Hmota (fyzika)

Z Wikipédie

Tento článok popisuje hmotu ako fyzikálny jav, pre článok ktorý opisuje filozofický pojem hmoty, pozri hmota (filozofia).

Hmota (staršie pomenovanie matéria) je atribút substancie a entít prejavujúci sa pokojovou hmotnosťou alebo silovým poľom. Zjednodušene povedané ide o súhrnný názov pre látku a pole. V širšom zmysle hmota zahŕňa aj antihmotu. Hmota tvorí jedinú podstatu vesmíru, ale pritom sa vyskytuje v nekonečne mnohých kvalitatívne rozdielnych formách. V niektorých prípadoch sa pole (a teda ani fotón a pod.) za hmotu nepovažuje. Podľa teórie relativity nie je žiadny rozdiel medzi hmotou a energiou, pretože hmota sa môže zmeniť na energiu a naopak.

Pojem je historicky úzko spätý s hmotou vo filozofii.

Obsah 1 Vznik hmoty 2 Klasická fyzika vs. moderná fyzika 2.1 Látka 2.2 Pole 3 Moderná fyzika 4 Spôsob existencie hmoty 4.1 Pohyb 4.2 Priestor 4.3 Čas 5 Zloženie hmoty 6 Skupenstvá hmoty 7 Vlastnosti hmoty 8 Pozri aj

[úprava] Vznik hmoty

Pri veľkom tresku sa uvoľnili veľké množstvá energie a vznikol expandujúci štvorrozmerný časopriestor. Vďaka týmto obrovským množstvám energie vznikli veľké množstvá tesne na seba natlačených elementárnych častíc.

V takzvanej hadrónovej ére medzi 10⁻³² a 10⁻⁴ sekundami po veľkom tresku vznikli prvé stabilné protóny a neutróny. V leptónovej ére (čas potom až po 1 sekundu po veľkom tresku) vznikli prvé stabilné elektróny. Až do tejto éry sa hmota a antihmota navzájom ničili. Napokon zostala hmota.

V nasledujúcich érach žiarenia vznikli izotopy vodíka protium, deutérium a trícium. Milión rokov po veľkom tresku sa začala dnešná éra hmoty. Vodíkové mračná vytvorili galaxie a hviezdy, v ktorých prebiehala fúzia vodík na hélium až po uhlík a železo, čo sú v našom vesmíre najrozšírenejšie chemické prvky.

[úprava] Klasická fyzika vs. moderná fyzika

V Klasickej fyzike sa hmota rozdeľuje na:

[úprava] Látka

Látka je druh hmoty, ktorá je súhrnom diskrétnych útvarov majúcich určitú energiu a nenulovú pokojovú hmotnosť. Korpuskulárna štruktúra je pre tieto látky typická. Vytvára štruktúru látok ktoré majú buď elektrický náboj alebo je elektroneutrálna. Hmotné objekty s diskrétnou štruktúrou a nenulovou pokojovou hmotnosťou nemôžu vzťahom k ľubovolnej inerciálnej súradnicovej sústave získať rýchlosť svetla alebo väčšie rýchlosti. Pojem látka sa často zamieňa za pojem hmota. Medzi látky radíme:

1. subatomárne častice (elektrón, protón, neutrón)
2. zložitejšie mikročastice (atóm, ión, molekula)
3. makroskopické telesá a systémy v rôznych skupenstvách (tuhé, kvapalné, plynné, plazma, Boseho-Einsteinov kondenzát, fermiónový kondenzát)
4. biologické útvary (vírusy, baktérie, rastliny, živočíchy)
5. kozmické útvary (planéty, hviezdy, galaxie, metagalaxie)

[úprava] Pole

Pole má pokojovú hmotnosť rovnú nule a jej výrazným rysom je vlnová povaha. Sprostredkuje vzájomné pôsobenie medzi diskrétnou formou hmoty, jej časticami, telesami… Pole sa šíri vždy konštantnou rýchlosťou a to rýchlosťou svetla (c = 2,997 925 + 0,000 003 × 10⁸ ms⁻¹). O poli samotnom sa vie veľmi málo, pole má svoj vlastný pohyb odlišný od pohybu látky. Produktom pohybu polí sú častice s nulovou kľudovou hmotnosťou (kvantá). Fotóny sú kvantá elektromagnetického poľa. Radíme tu všetky fyzikálne polia:

1. elektromagnetické
2. mezozové
3. jadrové
4. gravitačné

Zistilo sa, za určitých podmienok sa môžu častice látok meniť na kvantové polia a naopak. Pri vzájomnom stretnutí elektrónu a pozitrónu, môže vzniknúť fotón.

