物質は、具体的な現実を持つあらゆる体を構成する物質です。最も一般的な 3 つの状態は、固体状態、液体状態、気体状態です。それは空間を占有し、物質の量は質量を使用して測定されます（物質の粒子を数えるときはモルを使用します）。したがって、物理学では、質量を持つものはすべて物質です。しかし、私たちの周りにある普通の物質はバリオンで構成されているため、共通言語では物質について話すときはバリオン物質について話します。したがって、この定義では、質量やエネルギーを持っているにもかかわらず、4 つの基本力を運ぶ基本ボソンは除外されます。
物質の状態
物質はいくつかの状態または段階で見られます。最もよく知られている 3 つの状態は、固体、液体、気体です。他にも、プラズマ、液晶、ボース・アインシュタイン凝縮、超流動など、もう少しエキゾチックな状態もあります。物質がある状態から別の状態に移動するとき、相転移が起こります。この現象は、状態図を介して熱力学で研究されます。相転移は、圧力、温度、体積、密度、エネルギーなど、物質の特定の特性が変化するときに発生します。
素粒子物理学における物質
基本レベルの物質はクォークとレプトンから構成されます。クォークは、強力な核力を介して結合してハドロン、主にバリオンと中間子を形成し、常にこのように閉じ込められていると推定されています。バリオンの中には陽子(正の電荷を持つ) と中性子(ゼロの電荷を持つ) があり、これらが結合して周期表のすべての化学元素の原子核を形成します。通常、これらの原子核は電子の雲(負の電荷を持ち、陽子の電荷とは正反対の電荷を持つ) に囲まれています。原子核と、原子核内に存在する正の陽子と同数の負の電子を含む雲によって形成される集合体が原子です。電気的には中性であり、それ以外の場合はイオンです[ 1 ] 。原子は一緒に配置されて、分子などのより大きく複雑な構造を形成できます。化学は、原子核と電子がどのように結合してさまざまな元素や分子を形成するかを研究する科学です。
物質の各粒子は、反物質の (反) 粒子 (電子陽電子など) と関連付けられています。反物質粒子は、その異なる電荷 (電荷、色の電荷) が反対であるという事実によって、相手粒子と区別されます。ただし、そのような粒子は同じ質量を持ちます。物理学の基本法則は反物質よりも物質を優先することを示していませんが、宇宙論的観測は宇宙がほぼもっぱら物質でできていることを示しています[ 2 ] [ 3 ]
物質と相対性理論
アルバート・アインシュタインの特殊相対性理論の研究は、有名な公式E = mc²を残しました。ここで、 Eは系の静止エネルギー、 mはその質量、 c は真空中の光の速度です。したがって、これは、質量がエネルギーと同等であり、その逆も同様であることを意味します。したがって、たとえば、いくつかの粒子が結合して原子を形成する場合、集合体の総質量は、構成要素の質量の合計よりも小さくなります。これは、実際には、構成要素の質量の一部が、結合を確実にするために必要な結合エネルギーに変換されるためです。全体。この現象は質量欠陥と呼ばれます。この同じ物理学者は、一般相対性理論のおかげで、時空の曲率と物質/エネルギーとの関連性を確立しました。物質は時空を曲線にし、時空は物質がどのように移動するかを示します。したがって、一般相対性理論では、物質とエネルギーは同じ旗の下にグループ化されており、それらの量を測定する 1 つの方法は、それらを含む時空の曲率を観察することです。
