (23%)
  Несветящееся вещество (3,6%)
  Светящееся вещество (0,4%)

Обычная материя, в определении кварков и лептонов, составляет около 4% энергии в наблюдаемой Вселенной . Оставшаяся энергия теоретически связана с экзотическими формами, из которых 23% составляет темная материя [54] [55] и 73% - темная энергия . [56] [57]

Кривая вращения Галактики для Млечного Пути. Вертикальная ось - скорость вращения вокруг галактического центра. По горизонтальной оси отложено расстояние от центра Галактики. Солнце отмечено желтым шаром. Наблюдаемая кривая скорости вращения синего цвета. Предсказанная кривая, основанная на звездной массе и газе в Млечном Пути, имеет красный цвет. Разница связана с темной материей или, возможно, с изменением закона всемирного тяготения . [58] [59] [60] Разброс в наблюдениях примерно показан серыми полосами.

Темная материя

Основные статьи: Темная материя , модель Lambda-CDM и WIMP
Смотрите также: формирование и развитие Галактики и гало темной материи

В астрофизике и космологии , темная материя есть материя неизвестного состава , который не испускать или отражать достаточно электромагнитное излучение , чтобы наблюдать непосредственно, но присутствие которых может быть выведено из гравитационных эффектов на видимой материи. [61] [62] Наблюдательные доказательства ранней Вселенной и теории Большого взрыва требуют, чтобы эта материя имела энергию и массу, но не состояла из обычных барионов (протонов и нейтронов). Принято считать, что большая часть темной материи небарионная по своей природе . [61] Таким образом, он состоит из частиц, которые еще не наблюдались в лаборатории. Возможно, это суперсимметричные частицы, [63], которые не являются частицами Стандартной модели , а являются реликтами, сформировавшимися при очень высоких энергиях на ранней стадии Вселенной и все еще плавающими. [61]

Темная энергия

Основная статья: Темная энергия
Смотрите также: Большой взрыв § Темная энергия

В космологии , темная энергия является именем , данное источником отталкивающего влияния , которое ускоряется скорость расширения Вселенной . Его точная природа в настоящее время остается загадкой, хотя его эффекты можно разумно смоделировать, приписывая материи-подобные свойства, такие как плотность энергии и давление, самому вакууму . [64] [65]

Полностью 70% плотности материи во Вселенной, похоже, находится в форме темной энергии. Двадцать шесть процентов - это темная материя. Только 4% - обычное дело. Таким образом, менее 1 части из 20 состоит из материи, которую мы наблюдали экспериментально или описывали в стандартной модели физики элементарных частиц. Об остальных 96%, кроме только что упомянутых свойств, мы абсолютно ничего не знаем.

-  Ли Смолин (2007), Проблема с физикой , стр. 16

Экзотическая материя

Основная статья: Экзотическая материя

Экзотическая материя - это концепция физики элементарных частиц , которая может включать темную материю и темную энергию, но идет дальше, включая любой гипотетический материал, который нарушает одно или несколько свойств известных форм материи. Некоторые такие материалы могут обладать гипотетическими свойствами, такими как отрицательная масса .

Историческое развитие

Античность (ок. 600 г. до н. Э. - ок. 322 г. до н. Э.)

В древней Индии буддисты, индуисты и джайны разработали частичную теорию материи, утверждая, что вся материя состоит из атомов ( параману , пудгала ), которые сами по себе являются «вечными, неразрушимыми и бесчисленными» и которые связываются и разделяются в соответствии с к определенным фундаментальным законам природы, чтобы образовывать более сложную материю или изменяться со временем. [6] Они объединили свои представления о душе или ее отсутствии в свою теорию материи. Сильнейшими разработчиками и защитниками этой теории была школа Ньяя- Вайшешика , наиболее распространенной из которых были идеи философа Канады (ок. VI в. До н. Э.). [6] [7]Буддисты также разработали эти идеи в конце 1-го тысячелетия до нашей эры, идеи, которые были похожи на индуистскую школу вайшашика, но не включали ни души, ни совести. [6] Джайны включали душу ( дживу ), добавляя такие качества, как вкус, запах, прикосновение и цвет к каждому атому. [66] Они расширили идеи, найденные в ранней литературе индуистов и буддистов, добавив, что атомы либо влажные, либо сухие, и это качество цементирует материю. Они также предложили возможность объединения атомов из-за притяжения противоположностей, и душа прикрепляется к этим атомам, трансформируется с остатком кармы и переселяется с каждым новым рождением. [6]

В Европе , Досократики предположили , основной характер видимого мира. Фалес (ок. 624 г. до н. Э. - ок. 546 г. до н. Э.) Считал воду основным материалом мира. Анаксимандр (ок. 610 г. до н. Э. - ок. 546 г. до н. Э.) Утверждал, что основной материал был полностью бесхарактерным или безграничным: Бесконечное ( апейрон ). Анаксимен (процветал в 585 г. до н. Э., Ум. 528 г. до н. Э.) Утверждал, что основным веществом была пневма или воздух. Гераклит (ок. 535 - ок. 475 до н. Э.), Кажется, говорит, что основным элементом является огонь, хотя, возможно, он имеет в виду, что все меняется. Эмпедокл (ок. 490–430 до н. Э.) Говорил о четырех элементах.из которых было сделано все: земля, вода, воздух и огонь. [67] Между тем, Парменид утверждал, что изменений не существует, а Демокрит утверждал, что все состоит из крошечных, инертных тел всех форм, называемых атомами, философия, называемая атомизмом . У всех этих представлений были глубокие философские проблемы. [68]

Аристотель (384–322 до н.э.) был первым, кто поставил эту концепцию на прочную философскую основу, что он и сделал в своей натурфилософии, особенно в книге I по физике . [69] Он принял в качестве разумных предположений четыре элемента Эмпедокла , но добавил еще один. пятое, эфир . Тем не менее, эти элементы не являются основными для Аристотеля. Скорее они, как и все остальное в видимом мире, состоят из основных принципов материи и формы.

