Materia — begrepp, egenskaper och betydelse

Nästan all materia som man kan uppleva i vardagen är baryonisk materia. Detta omfattar alla slags atomer och ger dem egenskapen massa. Icke-baryonisk materia är, som namnet antyder, all slags materia som inte huvudsakligen består av baryoner. Detta kan omfatta neutriner och fria elektroner, mörk materia, såsom supersymmetriska partiklar, axioner och svarta hål.

Själva existensen av baryoner är en viktig fråga inom kosmologin. Man antar att Big Bang skapade ett tillstånd med lika stora mängder baryoner och antibaryoner. Den process genom vilken baryoner kom att bli fler än sina antipartiklar kallas baryogenes.

Materiens egenskaper

Materia kan upplevas direkt genom sinnena. Den har egenskaper som kan mätas, t.ex. massa, volym och densitet, och kvalitativa egenskaper som t.ex. smak, lukt och färg.

Exempel på materia

Alla fysiska kroppar i universum består av materia: galaxer, stjärnor och planeter, stenar, vatten och luft. Levande organismer som växter, djur och människor består också av materia.

Inom fysiken innehåller universum också saker som inte är materia, inklusive vissa elementarpartiklar som inte har någon vilomassa. Fotoner (elektromagnetisk strålning som ljus) är ett välkänt exempel.

Förutom sin vilomassa kan materia innehålla andra former av energi, som inte är materia men som gör det möjligt för dem att interagera med varandra genom att utbyta rörelseenergi, värme, ljus, ljudvågor osv.

Utanför de fysiska vetenskaperna kan det finnas många andra saker som inte är materia eller energi. Till exempel kan man uppleva känslor eller ha idéer.

Materiens struktur och sammansättning undersöks genom att bryta materien i allt mindre bitar. Därför består levande organismer av celler. Celler består av molekyler, som är uppsättningar av atomer som är bundna till varandra. Varje atom är i sin tur en sammansättning av elementarpartiklar.

Fysikerna klassificerar också materia i några breda kategorier, så kallade tillstånd, med helt olika egenskaper:

• Fasta ämnen är materiella objekt som består av molekyler och atomer som är så starkt bundna till varandra att de tenderar att behålla sin form även när de flyttas, även om de kan deformeras under påfrestningar. Exempel: en sten, ett bord, en kniv, ett isblock.
• Vätskor är materia som består av molekyler och atomer som är svagt bundna till varandra. De har ingen egentlig form. Det finns två typer av vätskor:
• Vätskor omfattar kondenserade former av materia, som fasta ämnen, men där bindningarna mellan de ingående elementen (molekyler, atomer) gör att de kan röra sig i förhållande till varandra samtidigt som de fortsätter att hålla ihop i stort sett: de har en bestämd yta. Vätskor antar formen på de behållare som de finns i. Exempel: vatten, olja, blod, lava, läskedrycker.
• Gaser är mängder materia där bindningarna mellan de ingående elementen (molekyler, atomer) är så lösa eller svaga att de kan röra sig oberoende av varandra. Gaser uppvisar ingen egentlig yta, utan tenderar att expandera för att uppta hela den tillgängliga volymen. Exempel: luft, vattenånga, helium.
• Plasmas består av joniserad materia och är främst av intresse för forskare. Exempel: jordens jonosfär, solens korona. Partiklarna i en plasma är en blandning mellan en vätska och en gas. Partiklarna kan röra sig fritt, som en vätska, och attraktionen är svag, som en gas. Detta materiatillstånd är inte helt klarlagt. Ett exempel på plasma finns i blixtar.
• Ett Bose-Einstein-kondensat (BEC) är ett tillstånd av materia bestående av en utspädd gas av bosoner som kylts ned till temperaturer mycket nära den absoluta nollpunkten (0 K eller -273,15 °C).

En viss mängd materia kan övergå från ett tillstånd till ett annat beroende på temperatur och tryck. På jorden kan vatten existera samtidigt i tre tillstånd: fast (is), flytande vatten (sjöar, hav) och gas (ånga).

• Antimateria
• Atomteori
• Atomer