[úprava] Moderná fyzika

V modernej fyzike sú látka a pole, prinajmenšom v mikrosvete, iba dva navzájom späté prejavy či štruktúrne formy hmoty, pretože sa ukázalo, že:

• Elementárne častice vystupujú ako kvantá (najmenšie nedeliteľné častice) istých polí, strácajú teda čisto korpuskulárnu povahu.
• Polia strácajú úplnú nepretržitosť a štruktúrujú sa na jednotlivé kvantá (fotóny, gravitóny), čiže častice.

Pojem častica (vrátane elementárných častíc), čiže korpuskula sa používa pre úplne všetky mikrofyzikálne hmotné objekty, nezávisle od toho, či pri vzájomnom pôsobení majú štruktúru/podobu klasických častíc (látkové častice) alebo poľa (poľné častice).

Skutočnosť, že na každý hmotný objekt (časticu aj pole) sa možno pozerať buď ako na časticu, alebo ako na vlnu nazývame korpuskulárno-vlnový dualizmus (či dualizmus vlna-častica).

[úprava] Spôsob existencie hmoty

Spôsob existencie hmoty alebo vlastnosti ktorými sa vyznačuje.

[úprava] Pohyb

Pohyb je neoddeliteľnou vlastnosťou hmoty. Základné formy pohybu hmoty spolu zreteľne súvisia a sú na seba závislé. Prítomnosť jednej formy pohybu je predpokladom pre vznik a prítomnosť ostatnej formy pohybu. Rozdeľuje päť základných foriem pohybu:

1. mikrofyzikálny - pohyb elementárnych častíc a polí, vnútrojadrový pohyb a pohyb mikročastíc
2. chemický - pohyb atómov pri vzniku chemických väzieb
3. makrofyzikálny (mechanický) - premiesťnovanie telies a systémov v priestore, zmeny štruktúry
4. biologický - funkcia a vývoj živých organizmov
5. spoločenský - procesy prebiehajúce v spoločnosti

[úprava] Priestor

Pod pojmom priestor chápeme rozloženie hmotných objektov a vzájomný vzťah medzi nimi.

[úprava] Čas

Trvanie existencie hmoty a jej štruktúr a vzájomný vzťah každého z nich k predchádzajúcim a nasledujúcim hmotným objektom a jeho štruktúrám voláme čas.

Priestor a čas sú s hmotou nielen spojené ale piamo sú od nej závislé. Ich existencia je podmienená existenciou hmoty a jej pohybu.

Hmota je fundamentálny fyzikálny pojem. V minulosti úzko súvisel s filozofickým pojmom hmoty, pozri hmota (filozofia).

[úprava] Zloženie hmoty

Nasleduje zjednodušený model zloženia hmoty (podsunutý riadok znamená „predchádzajúce sa skladá z“):

• hmota v užšom zmysle:
  • látka:
    • molekuly, ióny:
      • atómy, ióny:
        • a) protóny, neutróny a iné hadróny:
          • kvarky
        • b) elektróny, neutrína a iné leptóny
  • pole:
    • fotóny
    • gluóny
    • W bozóny a Z bozóny
    • gravitóny
• antihmota:
  • a) antiprotóny, antineutróny a iné antihadróny:
    • antikvarky
  • b) antielektróny (=pozitróny), antineutrína a iné antileptóny

(Pozn:antifotóny, antigravitóny a podobne neexistujú)

[úprava] Skupenstvá hmoty

• pevné
• kvapalné
• plynné
• plazma
• Boseho-Einsteinov kondenzát
• fermiónový kondenzát (Deborah Jin, 2003)

Podľa novšej definície už pojmy pevné a kvapalné neexistujú, ale sa rozlišuje skupenstvo „kryštalické“ a „amorfné“.

Prechodmi hmoty z jedného skupenstva na druhé (fázová premena) sa zaoberá termodynamika.

[úprava] Vlastnosti hmoty

Hmota má niekoľko dôležitých vlastností:

• hmotnosť
• objem
• štruktúra
• látkové množstvo
• vnútorná tepelná energia

[úprava] Pozri aj

• antihmota
• zákon zachovania hmotnosti
• zákon zachovania energie