Ибо мое определение материи таково - это первичный субстрат каждой вещи, из которого она возникает без каких-либо ограничений и сохраняется в результате.

-  Аристотель, Физика I: 9: 192a32

Слово, которое Аристотель использует для обозначения материи, ὕλη ( hyle или hule ) , можно буквально перевести как дерево или древесина, то есть «сырье» для строительства. [70] Действительно, аристотелевская концепция материи неразрывно связана с чем-то созданным или составленным. Другими словами, в отличие от ранней современной концепции материи как просто занимающей пространство, материя для Аристотеля по определению связана с процессом или изменением: материя - это то, что лежит в основе изменения субстанции. Например, лошадь ест траву: лошадь превращает траву в себя; трава как таковая не сохраняется в лошади, но некий ее аспект - ее материя - остается. Дело конкретно не описано (например, как атомы), но состоит из того, что сохраняется при переходе вещества от травы к лошади. Материя в этом понимании не существует независимо (т. Е. Как субстанция ), но существует взаимозависимо (т. Е. Как «принцип») с формой и только постольку, поскольку она лежит в основе изменения. Может быть полезно представить себе отношения материи и формы как очень похожие на отношения между частями и целым. Для Аристотеля материя как таковая может получить действительность только из формы; он не имеет активности или актуальности сам по себе, подобно тому, как части как таковые существуют только в целом (иначе они были бы независимыми целыми).

Семнадцатый и восемнадцатый века

Рене Декарт (1596–1650) положил начало современной концепции материи. В первую очередь он был геометром. Вместо того, чтобы, подобно Аристотелю, выводить существование материи из физической реальности изменений, Декарт произвольно постулировал материю как абстрактную математическую субстанцию, занимающую пространство:

Итак, протяженность в длину, ширину и глубину составляет природу телесной субстанции; а мысль составляет природу мыслящей субстанции. А все остальное, относящееся к телу, предполагает расширение, и это только способ расширенного

-  Рене Декарт, Принципы философии [71]

Для Декарта материя обладает только свойством протяженности, поэтому ее единственная деятельность, помимо движения, - исключать другие тела [72]: это механическая философия . Декарт проводит абсолютное различие между разумом, который он определяет как непротяженную мыслящую субстанцию, и материей, которую он определяет как бездумную, протяженную субстанцию. [73] Это независимые вещи. Напротив, Аристотель определяет материю и формальный / формирующий принцип как дополнительные принципы, которые вместе составляют одну независимую вещь ( субстанцию ). Короче говоря, Аристотель определяет материю (грубо говоря) как то, из чего на самом деле сделаны вещи (с потенциалом независимое существование), но Декарт возвышает материю до фактической независимой вещи сама по себе.

Следует отметить преемственность и различие между концепциями Декарта и Аристотеля. В обеих концепциях материя пассивна или инертна. В соответствующих концепциях материя по-разному относится к разуму. Для Аристотеля материя и разум (форма) существуют вместе во взаимозависимых отношениях, тогда как для Декарта материя и разум (разум) по определению являются противоположными, независимыми субстанциями . [74]

Декарт оправдывает ограничение присущих материи свойств протяженности ее постоянством, но его реальный критерий - не постоянство (которое в равной степени применимо к цвету и сопротивлению), а его желание использовать геометрию для объяснения всех свойств материала. [75] Подобно Декарту, Гоббсу, Бойлю и Локку, они утверждали, что внутренние свойства тел ограничены протяженностью и что так называемые вторичные качества, такие как цвет, являются только продуктами человеческого восприятия. [76]

Исаак Ньютон (1643–1727) унаследовал механическую концепцию материи Декарта. В третьей части своих «Правил рассуждения в философии» Ньютон перечисляет универсальные качества материи как «протяженность, твердость, непроницаемость, подвижность и инерцию». [77] Точно так же в « Оптике» он предполагает, что Бог создал материю в виде «твердых, массивных, твердых, непроницаемых, подвижных частиц», которые были «... даже настолько твердыми, что никогда не изнашивались или не ломались на куски». [78] «Первичные» свойства материи поддаются математическому описанию, в отличие от «вторичных» качеств, таких как цвет или вкус. Подобно Декарту, Ньютон отвергал сущность вторичных качеств. [79]

Ньютон развил представление Декарта о материи, вернув материи внутренние свойства в дополнение к протяженности (по крайней мере, на ограниченной основе), такие как масса. Использование Ньютоном силы тяжести, которая действовала «на расстоянии», фактически отвергло механику Декарта, в которой взаимодействия происходили исключительно путем контакта. [80]

