문제
Matter고전 물리학과 일반 화학에서 물질은 질량을 가지고 있고 [1]부피를 가지고 공간을 차지하는 물질이다.만질 수 있는 모든 일상적인 물체는 궁극적으로 상호작용하는 아원자 입자로 구성된 원자로 구성되어 있고, 과학적으로 사용되는 것뿐만 아니라, "물질"은 일반적으로 원자들과 그것들로 구성된 모든 것, 그리고 마치 그들이 정지 질량과 부피를 모두 가지고 있는 것처럼 작용하는 모든 입자 (또는 입자의 조합)를 포함합니다.그러나 광자와 같은 무질량 입자 또는 빛이나 열과 [1]: 21 [2]같은 다른 에너지 현상이나 파장은 포함되지 않습니다.물질은 다양한 상태(상이라고도 함)로 존재합니다.여기에는 고체, 액체 및 기체와 같은 고전적인 일상 단계가 포함됩니다. 예를 들어 물은 얼음, 액체 물, 기체 증기로 존재하지만 플라즈마, 보스-아인슈타인 응축물, 페르미온 응축물, 쿼크-글루온 [3]플라즈마를 포함한 다른 상태가 가능합니다.
보통 원자는 양성자와 중성자의 핵, 그리고 [4][5]"공간을 차지하는" 궤도를 도는 전자의 "구름"으로 상상될 수 있습니다.그러나 아원자 입자와 그 특성이 양자성에 의해 지배되기 때문에, 이것은 그들이 일상적인 물체로 작용하지 않는다는 것을 의미하기 때문에, 그들은 입자뿐만 아니라 파동처럼 행동할 수 있고, 명확한 크기나 위치를 가지고 있지 않다.소립자 물리학의 표준 모델에서, 원자의 기본 구성 요소는 그 단어의 일상적 의미에 내재된 "크기"나 "체적"을 가지지 않는 양자 실체이기 때문에 물질은 기본 개념이 아니다.배제 원리와 다른 기본적인 상호작용으로 인해, 페르미온으로 알려진 일부 "점 입자"와 많은 복합 재료와 원자는 효과적으로 일상적인 조건에서 다른 입자와 거리를 두도록 강요됩니다; 이것은 우리에게 공간을 차지하는 물질로 보이는 물질의 속성을 만듭니다.
자연과학의 역사 대부분에서 사람들은 물질의 정확한 본질을 생각해 왔다.물질이 분리된 구성 요소로 만들어졌다는 생각, 이른바 물질의 입자 이론은 기원전 [6]1세기 불교, 힌두교, 자인교 사이에서 고대 그리스와 고대 인도에서 독립적으로 나타났다.물질의 입자 이론을 제안한 고대 철학자들로는 카나다(기원전 6세기 또는 그 이후),[7] 레우키푸스(기원전 490년), 데모크리투스(기원전 [8]470년–380년)가 있다.
질량과의 비교
물질과 질량을 혼동해서는 안 된다. 현대 물리학에서는 [9]이 두 가지가 같지 않기 때문이다.물질은 '물리적 물질'을 설명하는 일반적인 용어이다.반면 질량은 물질이 아니라 물질과 다른 물질 또는 시스템의 양적 특성이다. 물리 내에서 다양한 유형의 질량이 정의된다. 여기에는 정지 질량, 관성 질량, 상대론적 질량, 질량 – 에너지가 포함되지만 이에 국한되지는 않는다.
어떤 물질로 간주되어야 하는지에 대한 다른 관점이 있지만, 물질의 질량은 정확한 과학적 정의를 가지고 있다.또 다른 차이점은 물질은 반물질이라고 불리는 "대립체"를 가지고 있지만 질량은 반대되는 것이 없다는 것입니다. 과학자들이 그 개념을 논의하기는 하지만 알려진 한, "반질량"이나 음의 질량과 같은 것은 없습니다.반물질은 일반 물질과 동일한 질량 특성을 갖는다(즉, 양의).
과학의 다른 분야들은 물질이라는 용어를 서로 다른, 때로는 양립할 수 없는 방식으로 사용한다.이러한 방법들 중 일부는 질량과 물질의 양을 구별할 이유가 없었던 시절부터 느슨한 역사적 의미에 기초하고 있다.이와 같이, "matter"라는 단어에 대해 보편적으로 합의된 과학적 의미는 없다.과학적으로 "질량"이라는 용어는 잘 정의되어 있지만, "물질"은 여러 가지 방법으로 정의될 수 있습니다.때때로 물리학 분야에서 "물질"은 쿼크나 렙톤과 같이 정지 질량을 보이는 입자(즉, 빛의 속도로 이동할 수 없는 입자)와 단순하게 동일하다.그러나 물리학과 화학에서 물질은 파동 유사성과 입자 유사성,[10][11][12] 이른바 파동-입자 이중성을 모두 보인다.
정의.
원자 베이스
물리적, 화학적 구조에 기초한 "물질"의 정의는 다음과 같습니다: 물질은 [13]원자로 구성되어 있습니다.그러한 원자 물질은 때때로 보통 물질이라고도 불린다.예를 들어, 디옥시리보핵산 분자(DNA)는 원자로 만들어졌기 때문에 이 정의에 따른 물질이다.이 정의는 하전된 원자와 분자를 포함하도록 확장될 수 있으며, 원자 정의에는 분명히 포함되지 않는 플라스마(이온 가스)와 전해질(이온 용액)을 포함할 수 있다.또는 양성자, 중성자, 전자 정의를 채택할 수 있습니다.
양성자, 중성자 및 전자에 기반함
원자와 분자의 정의보다 더 미세한 "물질"의 정의는 다음과 같습니다: 물질은 원자와 분자가 무엇으로 구성되어 있는지, 양전하를 띤 양성자, 중성자, 그리고 음전하를 띤 [14]전자로 이루어진 모든 것을 의미합니다.그러나 이 정의는 원자와 분자를 넘어 단순히 원자나 분자가 아닌 구성 블록으로 만들어진 물질, 예를 들어 오래된 브라운관 텔레비전의 전자 빔이나 백색 왜성 물질(일반적으로 퇴화된 전자 바다에 있는 탄소 및 산소 핵)을 포함합니다.미시적 수준에서, 양성자, 중성자, 전자와 같은 물질의 구성 입자는 양자 역학의 법칙을 따르고 파동-입자 이중성을 보인다.더 깊은 수준에서, 양성자와 중성자는 쿼크와 그것들을 결합하는 힘장(글루온)으로 구성되어 다음 정의로 이어집니다.
