• 1.摘要
  • 2.基本信息
  • 3.物质种类
  • 4.物质形态
  • 5.守恒定律
  • 6.基本结构

物质(物理学名词)

就内涵方面而言,物质或叫物,是时空的填充内容,独具质量,用M表示,量纲为kg(公斤);就外延方面而言,物指所有的物件。“宇宙”三要素为时间、空间、物质。其中物质、空间是物件的基本属性,而物质、空间、时间都是事件的基本属性。物质是构成大千世界的主要因素。

基本信息

  • 中文名

    物质

  • 外文名

    material

  • 类别

    物理学名词

  • 释义

    时空的填充内容

  • 意义

    构成大千世界的主要因素

物质种类

常见的物质存在 状态有六种:固态、液态、气态、等离子态、超固态、中子态。不过实验技术的进步产生了许多新的物质状态,像是玻色–爱因斯坦凝聚及 费米子凝聚态。对于 基本粒子的研究也产生了新的物质状态,像是 夸克-胶子浆。在 自然科学的历史中,许多人都在研究物质的确切性质,物质是由许多离散组件组合而成的概念,即所谓的“物质粒子论”,最早是由希腊哲学家留基伯(~490 BC)及德谟克利特(~470–380 BC)提出。

所有可以用肉眼看到的物体都是由 原子组成,而原子是由互相作用的 次原子粒子所组成,其中包括由 质子和 中子组成的 原子核,以及许多 电子组成的电子云 。 一般而言科学上会将上述的复合粒子视为物质,因为他们具有静止质量及体积。相对的,像 光子等 无质量粒子( 英语:massless particle)一般不视为物质。不过不是所有具有静止质量的粒子都有古典定义下的体积,像 夸克及 轻子等粒子一般会视为质点,不具有大小及体积。而夸克和轻子之间的交互作用才使得 质子和 中子有所谓的体积,也使得一般物体有体积。 爱因斯坦证明所有物体都可以转换为 能量(即质能等价),之间的关系式即为著名的 ,其中 为能量, 为质量, 为 光速,其数值为299792458 m/s。因此很小的质量可以转换为很大的能量,例如正子和电子(都是物质)可以转换为非物质的光子。不过虽然在这些过程中可以产生或是湮灭物质,但是物质及能量的总和(透过 转换)却不会改变。

宏观而言,物质的种类万千,性质多样。气体 状态的物质,液体状态的物质或 固体状态的物质; 单质、化合物或混合物; 金属和 非金属;矿物与合金; 无机物和 有机物;天然存在的物质和人工合成的物质;无生命的物质与生命物质以及实体物质和场物质等等。物质的种类虽多,但它们有其特性,那就是客观存在,并能够被观测,以及都具有质量和 能量。

物质与物件的区别

就内涵方面而言,物质是永不均匀满布于时、空中的 填充内容,其唯一属性是质量。就外延方面而言,物质指所有的物件,包括“精神物件”与“现实物件”。“宇宙”三要素为时间、空间、质量。其中质量与空间是物件的基本属性,而质量与空间及时间都是事件的基本属性。

物质形态

物理学上物质有六种存在形态:固态、液态、气态、 等离子态、 玻色-爱因斯坦凝聚态、 费米子凝聚态。固态物质具有形状和体积,它们的分子紧紧地结合在一起。液态物质也有体积,但没有形状,相比之下,它们的分子结合得要松散一些,因而液体可以被倾倒到一个容器中以测量它们的体积。气体既没有体积也没有形状,它们的分子会自由地移动,从而充满任何一个可以封闭它们的容器。 等离子态是由等量的带 负电的电子和带 正电的离子组成。玻色-爱因斯坦凝聚态表示原来不同状态的 原子突然“凝聚”到同一状态(一般是基态)。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。

气态物质

我们的生活空间被大量气体包围着。许多古人观察到:风能够将较细的树干吹弯了腰,烧开的水中会冒出气泡。因此早期的 哲学家相信有一种称为“空气”的元素存在,并具有上升的倾向。17 世纪时, 托里切利证明空气和固体、液体一样具有重量。到了18世纪, 化学家证明了空气是多种气体的混合物,并且在 化学反应中发现了许多气体。这些 新发现的气体立刻就有了实际的应用,例如从煤中提炼出的气体就可以产生光与热。

液态物质

液体的 粒子会互相吸引而且离得很近,所以不易将固定体积的液体压缩成更小的体积或是拉大成更大的体积。受热时,液体粒子间的距离通常都会增加,因而造成 体积膨胀。当液体冷却时,则会发生相反的效应而使体积收缩。液体可以溶解某些固体,例如将食盐放入水中,食盐颗粒好像会渐渐消失。其实是因为食盐溶于水后 电离出钠离子与氯离子,并均匀分布在水中,形成一种 水溶液。此外,液体还可以 溶解气体或其他液体。

固态物质

固态物质具有固定的形状,液体和气体则没有。想要改变固体的形状,就必须对它施力。例如挤压或拉长可以改变固体的体积,但通常变化不会太大。大部分固体加热到某种程度都会变成液体,若是温度继续升高则会变成气体。不过有些固体在受热之后就会分解,例如 石灰石。 晶体与金属是最重要的两种固体。

等离子态物质

气体加热,当其原子达到几千甚至上万摄氏度时,电子就会被原子"甩"掉,原子变成只带正 电荷的离子。此时,电子和离子带的电荷相反,但数量相等,这种状态称做等离子态。人们常年看到的闪电、 流星以及荧光灯点燃时,都是处于等离子态。人类可以利用它放出大量 能量产生的 高温,切割金属、制造半导体元件、进行特殊的 化学反应等. 在茫茫无际的 宇宙空间里,等离子态是一种普遍存在的状态。宇宙中大部分发光的星球内部温度和压力都很高,这些星球内部的物质差不多都处于等离子态。宇宙中绝大部分物质都处于等离子态,固液气才是真正的比较稀少的物质状态。只有那些昏暗的行星和分散的 星际物质里才可以找到 固态、液态和气态的物质。

凝聚态物质

玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)是科学巨匠 爱因斯坦在70年前预言的一种新物态。这里的“凝聚” 与日常生活中的凝聚不同,它表示原来不同状态的原子突然“凝聚”到同一状态(一般是基态)。即处于不同状态的原子“凝聚”到了同一种状态。

这个新的第五态的发现还得从1924年说起,那一年,年轻的 印度物理学家玻色寄给爱因斯坦一篇论文,提出了一种关于原子的新的理论,在 传统理论中,人们假定一个体系中所有的原子(或分子)都是可以辨别的,我们可以给一个原子取名 张三,另一个取名 李四,并且不会将张三认成李四,也不会将李四认成张三。然而玻色却挑战了上面的假定,认为在原子尺度上我们根本不可能区分两个同类原子(如两个氧原子)有什么不同。