Хотя гравитация Ньютона могла бы показаться силой тел, сам Ньютон не считал ее существенным свойством материи. Продолжая логику более последовательно, Джозеф Пристли (1733–1804) утверждал, что телесные свойства выходят за рамки контактной механики: химические свойства требуют способности притяжения. [80] Он утверждал, что материя обладает и другими внутренними силами помимо так называемых первичных качеств Декарта и др. [81]

Девятнадцатый и двадцатый века

Со времен Пристли произошло резкое расширение знаний о составляющих материального мира (а именно, молекулах, атомах, субатомных частицах), но дальнейшего развития в определении материи не произошло . Скорее вопрос был отложен. Ноам Хомский (род. 1928) резюмирует ситуацию, сложившуюся с того времени:

Какая концепция тела возникла в конце концов? [...] Ответ заключается в том, что не существует ясной и определенной концепции тела. [...] Скорее, материальный мир - это то, что мы обнаруживаем, с какими бы то ни было свойствами в целях объяснительной теории следует предположить, что это так. Любая понятная теория, которая предлагает подлинные объяснения и может быть ассимилирована с основными понятиями физики, становится частью теории материального мира, частью нашего понимания тела. Если у нас есть такая теория в какой-то области, мы стремимся ассимилировать ее с основными понятиями физики, возможно, изменяя эти понятия по мере выполнения этого начинания.

-  Ноам Хомский, Язык и проблемы познания: лекции Манагуа , с. 144 [80]

Итак, материя - это то, что изучает физика, а объектом изучения физики является материя: не существует независимого общего определения материи, кроме его соответствия методологии измерения и контролируемых экспериментов. В общем, границы между тем, что составляет материю, и всем остальным остаются такими же нечеткими, как и проблема разграничения науки от всего остального. [82]

В XIX веке, после разработки периодической таблицы и теории атома , атомы рассматривались как фундаментальные составляющие материи; атомы образовывали молекулы и соединения . [83]

Общее определение с точки зрения занимающего пространство и наличия массы контрастирует с большинством физических и химических определений материи, которые вместо этого полагаются на ее структуру и на атрибуты, не обязательно связанные с объемом и массой. На рубеже XIX века знания о материи начали стремительно развиваться.

Аспекты ньютоновского воззрения все еще преобладали. Джеймс Клерк Максвелл обсуждал материю в своей работе « Материя и движение» . [84] Он тщательно отделяет «материю» от пространства и времени и определяет ее в терминах объекта, упомянутого в первом законе движения Ньютона .

Однако картина Ньютона - это еще не все. В XIX веке термин «материя» активно обсуждался множеством ученых и философов, и краткое изложение можно найти у Левера. [85] [ требуется дальнейшее объяснение ] Обсуждение в учебнике 1870 года предполагает, что материя состоит из атомов: [86]

В науке признаются три подразделения материи: массы, молекулы и атомы.
Масса материи - это любая часть вещества, ощутимая чувствами.
Молекула - это самая маленькая частица материи, на которую можно разделить тело, не теряя своей идентичности.
Атом - это еще меньшая частица, образованная делением молекулы.

Считалось, что материя имеет не просто атрибуты массы и пространства, а химические и электрические свойства. В 1909 году известный физик Дж. Дж. Томсон (1856–1940) писал о «строении материи» и интересовался возможной связью между материей и электрическим зарядом. [87]

Существует целая литература, посвященная «структуре материи», от «электрической структуры» в начале 20-го века [88] до более поздней «кварковой структуры материи», представленной сегодня с замечанием: понимание кварковой структуры материи была одним из самых важных достижений современной физики. [89] [ требуется дальнейшее объяснение ] В этой связи физики говорят о полях материи и говорят о частицах как о «квантовых возбуждениях моды поля материи». [10] [11] А вот цитата де Саббата и Гасперини: «Под словом« материя »мы в данном контексте обозначаем источники взаимодействий,это спинорные поля(например, кварки и лептоны ), которые считаются фундаментальными компонентами материи, или скалярные поля , такие как частицы Хиггса , которые используются для введения массы в калибровочной теории (и которые, однако, могут состоять из более фундаментальных фермионов полей). " [90] [ требуется дальнейшее объяснение ]

В конце 19 - го века с открытием этого электрона , а в начале 20 - го века, с открытием этого атомного ядра и рождением физики элементарных частиц , материя рассматривалась как из электронов, протонов и нейтронов , взаимодействующие с образованием атомов . Сегодня мы знаем, что даже протоны и нейтроны не неделимы, их можно разделить на кварки , а электроны являются частью семейства частиц, называемых лептонами . И кварки, и лептоны являются элементарными частицами и в настоящее время рассматриваются как фундаментальные составляющие вещества. [91]