쿼크와 렙톤을 기반으로 합니다.

위의 논의에서 보듯이, "보통 물질"이라고 할 수 있는 것의 많은 초기 정의는 그 구조 또는 "구성 요소"에 기초했다.소립자의 규모에서, 이 전통을 따르는 정의는 "보통 물질은 쿼크와 렙톤으로 구성된 모든 것" 또는 "보통 물질은 반물질과 반입자를 제외한 모든 소 페르미온으로 구성된 모든 것"[15][16][17]으로 언급될 수 있다.이들 제형 간의 연결은 다음과 같습니다.
렙톤(가장 유명한 것은 전자)과 쿼크(양자와 중성자와 같은 중입자가 만들어지는 것)는 원자를 형성하기 위해 결합하고, 원자는 다시 분자를 형성합니다.원자와 분자는 물질이라고 하기 때문에 "일반적인 물질은 원자와 분자가 같은 물질로 만들어진 모든 것"이라고 정의를 내리는 것은 당연하다. (그러나 이러한 구성 요소로부터도 원자나 분자가 아닌 물질을 만들 수 있다는 것을 주목하라.)그리고, 전자는 렙톤이고, 양성자와 중성자는 쿼크로 만들어지기 때문에, 이 정의는 차례로 물질의 4가지 기본 페르미온 중 2가지 유형인 "쿼크와 렙톤"으로 이어집니다.캐리어스와 그래니스 상태: "보통 물질은 전적으로 1세대 입자, 즉 [위]와 [아래] 쿼크와 전자와 그 [16]중성미자로 구성되어 있습니다." (높은 세대의 입자는 1세대 입자로 빠르게 붕괴되어 일반적이지 않습니다.)[18]
보통 물질에 대한 이러한 정의는 처음 보이는 것보다 더 미묘하다.일반 물질을 구성하는 모든 입자는 소 페르미온이고, 반면 모든 힘 운반체는 소 [19]보손입니다.약한 힘을 매개하는 W와 Z 보손은 쿼크나 렙톤으로 만들어지지 않았기 때문에 [20]질량이 있다고 해도 일반적인 물질이 아니다.다시 말해 질량은 일반적인 물질에만 국한된 것이 아니다.
그러나 일반 물질의 쿼크-렙톤 정의는 물질의 기본 구성 요소뿐만 아니라 구성 요소(예를 들어 아톰과 분자)로 만들어진 복합 재료도 포함한다.이러한 복합 재료는 성분을 서로 고정하는 상호작용 에너지를 포함하고 있으며 복합 재료 질량의 대부분을 구성할 수 있습니다.예를 들어, 원자의 질량은 크게는 단순히 그 구성 요소인 양성자, 중성자 및 전자의 질량의 합이다.하지만, 더 깊이 파고들면, 양성자와 중성자는 글루온 장에 의해 함께 결합된 쿼크로 구성되며(양자 색역학의 역학 참조), 이러한 글루온 장은 하드론 [21]질량에 크게 기여합니다.다시 말해, 일반 물질의 "질량"을 구성하는 것의 대부분은 양성자와 [22]중성자 안에 있는 쿼크의 결합 에너지 때문이다.예를 들어 핵자 내 3개의 쿼크의 질량의 합계는 약 12.5MeV2/c로 핵자 질량(약 938MeV/c2)[23][24]에 비해 낮다.결론은 일상의 물체의 질량은 대부분 기본 구성 요소의 상호작용 에너지에서 나온다는 것이다.
표준 모형은 물질 입자를 3세대로 분류하며, 각 세대는 2개의 쿼크와 2개의 렙톤으로 구성됩니다.첫 번째 세대는 위아래 쿼크, 전자와 전자 중성미자, 두 번째 세대는 매력과 기묘한 쿼크, 뮤온과 뮤온 중성미자,[25] 세 번째 세대는 위아래 쿼크와 타우 중성미자로 구성됩니다.이것에 대한 가장 자연스러운 설명은 더 높은 세대의 쿼크와 렙톤이 1세대의 들뜬 상태라는 것입니다.만약 이것이 사실로 밝혀진다면, 쿼크와 렙톤은 [26]소립자가 아닌 복합입자라는 것을 의미하게 될 것이다.
이러한 물질의 쿼크-렙톤 정의는 "순물질의 보존" 법칙으로 설명될 수 있는 것으로도 이어집니다. 이 법칙은 나중에 논의됩니다.또는 물질의 질량-부피-공간 개념으로 돌아가 반물질이 물질의 하위 분류로 포함되는 다음 정의를 도출할 수 있다.
기초 페르미온(질량, 부피, 공간) 기준
물질에 대한 일반적인 또는 전통적인 정의는 "질량과 부피(공간을 차지하는)"[27][28]를 가진 모든 것"입니다.예를 들어, 자동차는 질량과 부피가 있기 때문에 물질로 만들어졌다고 말할 수 있다.
물질이 공간을 차지한다는 관찰은 고대로 거슬러 올라간다.그러나 물질이 공간을 차지하는 이유에 대한 설명은 최근의 것으로 페르미온에 적용되는 파울리 배타 [29][30]원리에 기술된 현상의 결과라고 주장되고 있다.배타원리가 우주 점유와 명확하게 관련된 두 가지 특별한 예는 아래에서 자세히 논의한 백색왜성과 중성자별이다.