Эти кварки и лептоны взаимодействуют посредством четырех фундаментальных сил : гравитации , электромагнетизма , слабых взаимодействий и сильных взаимодействий . Стандартная модель физики элементарных частиц в настоящее время является лучшим объяснением всей физики, но , несмотря на многолетние усилия, гравитация может не учитываться на квантовом уровне; это описывается только классической физикой (см. квантовую гравитацию и гравитон ). [92] Взаимодействие между кварками и лептонами является результатом обмена несущими силу частицами (такими как фотоны) между кварками и лептонами. [93] Несущие силу частицы сами по себе не являются строительными блоками. Как следствие, масса и энергия (которые не могут быть созданы или уничтожены) не всегда могут быть связаны с материей (которая может быть создана из нематериальных частиц, таких как фотоны, или даже из чистой энергии, такой как кинетическая энергия). Носители силы обычно не считаются материей: носители электрической силы (фотоны) обладают энергией (см. Соотношение Планка ), а носители слабой силы ( W- и Z-бозоны ) имеют массу, но ни один из них не считается материей. [94] Однако, хотя эти частицы не считаются материей, они вносят вклад в общую массу атомов, субатомных частиц., и все системы, которые их содержат. [95] [96]

Резюме

Современная концепция материи в истории многократно уточнялась в свете улучшения знаний о том, каковы основные строительные блоки и как они взаимодействуют. Термин «материя» используется в физике в самых разных контекстах: например, один относится к « физике конденсированного состояния », [97] «элементарной материи», [98] « партонной » материи, « темной » материи ». анти «-matter,» странный «вопрос, и» ядерная "материя. При обсуждении вопроса и антивещества ,нормальный вопрос был передан на по Альвеновскому в koinomatter(Греч. Обычное дело ). [99] Справедливо будет сказать, что в физике нет широкого консенсуса относительно общего определения материи, и термин «материя» обычно используется в сочетании с определяющим модификатором.

История концепции материи - это история фундаментальных масштабов длины, используемых для определения материи. Различные строительные блоки применяются в зависимости от того, определяется ли материя на уровне атомных или элементарных частиц. Можно использовать определение, что материя - это атомы, или что материя - это адроны , или что материя - это лептоны и кварки, в зависимости от масштаба, в котором желают определить материю. [100]

Эти кварки и лептоны взаимодействуют посредством четырех фундаментальных сил : гравитации , электромагнетизма , слабых взаимодействий и сильных взаимодействий . Стандартная модель физики элементарных частиц в настоящее время является лучшим объяснением всей физики, но , несмотря на многолетние усилия, гравитация может не учитываться на квантовом уровне; это описывается только классической физикой (см. квантовую гравитацию и гравитон ). [92]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ a b c Р. Пенроуз (1991). «Масса классического вакуума» . В С. Сондерсе ; HR Браун (ред.). Философия вакуума . Издательство Оксфордского университета . С. 21–26. ISBN 978-0-19-824449-3.
  2. ^ «Материя (физика)» . Наука доступа Макгро-Хилла: Интернет-энциклопедия науки и техники . Архивировано из оригинального 17 июня 2011 года . Проверено 24 мая 2009 года .
  3. ^ "Ученые RHIC обслуживают" идеальную "жидкость" (пресс-релиз). Брукхейвенская национальная лаборатория . 18 апреля 2005 . Проверено 15 сентября 2009 года .
  4. ^ П. Дэвис (1992). Новая физика: синтез . Издательство Кембриджского университета. п. 1. ISBN 978-0-521-43831-5.
  5. ^ Джерардт Хоофт (1997). В поисках лучших строительных блоков . Издательство Кембриджского университета. п. 6 . ISBN 978-0-521-57883-7.
  6. ^ а б в г д Бернард Пуллман (2001). Атом в истории человеческой мысли . Издательство Оксфордского университета. С. 77–84. ISBN 978-0-19-515040-7.
  7. ^ а б Джинин Д. Фаулер (2002). Перспективы реальности: введение в философию индуизма . Sussex Academic Press. С. 99–115. ISBN 978-1-898723-93-6.
  8. ^ Дж. Олмстед; GM Уильямс (1996). Химия: молекулярная наука (2-е изд.). Джонс и Бартлетт . п. 40. ISBN 978-0-8151-8450-8.
  9. ^ J. Mongillo (2007). Нанотехнологии 101 . Издательство "Гринвуд". п. 30. ISBN 978-0-313-33880-9.
  10. ^ a b П. К. У. Дэвис (1979). Силы природы . Издательство Кембриджского университета. п. 116 . ISBN 978-0-521-22523-6. поле материи.
  11. ^ а б С. Вайнберг (1998). Квантовая теория полей . Издательство Кембриджского университета. п. 2. ISBN 978-0-521-55002-4.
  12. ^ М. Masujima (2008). Интегральное квантование по путям и стохастическое квантование . Springer. п. 103. ISBN 978-3-540-87850-6.
  13. ↑ GF Баркер (1870). «Деления материи» . Учебник элементарной химии: теоретической и неорганической . Джон Ф. Мортон и компания стр. 2. ISBN 978-1-4460-2206-1.
  14. ↑ М. де Подеста (2002). Понимание свойств материи (2-е изд.). CRC Press. п. 8. ISBN 978-0-415-25788-6.
  15. ^ Б. Повх; К. Рит; К. Шольц; Ф. Цетше; М. Лавель (2004). «Часть I: Анализ: строительные блоки материи» . Частицы и ядра: введение в физические концепции (4-е изд.). Springer. ISBN 978-3-540-20168-7. Обычная материя полностью состоит из частиц первого поколения, а именно u- и d-кварков, а также электрона и его нейтрино.
  16. ^ а б Б. Каритерс; П. Граннис (1995). «Открытие верхнего кварка» (PDF) . Линия луча . 25 (3): 4–16.
  17. ^ Цан, Ун Чан (2006). «Что такое материальная частица?». Международный журнал современной физики E . 15 (1): 259–272. Bibcode : 2006IJMPE..15..259C . DOI : 10.1142 / S0218301306003916 . (Из аннотации :)Положительные барионные числа (A> 0) и положительные лептонные числа (L> 0) характеризуют частицы вещества, в то время как отрицательные барионные числа и отрицательные лептонные числа характеризуют частицы антивещества. Частицы материи и частицы антивещества относятся к двум различным классам частиц. Нейтральные частицы материи - это частицы, характеризующиеся как нулевым барионным числом, так и нулевым лептонным числом. Этот третий класс частиц включает мезоны, образованные парой кварка и антикварка (пара частиц материи и частицы антивещества), и бозоны, которые являются посланниками известных взаимодействий (фотоны для электромагнетизма, W- и Z-бозоны для слабого взаимодействия, глюоны для сильное взаимодействие). Античастица частицы материи относится к классу частиц антивещества, античастица частицы антивещества относится к классу частиц материи.
  18. Перейти ↑ D. Green (2005). Физика высоких P T на адронных коллайдерах . Издательство Кембриджского университета. п. 23. ISBN 978-0-521-83509-1.
  19. ^ Л. Смолин (2007). Проблема с физикой: расцвет теории струн, падение науки и что будет дальше . Mariner Books. п. 67. ISBN 978-0-618-91868-3.
  20. ^ Масса W-бозона 80,398 ГэВ; см. рисунок 1 в C. Amsler; и другие. ( Группа данных по частицам ) (2008). "Обзор физики элементарных частиц: масса и ширина W-бозона" (PDF) . Физика Письма Б . 667 (1): 1. Bibcode : 2008PhLB..667 .... 1A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2008.07.018 .
  21. ^ IJR Aitchison; Эй, Эй Джей (2004). Калибровочные теории в физике элементарных частиц . CRC Press. п. 48. ISBN 978-0-7503-0864-9.
  22. ^ Б. Повх; К. Рит; К. Шольц; Ф. Цетше; М. Лавель (2004). Частицы и ядра: введение в физические концепции . Springer. п. 103. ISBN 978-3-540-20168-7.
  23. ↑ AM Green (2004). Адронная физика из решеточной КХД . World Scientific. п. 120. ISBN 978-981-256-022-3.
  24. ^ Т. Хацуда (2008). «Кварк-глюонная плазма и КХД» . В Х. Акаи (ред.). Теории конденсированного состояния . 21 . Nova Publishers. п. 296. ISBN. 978-1-60021-501-8.
  25. ^ KW Staley (2004). «Истоки третьего поколения материи» . Доказательства существования топ-кварка . Издательство Кембриджского университета. п. 8. ISBN 978-0-521-82710-2.
  26. ^ Ю. Нееман; Ю. Кирш (1996). Охотники за частицами (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. п. 276. ISBN. 978-0-521-47686-7. [T] Наиболее естественное объяснение существования более высоких поколений кварков и лептонов состоит в том, что они соответствуют возбужденным состояниям первого поколения, и опыт подсказывает, что возбужденные системы должны быть составными.
  27. ^ С. М. Уокер; А. Кинг (2005). Что такое материя? . Публикации Лернера . п. 7. ISBN 978-0-8225-5131-7.
  28. ^ Дж. Кенкель; ПБ Кельтер; DS Hage (2000). Химия: отраслевое введение с CD-ROM . CRC Press . п. 2. ISBN 978-1-56670-303-1. Все учебники по фундаментальным наукам определяют материю как просто совокупность всех материальных субстанций, которые занимают пространство и имеют массу или вес.
  29. ^ KA Peacock (2008). Квантовая революция: историческая перспектива . Издательская группа «Гринвуд» . п. 47. ISBN 978-0-313-33448-1.