그러므로 물질은 기초 페르미온으로 구성된 모든 것으로 정의될 수 있다.우리가 일상 생활에서 그것들을 마주치지는 않지만, 반양성자와 반양성자와 반양성자(양성자와 같은)는 쿼크와 렙톤의 반입자이며, 또한 기본적인 페르미온이며, 파울리 배타원리의 적용가능성을 포함하여 쿼크와 렙톤과 본질적으로 같은 특성을 가지고 있다.두 입자가 동시에 (같은 상태에 있는) 같은 장소에 있는 것을 방지하기 위한 보조 장치, 즉 각 입자가 "공간을 차지"하게 한다.이 특별한 정의는 이러한 반물질 입자와 일반 쿼크와 렙톤, 그리고 쿼크와 반물질로 이루어진 불안정한 입자인 중간자로 만들어진 모든 것을 포함하도록 정의되게 한다.
일반상대성이론과 우주론에서
상대성 이론의 맥락에서 질량은 첨가량이 아닙니다. 즉,[1]: 21 시스템의 총 휴지 질량을 얻기 위해 시스템의 나머지 입자 질량을 더할 수 없습니다.따라서, 상대성 이론에서는 일반적으로 정지 질량의 합이 아니라 물질의 양을 수량화하는 에너지-모멘텀 텐서라는 것이 일반적인 견해이다.이 텐서는 전체 시스템에 대한 나머지 질량을 제공합니다.따라서 "물질"은 때때로 시스템의 에너지-모멘텀에 기여하는 모든 것, 즉 순수하게 [31][32]중력이 아닌 모든 것으로 간주됩니다.이 견해는 우주론과 같은 일반 상대성 이론을 다루는 분야에서 흔히 볼 수 있다.이러한 관점에서 빛과 다른 질량이 없는 입자와 장은 모두 "물질"의 일부이다.
구조.
입자 물리학에서 페르미온은 페르미-디락 통계를 따르는 입자입니다.페르미온은 전자처럼 원소일 수도 있고 양성자나 중성자처럼 복합체일 수도 있습니다.표준 모형에는 쿼크와 렙톤이라는 두 가지 종류의 기본 페르미온이 있는데, 이 두 가지는 다음에 논의됩니다.
쿼크
쿼크는 스핀 1⁄2의 거대한 입자로 페르미온임을 암시한다.이들은 -133e(다운형 쿼크) 또는 +233e(업형 쿼크)의 전하를 가지고 있다.비교를 위해 전자는 -1 e의 전하를 가진다.또한 강한 상호작용을 위한 전하에 해당하는 색상 전하도 있습니다.쿼크는 또한 방사능 붕괴를 겪는데, 이는 쿼크가 약한 상호작용에 영향을 받는다는 것을 의미한다.
이름. | 기호. | 회전하다 | 전하 (e) | 덩어리 (MeV/c2) | 에 필적 | 반입자 | 반입자 기호. |
---|---|---|---|---|---|---|---|
업형 쿼크 | |||||||
업. | u | 1/2 | +2×3 | 1.5 ~ 3.3 | 최대 5전자 | 안티업 | u |
매력 | c . | 1/2 | +2×3 | 1160 ~ 1340 | 최대 1개의 양성자 | 항암제 | c |
정상 | t . | 1/2 | +2×3 | 169,100 ~173,300 | 최대 180 양성자 또는 최대 1 텅스텐 원자 | 안티톱 | t |
다운형 쿼크 | |||||||
밑. | d | 1/2 | -1×3 | 3.5 ~ 6.0 | 최대 10 전자 | 안티다운 | d |
이상하다 | s . | 1/2 | -1×3 | 70 ~ 130 | 최대 200 전자 | 안티스트레인지 | s |
맨 아래 | b . | 1/2 | -1×3 | 4130 ~ 4370 | 최대 5 양성자 | 반점막 | b |
바리오닉
바리온은 강하게 상호작용하는 페르미온이며 페르미-디락 통계의 대상이다.중입자 중에는 원자핵에서 발생하는 양성자와 중성자가 있지만, 다른 불안정한 중입자들도 많이 존재한다.바리온이라는 용어는 보통 세 개의 쿼크로 이루어진 입자인 세 개의 쿼크를 가리킨다.또한, 4개의 쿼크와 1개의 반쿼크로 이루어진 "특이한" 바리온은 펜타쿠크로 알려져 있지만, 그들의 존재는 일반적으로 받아들여지지 않는다.
바리온 물질은 바리온으로 이루어진 우주의 일부분이다.우주의 이 부분은 암흑 에너지, 암흑 물질, 블랙홀 또는 백색 왜성과 중성자별을 구성하는 다양한 형태의 퇴화 물질을 포함하지 않습니다.윌킨슨 마이크로파 이방성 탐사선이 본 극초단파 빛은 최고의 망원경 범위 내에 있는 우주의 그 부분의 약 4.6%만이 중입자 물질로 이루어져 있다는 것을 암시합니다.약 26.8%가 암흑 물질이고, 약 68.3%가 [34]암흑 에너지입니다.
눈에 보이는 별과 은하단 내부의 가스가 우주의 [35]질량 에너지 밀도에 기여하는 일반 물질의 10% 미만을 차지하기 때문에 우주의 일반 물질의 대부분은 보이지 않습니다.

하드론
강입자 물질은 강입자(바리온과 중간자) 또는 쿼크 물질(원자핵의 일반화), 즉 '저온' [36]QCD 물질을 지칭할 수 있다.그것은 퇴화 물질과 고에너지 중핵 [37]충돌의 결과를 포함한다.
퇴화
물리학에서 퇴화물질은 [38]절대영도에 가까운 온도에서 페르미온 가스의 지면 상태를 말한다.파울리 배타 원리는 오직 두 개의 페르미온만이 양자 상태를 차지할 수 있다고 요구한다. 하나는 스핀업이고 다른 하나는 스핀다운이다.따라서, 0도 온도에서 페르미온은 모든 이용 가능한 페르미온을 수용하기에 충분한 레벨을 채우고, 많은 페르미온의 경우, 최대 운동 에너지와 가스의 압력은 물질의 정상 상태와는 달리 매우 커지며, 페르미온 수에 따라 달라집니다.
퇴화 물질은 무거운 [39]별들의 진화 과정에서 발생하는 것으로 생각된다.백색왜성이 배타원리로 인해 최대 허용질량을 갖는다는 수브라흐마니안 찬드라세카르의 증명은 [40]항성진화론에 혁명을 일으켰다.
퇴화물질은 중성자별과 백색왜성으로 구성된 우주의 일부를 포함한다.