  30. ↑ MH Krieger (1998). Состав материи: математическое моделирование самых повседневных физических явлений . Издательство Чикагского университета . п. 22. ISBN 978-0-226-45305-7.
  31. ^ SM Кэролл (2004). Пространство-время и геометрия . Эддисон Уэсли. С. 163–164. ISBN 978-0-8053-8732-2.
  32. ^ П. Дэвис (1992). Новая физика: синтез . Издательство Кембриджского университета. п. 499. ISBN 978-0-521-43831-5. Поля материи : поля, кванты которых описывают элементарные частицы, составляющие материальное содержимое Вселенной (в отличие от гравитонов и их суперсимметричных партнеров).
  33. ^ К. Амслер; и другие. ( Группа данных по частицам ) (2008). «Обзоры физики элементарных частиц: кварки» (PDF) . Физика Письма Б . 667 (1–5): 1. Bibcode : 2008PhLB..667 .... 1A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2008.07.018 .
  34. ^ «Темная энергия, темная материя» . НАСА Наука: Астрофизика . 5 июня 2015.
  35. ^ Персик, Массимо; Салуччи, Паоло (1 сентября 1992 г.). «Барионное содержание Вселенной». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 258 (1): 14P – 18P. arXiv : astro-ph / 0502178 . Bibcode : 1992MNRAS.258P..14P . DOI : 10.1093 / MNRAS / 258.1.14P . ISSN 0035-8711 . S2CID 17945298 .  
  36. ^ Satz, H .; Redlich, K .; Касторина, П. (2009). «Фазовая диаграмма адронной материи». Европейский физический журнал C . 59 (1): 67–73. arXiv : 0807.4469 . Bibcode : 2009EPJC ... 59 ... 67C . DOI : 10.1140 / epjc / s10052-008-0795-Z . S2CID 14503972 . 
  37. ↑ Менезеш, Дебора П. (23 апреля 2016 г.). «Моделирование адронной материи» . Журнал физики: Серия конференций . 706 (3): 032001. Bibcode : 2016JPhCS.706c2001M . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 706/3/032001 .
  38. ^ HS Goldberg; MD Scadron (1987). Физика звездной эволюции и космология . Тейлор и Фрэнсис. п. 202. ISBN. 978-0-677-05540-4.
  39. ^ HS Goldberg; MD Scadron (1987). Физика звездной эволюции и космология . Тейлор и Фрэнсис. п. 233. ISBN. 978-0-677-05540-4.
  40. ^ Ж.-П. Люминет; А. Буллоу; А. Кинг (1992). Черные дыры . Издательство Кембриджского университета. п. 75 . ISBN 978-0-521-40906-3.
  41. ^ А. Бодмер (1971). «Свернувшиеся ядра». Physical Review D . 4 (6): 1601. Bibcode : 1971PhRvD ... 4.1601B . DOI : 10.1103 / PhysRevD.4.1601 .
  42. ^ Э. Виттен (1984). «Космическое разделение фаз». Physical Review D . 30 (2): 272. Bibcode : 1984PhRvD..30..272W . DOI : 10.1103 / PhysRevD.30.272 .
  43. ^ К. Амслер; и другие. ( Группа данных по частицам ) (2008). «Обзор физики элементарных частиц: лептоны» (PDF) . Физика Письма Б . 667 (1–5): 1. Bibcode : 2008PhLB..667 .... 1A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2008.07.018 .
  44. ^ К. Амслер; и другие. ( Группа данных по частицам ) (2008). «Обзор физики элементарных частиц: свойства нейтрино» (PDF) . Физика Письма Б . 667 (1–5): 1. Bibcode : 2008PhLB..667 .... 1A . DOI : 10.1016 / j.physletb.2008.07.018 .
  45. Перейти ↑ SR Logan (1998). Физическая химия для биомедицинских наук . CRC Press. С. 110–111. ISBN 978-0-7484-0710-1.
  46. ^ PJ Collings (2002). «Глава 1: Состояния материи» . Жидкие кристаллы: деликатная фаза материи в природе . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-08672-9.
  47. ^ DH Тревена (1975). «Глава 1.2: Смена фаз» . Жидкая фаза . Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-0-85109-031-3.
  48. ^ Национальный исследовательский совет (США) (2006). Выявление скрытой природы пространства и времени . Национальная академия прессы. п. 46. ISBN 978-0-309-10194-3.
  49. Перейти ↑ Tsan, UC (2012). «Отрицательные числа и частицы антивещества». Международный журнал современной физики E . 21 (1): 1250005–1–1250005–23. Bibcode : 2012IJMPE..2150005T . DOI : 10.1142 / S021830131250005X . (Из аннотации :) Частицы антивещества характеризуются отрицательным барионным числом A и / или отрицательным лептонным числом L. Материализация и аннигиляция подчиняются законам A и L (связанных со всеми известными взаимодействиями)
  50. Рианна Адамсон, Аллан (19 октября 2017 г.). «Вселенная на самом деле не должна существовать: Большой взрыв произвел равное количество материи и антивещества» . TechTimes.com . Проверено 26 октября 2017 года .
  51. ^ Smorra C .; и другие. (20 октября 2017 г.). «Миллиардное измерение магнитного момента антипротона» . Природа . 550 (7676): 371–374. Bibcode : 2017Natur.550..371S . DOI : 10.1038 / nature24048 . PMID 29052625 . 
  52. ^ Цан, Ун Чан (2013). «Масса, материализация материи, материальное происхождение и сохранение заряда». Международный журнал современной физики E . 22 (5): 1350027. Bibcode : 2013IJMPE..2250027T . DOI : 10.1142 / S0218301313500274 . (Из аннотации :) Сохранение материи означает сохранение барионного числа A и лептонного числа L, причем A и L являются алгебраическими числами. Положительные A и L связаны с частицами материи, отрицательные A и L связаны с частицами антивещества. Все известные взаимодействия сохраняют материю
  53. ^ JP Ostriker; П. Дж. Стейнхардт (2003). «Новый свет на темную материю». Наука . 300 (5627): 1909–13. arXiv : astro-ph / 0306402 . Bibcode : 2003Sci ... 300.1909O . DOI : 10.1126 / science.1085976 . PMID 12817140 . S2CID 11188699 .  
  54. ^ К. Pretzl (2004). «Темная материя, массивные нейтрино и частицы Сьюзи» . Структура и динамика элементарного вещества . Уолтер Грейнер. п. 289. ISBN. 978-1-4020-2446-7.
  55. ^ К. Фриман; Дж. Макнамара (2006). "Что может быть дело?" . В поисках темной материи . Birkhäuser Verlag. п. 105. ISBN 978-0-387-27616-8.
  56. ^ JC Wheeler (2007). Космические катастрофы: взрывающиеся звезды, черные дыры и нанесение на карту Вселенной . Издательство Кембриджского университета. п. 282. ISBN. 978-0-521-85714-7.
  57. ^ Дж. Гриббин (2007). Истоки будущего: десять вопросов на ближайшие десять лет . Издательство Йельского университета. п. 151. ISBN. 978-0-300-12596-2.
  58. ^ П. Шнайдер (2006). Внегалактическая астрономия и космология . Springer. п. 4, рис. 1.4. ISBN 978-3-540-33174-2.
  59. ^ Т. Купелис; К.Ф. Кун (2007). В поисках вселенной . Издательство "Джонс и Бартлетт". п. 492; Рис. 16.13 . ISBN 978-0-7637-4387-1.
  60. ^ М. Х. Джонс; RJ Lambourne; DJ Адамс (2004). Введение в галактики и космологию . Издательство Кембриджского университета. п. 21; Рис. 1.13. ISBN 978-0-521-54623-2.
  61. ^ a b c Д. Маджумдар (2007). Темная материя - возможные кандидаты и прямое обнаружение . arXiv : hep-ph / 0703310 . Bibcode : 2008pahh.book..319M .
  62. ^ KA Olive (2003). «Лекции Теоретического института перспективных исследований по темной материи». arXiv : astro-ph / 0301505 .
  63. ^ KA Olive (2009). «Коллайдеры и космология». Европейский физический журнал C . 59 (2): 269–295. arXiv : 0806.1208 . Bibcode : 2009EPJC ... 59..269O . DOI : 10.1140 / epjc / s10052-008-0738-8 . S2CID 15421431 . 
  64. ^ JC Wheeler (2007). Космические катастрофы . Издательство Кембриджского университета. п. 282. ISBN. 978-0-521-85714-7.
  65. ^ Л. Смолин (2007). Проблема с физикой . Mariner Books. п. 16. ISBN 978-0-618-91868-3.
  66. ^ фон Глазенапп, Хельмут (1999). Джайнизм: индийская религия спасения . Motilal Banarsidass Publ. п. 181. ISBN. 978-81-208-1376-2.
  67. ^ С. Тулмин; Дж. Гудфилд (1962). Архитектура Материи . Издательство Чикагского университета. С. 48–54.
  68. ^ Обсуждается Аристотелем в физике , особенно. книга I, но и позже; а также Метафизика I – II.
  69. ^ Для хорошего объяснения и разработки см. RJ Connell (1966). Материя и становление . Priory Press.
  70. ^ HG Liddell; Р. Скотт; Дж. М. Уитон (1891). Лексика, сокращенная на основе греко-английской лексики Лидделла и Скотта . Харпер и братья. п. 72 .
  71. ^ Р. Декарт (1644). «Принципы человеческого познания». Принципы философии I . п. 53.
  72. ^ хотя даже это свойство кажется несущественным (Рене Декарт, Принципы философии II [1644], «О принципах материальных вещей», № 4.)
  73. ^ Р. Декарт (1644). «Принципы человеческого познания». Принципы философии I . С. 8, 54, 63.
  74. ^ DL Шиндлер (1986). «Проблема механизма». В DL Schindler (ред.). За пределами механизма . Университетское издательство Америки.
  75. ^ EA Burtt, Метафизические основы современной науки (Garden City, New York: Doubleday and Company, 1954), 117–118.
  76. ^ JE McGuire и PM Heimann, "Отказ от концепции материи Ньютона в восемнадцатом веке", концепция материи в современной философии под ред. Эрнан Макмаллин (Нотр-Дам: Университет Нотр-Дам, 1978), 104–118 (105).
  77. ^ Исаак Ньютон, Математические основы естественной философии , пер. А. Мотт, отредактированный Ф. Каджори (Беркли: Калифорнийский университет Press, 1934), стр. 398–400. Далее анализировал Морис А. Финоккиаро, «Третье правило философствования Ньютона: роль логики в историографии», Isis 65: 1 (март 1974 г.), стр. 66–73.
  78. Перейти ↑ Isaac Newton, Optics , Book III, pt. 1, запрос 31.
  79. ^ Макгуайр и Хейманн, 104.
  80. ^ a b c Н. Хомский (1988). Язык и проблемы познания: лекции Манагуа (2-е изд.). MIT Press. п. 144. ISBN 978-0-262-53070-5.
  81. ^ McGuire и Хайман, 113.
  82. ^ Тем не менее остается верным, что математизация, рассматриваемая как необходимое условие современной физической теории, несет в себе собственное неявное понятие материи, которое очень похоже на Декартов, несмотря на продемонстрированную бессодержательность представлений последнего.
  83. ^ М. Уэнхем (2005). Понимание первичной науки: идеи, концепции и объяснения (2-е изд.). Образовательное издательство Пола Чепмена. п. 115 . ISBN 978-1-4129-0163-5.
  84. ^ JC Максвелл (1876). Материя и движение . Общество распространения христианских знаний . п. 18 . ISBN 978-0-486-66895-6.
  85. ^ TH Левере (1993). «Введение» . Сродство и материя: элементы химической философии, 1800–1865 . Тейлор и Фрэнсис . ISBN 978-2-88124-583-1.
  86. ↑ GF Баркер (1870). «Введение» . Учебник элементарной химии: теоретическая и неорганическая . Джон П. Мортон и компания . п. 2.
  87. ^ JJ Томсон (1909). «Предисловие» . Электричество и материя . А. Констебль.
  88. ^ OW Ричардсон (1914). «Глава 1» . Электронная теория вещества . Университетское издательство.
  89. ^ М. Джейкоб (1992). Кварковая структура вещества . World Scientific. ISBN 978-981-02-3687-8.
  90. ^ В. де Саббата; М. Гасперини (1985). Введение в гравитацию . World Scientific. п. 293. ISBN 978-9971-5-0049-8.
  91. ^ История концепции материи - это история фундаментальных шкал длины, используемых для определения материи. Различные строительные блоки применяются в зависимости от того, определяется ли материя на уровне атомных или элементарных частиц. Можно использовать определение, что материя - это атомы, или что материя - это адроны , или что материя - это лептоны и кварки, в зависимости от масштаба, в котором желают определить материю. Б. Повх; К. Рит; К. Шольц; Ф. Цетше; М. Лавель (2004). «Основные составляющие материи» . Частицы и ядра: введение в физические концепции (4-е изд.). Springer. ISBN 978-3-540-20168-7.
  92. ^ a b Дж. Аллдей (2001). Кварки, лептоны и Большой взрыв . CRC Press. п. 12. ISBN 978-0-7503-0806-9.
  93. ^ BA Schumm (2004). Вещи в глубине души: захватывающая красота физики элементарных частиц . Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 57 . ISBN 978-0-8018-7971-5.
  94. ^ См., Например, М. Джибу; К. Ясуэ (1995). Квантовая динамика мозга и сознание . Издательская компания Джона Бенджамина. п. 62. ISBN 978-1-55619-183-1., Б. Мартин (2009). Ядерная физика и физика элементарных частиц (2-е изд.). Джон Вили и сыновья. п. 125. ISBN 978-0-470-74275-4.и KW Plaxco; М. Гросс (2006). Астробиология: краткое введение . Издательство Университета Джона Хопкинса. п. 23 . ISBN 978-0-8018-8367-5.
  95. ^ П.А. Типлер; Р. А. Ллевеллин (2002). Современная физика . Макмиллан. С. 89–91, 94–95. ISBN 978-0-7167-4345-3.
  96. ^ П. Шмюзер; Х. Спитцер (2002). «Частицы» . У Л. Бергманна; и другие. (ред.). Составляющие материи: атомы, молекулы, ядра . CRC Press. стр. 773 и далее . ISBN 978-0-8493-1202-1.
  97. ^ П. М. Чайкин; ТЦ Любенский (2000). Основы физики конденсированного состояния . Издательство Кембриджского университета. п. xvii. ISBN 978-0-521-79450-3.
  98. ^ В. Грейнер (2003). В. Грейнер; М.Г. Иткис; Г. Рейнхардт; MC Güçlü (ред.). Структура и динамика элементарного вещества . Springer. п. xii. ISBN 978-1-4020-2445-0.
  99. ^ П. Шукис (1999). Приоткрывая завесу науки: признание науки для неученых . Роуман и Литтлфилд. п. 87 . ISBN 978-0-8476-9600-0.
  100. ^ Б. Повх; К. Рит; К. Шольц; Ф. Цетше; М. Лавель (2004). «Основные составляющие материи» . Частицы и ядра: введение в физические концепции (4-е изд.). Springer. ISBN 978-3-540-20168-7.