이상하다
이상한 물질은 쿼크 물질의 특정한 형태로, 보통 위, 아래, 그리고 이상한 쿼크의 액체로 생각됩니다.그것은 중성자와 양성자의 액체인 핵물질과 위아래 쿼크만을 포함하는 쿼크 액체인 비이상 쿼크 물질과 대조된다.충분히 높은 밀도에서, 이상한 물질은 색초전도일 것으로 예상된다.이상한 물질은 중성자별의 중심에서 발생하거나, 더 추측적으로, 크기가 펨토미터(이상한 것)에서 킬로미터(쿼크 별)까지 다양할 수 있는 고립된 물방울로서 발생한다는 가설이 있다.
두 가지 의미
입자물리학과 천체물리학에서 이 용어는 두 가지 방법으로 사용된다. 하나는 더 넓은 것이고 다른 하나는 더 구체적인 것이다.
- 더 넓은 의미는 단지 위, 아래, 이상한 세 가지 맛의 쿼크를 포함하는 쿼크 물질이다.이 정의에는 임계 압력과 관련된 임계 밀도가 있으며, 핵 물질(양자와 중성자로 구성)이 이 밀도 이상으로 압축되면 양성자와 중성자가 쿼크로 분리되어 쿼크 물질(아마도 이상한 물질)을 생성한다.
- 좁은 의미는 핵물질보다 안정적인 쿼크물질이다.이것이 일어날 수 있다는 생각은 보드머와[41] [42]비튼의 "이상한 물질 가설"이다.이 정의에서 임계 압력은 0입니다. 물질의 실제 지상 상태는 항상 쿼크 물질입니다.핵물질의 물방울인 우리 주변의 물질에서 볼 수 있는 핵은 실제로 전이 가능하며, 충분한 시간(또는 적절한 외부 자극)이 주어지면 이상한 물질의 물방울로 붕괴될 것이다.
렙톤스
렙톤은 스핀-1⁄2의 입자로 페르미온임을 의미한다.전기 공급기는 -1e(충전된 렙톤) 또는 0e(중성미자)의 전하를 가지고 있습니다.쿼크와 달리 렙톤은 색전하를 띠지 않기 때문에 강한 상호작용을 하지 않습니다.렙톤은 또한 방사능 붕괴를 겪는데, 이는 그들이 약한 상호작용의 영향을 받는다는 것을 의미한다.렙톤은 거대한 입자이기 때문에 중력의 영향을 받습니다.
이름. | 기호. | 회전하다 | 전하 (e) | 덩어리 (MeV/c2) | 에 필적 | 반입자 | 반입자 기호. |
---|---|---|---|---|---|---|---|
하전[43] 렙톤 | |||||||
전자 | 이− | 1/2 | −1 | 0.5110 | 전자 1개 | 반전자 | 이+ |
뮤온 | μ− | 1/2 | −1 | 105.7 | 최대 200 전자 | 안티뮤온 | μ+ |
타우 | τ− | 1/2 | −1 | 1,777 | 최대 2개의 양성자 | 안티토 | τ+ |
중성미자[44] | |||||||
전자 중성미자 | ν e | 1/2 | 0 | 0.000460 미만 | 1µ1000 미만 전자 | 전자 안티뉴트리노 | ν e |
뮤온 중성미자 | ν μ | 1/2 | 0 | < 0.19 | 1⁄2 전자 미만 | 뮤온 안티뉴트리노 | ν μ |
타우 중성미자 | ν τ | 1/2 | 0 | 18.2 미만 | 40 전자 미만 | 타우 안티뉴트리노 | ν τ |
단계
일반적으로 물질은 주변 압력, 온도 및 [47]부피에 따라 [46]상으로 알려진 여러 가지 다른 형태 또는 응집 상태로 존재할 수 있습니다.상은 상대적으로 균일한 화학 성분과 물리적 특성(밀도, 비열, 굴절률 등)을 가진 물질의 한 형태입니다.이러한 단계에는 친숙한 세 가지 물질(용액, 액체, 기체)뿐만 아니라 더 이국적인 물질 상태(플라스마, 초유체, 초고체, 보스-아인슈타인 응축물 등)가 포함된다.유체는 액체, 가스 또는 플라즈마일 수 있다.또한 자성 물질의 상사성 및 강자성 위상이 있습니다.상황이 변함에 따라 물질은 한 단계에서 다른 단계로 바뀔 수 있습니다.이러한 현상을 상전이라고 하며, 열역학 분야에서 연구됩니다.나노물질에서는 표면적 대 부피의 비율이 크게 증가하면 벌크물질과는 전혀 다른 성질을 보일 수 있으며 벌크상으로는 잘 설명되지 않습니다(자세한 내용은 나노물질 참조).
상은 때때로 물질의 상태라고 불리지만, 이 용어는 열역학 상태와 혼동될 수 있습니다.예를 들어, 서로 다른 압력으로 유지되는 두 기체는 서로 다른 열역학 상태(다른 압력)이지만 동일한 위상(둘 다 기체)입니다.
반물질
반물질은 일반 물질을 구성하는 반입자로 구성된 물질이다.입자와 반입자가 서로 접촉하면 두 입자는 전멸한다. 즉, 둘 다 알버트 아인슈타인의 방정식 E2 = mc에 따라 동일한 에너지를 가진 다른 입자로 변환될 수 있다.이러한 새로운 입자는 고에너지 광자(감마선) 또는 다른 입자-반입자 쌍일 수 있다.결과 입자는 소멸 생성물의 나머지 질량과 같은 운동 에너지를 부여받는데, 이는 종종 매우 큰 원래 입자-반입자 쌍의 나머지 질량과 같다."물질"의 어떤 정의를 채택하느냐에 따라 반물질은 물질의 특정 하위 분류 또는 물질의 반대라고 할 수 있다.
반물질은 지구상에서 자연적으로 발견되지 않는다.단, 매우 짧은 시간 동안 그리고 사라질 정도로 적은 양(방사능 붕괴, 번개 또는 우주선의 결과)이다.이는 적절한 물리학 실험실의 테두리 밖에서 지구에 존재하는 반물질은 거의 즉각적으로 지구를 구성하고 있는 보통의 물질과 만나 전멸할 것이기 때문이다.반입자와 일부 안정적인 반물질(예: 반수소)은 소량으로 만들어질 수 있지만, 이론적인 특성 중 몇 가지를 테스트하는 것 이상을 할 수 있는 충분한 양은 아니다.