дальнейшее чтение

  • Лилиан Ходдесон; Майкл Риордан, ред. (1997). Расцвет стандартной модели . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-57816-5.
  • Тимоти Пол Смит (2004). «Поиск кварков в обычной материи» . Скрытые миры . Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-05773-6.
  • Харальд Фрич (2005). Элементарные частицы: строительные блоки материи . World Scientific. п. 1 . Bibcode : 2005epbb.book ..... F . ISBN 978-981-256-141-1.
  • Бертран Рассел (1992). «Философия материи» . Критическое изложение философии Лейбница (Перепечатка 2-го изд. 1937 г.). Рутледж. п. 88. ISBN 978-0-415-08296-9.
  • Стивен Тулмин и Джун Гудфилд, Архитектура материи (Чикаго: University of Chicago Press, 1962).
  • Ричард Дж. Коннелл, Материя и становление (Чикаго: The Priory Press, 1966).
  • Эрнан Макмаллин , Концепция материи в греческой и средневековой философии (Нотр-Дам, Индиана: Univ. Of Notre Dame Press, 1965).
  • Эрнан Макмаллин , Концепция материи в современной философии (Нотр-Дам, Индиана: Университет Нотр-Дам Press, 1978).

внешняя ссылка

  • Материя (физика) в Британской энциклопедии
  • Материя (философия) в Британской энциклопедии
  • Модуль Visionlearning по теме
  • Материя во Вселенной Сколько материи во Вселенной?
  • НАСА о сверхтекучем ядре нейтронной звезды
  • Материя и энергия: ложная дихотомия - беседы о науке с физиком-теоретиком Мэттом Страсслером