왜 관측 가능한 우주가 명백히 거의 전부 물질인지, 그리고 다른 장소들이 거의 완전히 반물질인지 아닌지에 대한 상당한 추측이 과학과 공상 과학 소설에서 있다.초기 우주에서는, 이 문제와antimatter이, 그리고 antimatter의 소멸은 표준 Model,[48]문제의 명백한 비대칭, 그리고 antimatter 우주에서 볼 수 있는지만 이 시간에서 얻어질 수 있는 물리 법칙 CP(charge-parity)대칭 위반으로 불리는 비대칭성을 필요로 한다고 생각한다.는물리학에서 가장 큰 미해결 문제 중 하나죠그것이 생겨난 가능한 과정들은 중입자 형성에 의해 더 자세히 탐구된다.
공식적으로 반물질 입자는 음의 바리온 수 또는 렙톤 수로 정의될 수 있는 반면, "정상" (비반물질) 물질 입자는 양의 바리온 [49]수 또는 렙톤 수를 가집니다.이 두 종류의 입자는 서로 반입자 파트너입니다.
2017년 10월, 과학자들은 빅뱅에서 똑같이 생성된 물질과 반물질은 서로를 완전히 파괴하고 그 결과 우주가 존재하지 [50][51]않아야 한다는 추가 증거를 보고했다.이것은 초기 형성 우주에서 물질과 반물질의 완전한 상호 파괴를 막았거나 두 형태 사이의 불균형을 야기한 어떤 것이 아직 과학자들에게 알려지지 않은 것이 있을 것이라는 것을 암시한다.
보존.
쿼크-렙톤(및 반쿼크-안틸렙톤)의 관점에서 물질의 양을 정의할 수 있는 두 가지 양, 바리온 수 및 렙톤 수가 표준 모델에 보존된다.양성자나 중성자 등의 중입자는 바리온수가 1이고, 쿼크는 바리온에 3개가 있기 때문에 1/3의 바리온수가 주어진다.따라서 물질의 순량은 바리온 수에 비례하는 쿼크 수(각각 -1/3의 바리온 수를 뺀 것)와 렙톤 수(렙톤 수)로 측정하면 어떤 과정에서도 실질적으로 변화할 수 없다.핵폭탄에서도 중입자(원자핵이 구성된 원자핵과 중성자)는 파괴되지 않는다. 반응 전과 마찬가지로 많은 중입자가 있기 때문에, 이러한 물질 입자는 실제로 파괴되지 않으며 심지어 비물질 입자(빛이나 방사선의 광자)로 변환되지도 않는다.대신, 핵(그리고 아마도 색역학적) 결합 에너지가 방출되는데, 이러한 중입자가 원래의 작은(수소) 핵과 큰(플루토늄 등) 핵에 비해 핵당 에너지(및 등가질량)가 더 적다.전자-양성자 소멸에서도 파괴되는 순물질은 없다.왜냐하면 소멸 전에는 순물질(총 렙톤수 및 바리온수 0)이 없었기 때문이다(렙톤수 1을 뺀 항립톤수 1은 순렙톤수 0을 뺀 값이다). 그리고 이 순물질은 소멸 후에도 단순히 0을 유지하므로 변화하지 않는다.켜집니다.[52]
간단히 말해서, 물질은 물리학에서 정의된 바와 같이 중입자와 렙톤을 말한다.물질의 양은 바리온과 렙톤수로 정의된다.바리온과 렙톤은 만들어질 수 있지만, 그들의 생성은 항바리온이나 항알렙톤을 동반한다; 그리고 그들은 항바리온이나 항알렙톤으로 그들을 전멸시킴으로써 파괴될 수 있다.항바리온 항균은 음의 바리온 렙톤수를 가지고 있기 때문에, 전체적인 바리온 렙톤수는 변하지 않기 때문에 물질이 보존됩니다.그러나 중입자/렙톤과 항입자/항입자는 모두 양의 질량을 가지므로 총질량은 보존되지 않는다.게다가, 자연적 또는 인공적인 핵반응을 제외하면, 우주에는 일반적으로 이용 가능한 반물질이 거의 없기 때문에(바리온 비대칭성과 렙토제네시스 참조), 정상적인 상황에서는 입자 전멸이 드물다.
어두운
쿼크와 렙톤 정의에서 보통 물질은 관측 가능한 우주의 에너지의 약 4%를 차지한다.남아 있는 에너지는 특이한 형태에 의한 것으로 이론화되어 있으며, 그 중 23%는[54][55] 암흑 물질이고 73%는 [56][57]암흑 에너지이다.
천체물리학과 우주론에서, 암흑물질은 직접적으로 관찰될 수 있을 만큼 충분한 전자기 복사를 방출하거나 반사하지 않지만, 눈에 [61][62]보이는 물질에 대한 중력 효과로부터 그 존재를 추론할 수 있는 알려지지 않은 구성 물질이다.초기 우주의 관측 증거와 빅뱅 이론은 이 물질이 에너지와 질량을 가지고 있지만, 보통의 중입자(원자와 중성자)로 구성되어 있지 않다는 것을 요구한다.일반적으로 받아들여지는 견해는 대부분의 암흑물질은 본질적으로 [61]비중성 물질이라는 것이다.이와 같이, 아직 실험실에서 관찰되지 않은 입자로 구성되어 있다.아마도 그것들은 표준 모형 입자가 아니라 우주의 초기 단계에서 매우 높은 에너지로 형성되어 여전히 [61]떠다니는 [63]유물이다.
에너지
우주론에서, 암흑 에너지는 우주의 팽창 속도를 가속화하는 반발 영향의 원천에 붙여진 이름입니다.이것의 정확한 성질은 현재 미스터리이지만, 그 효과는 에너지 밀도 및 압력과 같은 물질적 특성을 진공 자체에 [64][65]할당함으로써 합리적으로 모델링될 수 있습니다.
우주에 있는 물질 밀도의 70%는 암흑 에너지의 형태로 보입니다.26%는 암흑 물질입니다.단 4%만이 평범한 물질이다.그래서 20분의 1도 안 되는 부분이 우리가 실험적으로 관찰하거나 입자물리학의 표준모형에 기술된 물질로 만들어집니다.나머지 96%는 방금 언급한 특성 외에는 전혀 아는 게 없습니다.
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이국적인
이국적인 물질은 소립자 물리학의 개념으로, 암흑 물질과 암흑 에너지를 포함할 수 있지만 알려진 물질의 하나 또는 그 이상의 성질을 위반하는 가설적인 물질을 포함하기도 한다.그러한 물질 중 일부는 음의 질량과 같은 가상의 특성을 가질 수 있다.
역사 연구
고대 (기원전 600년경–기원전 322년경)
고대 인도에서 불교, 힌두교, 자이나교는 각각 물질의 입자 이론을 발전시켰고, 모든 물질은 그 자체로 "영원하고 파괴할 수 없고 무수한" 원자들로 이루어져 있으며, 보다 복잡한 물질을 형성하기 위해 특정한 기본 자연 법칙에 따라 결합되고 분리되는 원자(파라마누, 푸갈라그들은 [6]영혼에 대한 생각, 혹은 영혼의 결여를 물질론에 결합했다.이 이론의 가장 강력한 개발자와 옹호자는 냐야 비셰시카 학파로 철학자 카나다(기원전 6세기 경)의 사상이 가장 많이 [6][7]계승되었다.불교도들은 또한 기원전 1세기 말에 이러한 사상들을 발전시켰는데, 이는 바이샤시카 힌두교와 비슷하지만 영혼이나 [6]양심이 전혀 포함되지 않은 사상이었다.Jains는 각각의 [66]원자에 미각, 후각, 촉각, 색과 같은 특성을 더하면서 영혼(jiva)을 포함했다.그들은 초기 힌두교와 불교 문헌에서 발견된 생각들을 원자가 습하거나 건조하며, 이 질 좋은 시멘트가 중요하다는 것을 추가함으로써 확장시켰다.그들은 또한 원자가 서로 끌어당겨 결합하고, 영혼은 이 원자에 붙어 카르마 잔기로 변형되고,[6] 다시 태어날 때마다 변이하는 가능성을 제안했다.
유럽에서는 소크라테스 이전이 가시 세계의 근본적인 본질을 추측했다.탈레스(기원전 624년경–기원전 546년경)는 물을 세계의 기본 물질로 간주했다.Anaximander(기원전 610년경–기원전 546년경)는 기본적인 물질이 전혀 특징이 없거나 무한한 물질이라고 가정했다.아낙시메네스(기원전 585년, 기원전 528년)는 기본 성분이 편마 또는 공기라고 가정했다.헤라클리투스(기원전 535년경–기원전 475년경)는 모든 것이 변화하고 있다는 것을 의미하지만, 기본 원소는 불이라고 말하는 것 같다.엠페도클레스 (기원전 490–430년)는 모든 것이 만들어진 네 가지 요소에 대해 이야기했다: 흙, 물, 공기, 그리고 불.[67]한편, 파르메니데스는 변화는 존재하지 않는다고 주장했고, 데모크리투스는 모든 것이 원자라고 불리는 모든 형태의 아주 작고 불활성적인 물체로 구성되어 있다고 주장했습니다. 원자론이라고 불리는 철학입니다.이 모든 개념들은 깊은 철학적 [68]문제를 가지고 있었다.
아리스토텔레스 (기원전 384–322)는 그의 자연 철학, 특히 물리학 책 [69]I에서 했던 것처럼 건전한 철학적 기초 위에 개념을 둔 최초의 사람이었다.그는 네 가지 엠페도클레어 요소를 합리적인 가정으로 채택했지만 다섯 번째인 에테르를 추가했다.그럼에도 불구하고, 이러한 요소들은 아리스토텔레스의 마음에서 기본적이지 않다.오히려 그들은 눈에 보이는 세상의 다른 모든 것들과 마찬가지로 물질과 형태의 기본적인 원리로 구성되어 있다.
물질에 대한 저의 정의는 이것뿐입니다.각 사물의 주요 기질입니다.이 기질은 조건 없이 생겨나고, 그 결과도 지속됩니다.
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아리스토텔레스가 물질에 사용하는 단어인 λη ( (hyhyhyhyhylele는 말 그대로 나무나 목재, 즉 [70]건축을 위한 "원재료"로 번역될 수 있다.사실, 아리스토텔레스의 물질 개념은 만들어지거나 구성되는 무언가와 본질적으로 연결되어 있다.다시 말해, 물질을 단순히 공간을 차지하는 것으로 보는 초기의 현대적 개념과는 대조적으로, 아리스토텔레스의 물질은 분명히 과정이나 변화와 연관되어 있다: 물질은 물질의 변화의 기초가 되는 것이다.예를 들어, 말은 풀을 먹는다: 말은 풀을 스스로 바꾼다. 풀은 말에게 지속되지 않지만, 말의 어떤 측면은 그렇다.이 문제는 구체적으로 기술되지 않았지만(예를 들어, 원자) 풀에서 말로의 물질 변화에서 지속되는 모든 것으로 구성됩니다.이 이해의 물질은 독립적으로(즉, 물질로서) 존재하는 것이 아니라 형태와 함께 상호의존적으로(즉, "원칙"으로서) 존재하며, 그 기초가 변화하는 한에만 존재한다.물질과 형태의 관계가 부분과 전체 사이의 관계와 매우 유사하다고 생각하면 도움이 될 수 있습니다.아리스토텔레스에게 물질은 형식으로부터만 실재성을 얻을 수 있다; 그것은 활동이나 실재성을 가지고 있지 않다, 그러한 부분들이 전체적으로 존재하는 것과 유사하다(그렇지 않으면 그들은 독립적인 도매일 것이다).
17세기와 18세기
르네 데카르 (1596–1650)는 물질에 대한 현대적 개념을 창시했다.그는 주로 지오미터였다.아리스토텔레스처럼 물질의 존재를 변화의 물리적 현실에서 추론하는 대신, 데카르트는 임의로 물질을 공간을 차지하는 추상적이고 수학적 물질이라고 가정했다.
그래서 길이, 폭, 깊이의 확장은 신체적인 실체의 본질을 구성하고, 사고는 사고적인 실체의 본성을 구성합니다.그리고 신체에 기인하는 다른 모든 것들은 확장을 전제로 하고, 단지 확장된 것의 한 형태일 뿐이다.
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데카르트에 있어서 물질은 확장의 속성만을 가지고 있기 때문에, 이동 이외의 유일한 활동은 다른 [72]물체를 배제하는 것이다: 이것이 기계 철학이다.데카르트는 확장되지 않은 사고 물질과 생각하지 않는 확장된 [73]물질로 정의되는 물질 사이에 절대적인 차이를 만듭니다.그것들은 독립적인 것이다.이와는 대조적으로, 아리스토텔레스는 물질과 형식/형성 원리를 함께 하나의 독립적인 것(실체)을 구성하는 상호보완적인 원리로 정의한다.간단히 말해서, 아리스토텔레스는 물질을 (대략적으로 말해서) 실제로 사물이 무엇으로 만들어졌는지 정의하지만, 데카르트는 물질을 그 자체로 실제 독립적인 것으로 격상시킨다.
데카르트의 개념과 아리스토텔레스의 개념 사이의 연속성과 차이는 주목할 만하다.두 개념 모두 물질은 수동적이거나 불활성적이다.각각의 개념에서 물질은 지능과 다른 관계를 가지고 있다.아리스토텔레스에게 물질과 지능은 상호의존적인 관계에서 함께 존재하는 반면, 데카르트는 물질과 지능이 분명히 반대되는 독립적인 [74]물질이다.
물질의 본질적인 특성을 확장으로 제한하는 데카르트의 정당성은 영구성이지만, 그의 진짜 기준은 영구성이 아니라 모든 물질적 [75]특성을 설명하기 위해 기하학을 사용하고자 하는 욕구이다.데카르트와 같이, 홉스, 보일, 그리고 로크는 신체의 본질적인 특성은 확장으로 제한되었고, 색과 같은 소위 2차적 특성은 단지 인간의 [76]인식의 산물일 뿐이라고 주장했다.
아이작 뉴턴 (1643–1727)은 데카르트의 물질에 대한 기계적 개념을 계승했다.뉴턴은 그의 "철학의 추리 규칙"의 세 번째에서 물질의 보편적 특성을 "확장, 경도, 불가해성, 이동성, 관성"[77]으로 열거했다.비슷하게, 광학에서 그는 신이 물질을 "고체, 질량, 단단, 투과할 수 없는, 움직이는 입자"로 창조했다고 추측한다. 그것은 "마치 마모되거나 조각이 부서지지 않을 정도로 매우 단단하다".[78]물질의 "1차" 특성은 색깔이나 취향과 같은 "2차" 특성과 달리 수학적인 설명에 따르기 쉬웠다.데카르트와 마찬가지로 뉴턴은 이차적 [79]성질의 본질적인 성질을 거부했습니다.
뉴턴은 물질에 대한 데카르트의 개념을 확장과 더불어 물질 고유의 특성으로 복원함으로써 발전시켰다.뉴턴의 중력 사용은 "원거리"에서 작용했고, 상호작용이 오직 [80]접촉에 의해서만 일어나는 데카르트의 역학을 효과적으로 부정했다.
비록 뉴턴의 중력이 물체의 힘처럼 보일지라도, 뉴턴 자신은 그것이 물질의 본질적인 특성이라는 것을 인정하지 않았다.이 논리를 좀 더 일관되게 진행하면서, 조셉 프리스틀리 (1733–1804)는 물질적 성질은 접촉 역학을 초월한다고 주장했습니다: 화학적 성질은 [80]끌어당기는 능력을 필요로 합니다.그는 물질은 소위 데카르트의 1차적 특성 외에 다른 내재적 힘을 가지고 있다고 주장했다.[81]
19세기와 20세기
프리스틀리 시대 이후, 물질 세계의 구성 요소에 대한 지식이 크게 확장되어 왔다.19세기에, 주기율표와 원자 이론의 발달에 따라, 원자는 물질의 기본 구성 요소로 간주되었다; 원자는 분자와 [82]화합물을 형성했다.
공간을 점유하고 질량을 갖는 것에 대한 일반적인 정의는 물질의 구조와 부피와 질량과 관련이 없는 속성에 의존하는 대부분의 물리적, 화학적 정의와 대조적이다.19세기 초에 물질에 대한 지식은 급속히 발전하기 시작했다.
뉴턴주의 관점의 측면이 여전히 지배적이었다.James Clark Maxwell은 그의 작품에서 물질과 운동에 대해 [83]논의했다.그는 "물질"을 시공간에서 조심스럽게 분리하여 뉴턴의 제1운동법칙에서 언급된 물체의 관점에서 정의한다.
그러나 뉴턴의 그림이 전부는 아니었다.19세기에 "물질"이라는 용어는 많은 과학자들과 철학자들에 의해 활발하게 논의되었고, 레베어에서 [84][further explanation needed]간략한 윤곽을 찾을 수 있다.1870년의 교과서적인 논의는 물질이 [85]원자로 이루어진 것임을 시사한다.
물질에는 질량, 분자, 원자의 세 가지 구분이 과학에서 인정된다.
물질의 질량은 감각으로 인식할 수 있는 물질의 모든 부분이다.
분자는 신체를 잃지 않고 분열할 수 있는 물질의 가장 작은 입자입니다.
원자란 분자의 분열을 통해 생성되는 더 작은 입자입니다.
단순히 질량과 공간을 차지하는 속성을 갖는 것이 아니라, 물질은 화학적, 전기적 특성을 갖는 것으로 간주되었다.1909년에 유명한 물리학자 J. J. 톰슨(1856–1940)은 "물질의 구성"에 대해 썼고 물질과 [86]전하 사이의 가능한 연관성에 대해 걱정했다.
19세기 말 전자의 발견과 20세기 초 가이거-마르스덴의 원자핵 실험과 입자물리학의 탄생으로 물질은 원자를 형성하기 위해 상호작용하는 전자, 양성자, 중성자로 이루어져 있는 것으로 보였다.그때,"전기 공작물"는 초기 20세기 century,[87]에 더 최근에는"문제의 쿼크 구조", 이르면 1992년 제이콥이에 의해 그 말로 하여 출시된 모델에 이르기까지:"문제의 쿼크 구조 이해하는 것 하나 conte에서 가장 중요한 발전의 전체 문학은"문제의 구조"에 관한 개발했다.mpo레어 [88][further explanation needed]물리"이와 관련하여, 물리학자들은 물질장에 대해 말하고 입자에 대해 "물질장 모드의 양자 들뜸"[10][11]이라고 말합니다.그리고 여기 드 사바타와 가스페리니의 인용구가 있습니다: "물질"이라는 단어와 함께, 이 맥락에서 우리는 물질의 기본 성분으로 여겨지는 스피너장(쿼크나 렙톤과 같은) 또는 질량 게이지 이론에서 도입되는 힉스 입자와 같은 스칼라장(그리고 힉스 입자와 같은)의 상호작용의 근원을 나타냅니다.그러나 보다 기본적인 페르미온장으로 구성될 수 있다.)"[89][further explanation needed]
그러나 양성자와 중성자는 분리될 수 없다. 그들은 쿼크로 나눌 수 있다.그리고 전자는 렙톤이라고 불리는 입자군의 일부입니다.쿼크와 렙톤은 모두 기본 입자이며, 2004년에 학부 논문의 저자들에 [90]의해 물질의 기본 성분으로 간주되었다.
이러한 쿼크와 렙톤은 중력, 전자기, 약한 상호작용, 그리고 강한 상호작용의 네 가지 기본 힘을 통해 상호작용합니다.입자 물리학의 표준 모델은 현재 모든 물리학에 대한 최고의 설명이지만, 수십 년의 노력에도 불구하고, 중력은 아직 양자 수준에서 설명될 수 없습니다; 그것은 스티븐 호킹과 [91]같은 이론가들의 좌절에 고전 물리학에 의해서만 설명됩니다.쿼크와 렙톤 사이의 상호작용은 쿼크와 렙톤 [92]사이의 광자와 같은 힘을 전달하는 입자의 교환의 결과입니다.힘을 전달하는 입자는 그 자체가 빌딩 블록이 아닙니다.결과적으로, 질량과 에너지는 물질과 항상 관련될 수 없습니다. 물질 입자는 광자와 같은 물질 입자나 심지어 [citation needed]운동 에너지와 같은 순수한 에너지로부터도 만들어질 수 있습니다.힘의 매개체는 보통 물질로 간주되지 않는다: 전기의 매개체는 에너지를 가지고 있고(플랑크 관계 참조), 약한 힘의 매개체(W와 Z 보손)는 질량을 가지고 있지만,[93] 둘 다 물질로 간주되지 않는다.그러나, 이러한 양자는 물질로 간주되지 않지만, 원자, 아원자 입자, 그리고 [94][95]그것들을 포함하는 모든 시스템의 총 질량에 기여합니다.
요약
물질에 대한 현대적 개념은 단지 기본 구성 요소가 무엇인지와 그것들이 어떻게 상호작용하는지에 대한 지식의 향상에 비추어 역사적으로 여러 번 다듬어져 왔다."물질"이라는 용어는 물리학 전반에 걸쳐 매우 다양한 맥락에서 사용됩니다: 예를 들어, 하나는 "응축 물질 [96]물리학", "원소 [97]물질", "부분적" 물질, "암흑" 물질, "반물질", "이상한" 물질, 그리고 "핵" 물질을 가리킵니다.물질과 반물질에 대한 논의에서 전자는 코이노마터(일반 물질)[98]라고 언급되어 왔다.물리학에서는 물질의 일반적인 정의에 대한 광범위한 합의가 없고, "물질"이라는 용어는 보통 특정한 수식어와 함께 사용된다고 말하는 것이 타당하다.
물질의 개념의 역사는 물질을 정의하는 데 사용되는 기본적인 길이 척도의 역사이다.원자 입자 수준에서 물질을 정의하는지 또는 소립자 수준에서 정의하는지 여부에 따라 다른 구성 요소는 원자 또는 소립자 수준에서 물질을 정의하느냐에 따라 달라집니다.물질은 원자, 물질은 강입자, 또는 물질을 정의하고자 하는 규모에 따라 [99]렙톤과 쿼크라는 정의를 사용할 수 있다.
이러한 쿼크와 렙톤은 중력, 전자기, 약한 상호작용, 그리고 강한 상호작용의 네 가지 기본 힘을 통해 상호작용합니다.입자 물리학의 표준 모델은 현재 모든 물리학에 대한 가장 좋은 설명이지만, 수십 년의 노력에도 불구하고, 중력은 아직 양자 수준에서 설명될 수 없습니다; 그것은 고전 물리학에 의해서만 설명됩니다.[91]
「 」를 참조해 주세요.
반물질 우주론
| 암흑 물질 철학
| 다른.
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(From Abstract:) Positive baryon numbers (A>0) and positive lepton numbers (L>0) characterize matter particles while negative baryon numbers and negative lepton numbers characterize antimatter particles. Matter particles and antimatter particles belong to two distinct classes of particles. Matter neutral particles are particles characterized by both zero baryon number and zero lepton number. This third class of particles includes mesons formed by a quark and an antiquark pair (a pair of matter particle and antimatter particle) and bosons which are messengers of known interactions (photons for electromagnetism, W and Z bosons for the weak interaction, gluons for the strong interaction). The antiparticle of a matter particle belongs to the class of antimatter particles, the antiparticle of an antimatter particle belongs to the class of matter particles.
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외부 링크


- 문제에 관한 비전 학습 모듈
- 우주의 물질 우주에는 얼마나 많은 물질이 있을까?
- 중성자별의 초유체 핵에 있는 NASA
- 물질과 에너지: 잘못된 이분법– 이론 물리학자 매트 스트래슬러와의 과학에 관한 대화