Hmota

Hmota je důležitý pojem fyziky, jeho význam se však zejména ve 20. století výrazně proměnil. Možnosti fyzikálního zkoumání dříve umožňovaly rozlišovat pouze makroskopické mechanické, optické a termické vlastnosti různých forem hmoty. Moderní obory fyziky nabídly nástroje k podrobnějšímu zkoumání vnitřní hierarchické struktury (nejprve molekulární a atomární úroveň, později subatomární úrovně) a odhalily společnou podstatu některých forem, dříve považovaných za odlišné (např. světlo a radiové vlny). Vlnový charakter částic a částicový charakter interakcí odhalený kvantovou fyzikou je pak důvodem, že se ve fyzikálním chápání pojem hmoty používá ve dvou hierarchicky odlišných významech: * V širším významu je hmota výrazem pro veškeré fyzikálně zachytitelné formy objektivní reality, tedy toho, co existuje nezávisle na našem vědomí a jehož projevy lze objektivně zaznamenat či změřit. * V užším fyzikálním významu je to pojem pro substanci, ze které jsou složeny fyzikální objekty, tj. význam, pro který se v české fyzikální terminologii ustálilo slovo látka.

Látka a pole

Fyzika tradičně rozlišovala dva projevy hmoty: látka, skládající se z částic s klidovou hmotností, a pole, které by se podle klasické fyziky nemělo skládat z částic, ale projevovat se jako kontinuum ve svých vlastnostech. Dnes, podle standardního modelu, je všeobecně přijímána představa rozdělení forem hmoty podle charakteru elementárních částic hmoty - na látkové částice (často nesprávně nazývané také "částice hmoty"), tedy kvarky a leptony (všechny mají polocelý spin, proto patří do fermionů, a ke každé existuje odpovídající antičástice) a na polní částice (intermediální, tedy zprostředkující interakci) a mající celočíselný spin, tedy patřící do bosonů. +more Pojem látka označuje veškerou hmotu, z níž se skládají předměty kolem nás. Tradičně se rozlišují tři její základní skupenství: pevné, kapalné a plynné; později začalo být jako 4. skupenství označované plazma a moderní fyzika přidala další odlišné formy, často také označované jako skupenství (Boseho-Einsteinův kondenzát apod. ).

V moderní fyzice jsou látka a pole, přinejmenším v mikrosvětě, dva navzájem spjaté „projevy“ či „strukturní formy“ hmoty, protože se ukázalo, že: * Elementární částice látek vystupují jako kvanta (nejmenší nedělitelné množství), resp. "zhuštěniny" polí, ztrácejí tedy čistě korpuskulární povahu. +more * Fyzikální pole ztrácejí plnou kontinuitu a mohou se strukturovat do kvant (fotony, gravitony), neboli polních částic. * Pojem částice (včetně elementárních částic) se - přinejmenším v mikrosvětě - používá pro úplně veškeré mikrofyzikální hmotné objekty, nezávisle na tom, či při vzájemném působení mají strukturu/podobu klasických částic (látkové částice) nebo pole.

Skutečnost, že na každý hmotný objekt (částici i pole) je možné se dívat buď jako na částici, nebo jako na vlnu, nazýváme korpuskulárně-vlnový dualizmus (či "dualizmus vlna-částice").

Fyzikální experimenty a astrofyzikální pozorování poskytují indicie, že mimo standardní model existují ještě další formy existence hmoty. Klasická hmota (tzv. +more svítící hmota či látka, tj. hvězdy, planety atp. ) představuje podle výsledků pozorování pouze asi 4 % celkové energie vesmíru. Intenzivně se hledají částice tzv. temné hmoty, která by měla představovat asi 23 % energie vesmíru a měla by mít schopnost gravitačního shlukování (mohla by vysvětlit problémy v dynamice galaxií). Předpokládá se, že má formu látky, pro kterou standardní model nemá vhodné částice. Zbytek, asi 73 %, připadá na zcela neznámou formu hmoty, temnou energii (ta je pravděpodobně zodpovědná za zrychlující se expanzi našeho vesmíru). Většina teorií předpokládá polní charakter temné energie, může se však jednat o obecnější, inherentní vlastnost fyzikálního prostoru. Jsou rozpracovány i alternativní teorie, nahrazující objektivní existenci temné hmoty a temné energie modifikací fyzikálních zákonů gravitace.

Složení hmoty

Následuje zjednodušený model složení známých forem hmoty (odsunutý řádek znamená, že předcházející se skládá z následujících; ne všechny meziúrovně se pro danou formu látky nutně musejí realizovat): hmota: * látka: ** molekuly: *** atomy: **** a) hadrony (např. protony, neutrony, mezony) a jejich antičástice: ***** kvarky a antikvarky **** b) leptony (např. +more elektrony, miony, neutrina) a jejich antičástice (např. pozitron) * pole: ** fotony ** gluony ** intermediální bosony W+, W− a Z0 ** Higgsův boson ** gravitony (hypotetické - zatím nejsou experimentálně ověřeny).

Pojem hmota není, na rozdíl od pojmu hmotnost, přesně definován. V angličtině odpovídá pojmu matter, který se pro pole (field) většinou nepoužívá.

Skupenství látky (hmoty)

Od nejkondenzovanějšího k nejrozvolněnějšímu existují následující skupenství odvozená od elektricky neutrální atomární látky: * Boseho-Einsteinův kondenzát (BEC) * pevné * kapalné * plynné * plazma * kvark-gluonové plazma (řidčeji též "kvarková polévka" nebo zkráceně "kvagma").

Některé publikace označují jako zvláštní skupenství i takové kondenzované stavy látky, v nichž se projevují kvantové kolektivní vlastnosti částic (fermiony látky se sdružují do tzv. Cooperových párů - bosonů) odlišnými makroskopickými charakteristikami (od nejkondenzovanějšího k nejrozvolněnějšímu): * fermionový kondenzát (BEC tvořený Cooperovými páry fermionů) * suprapevné (specifický stav jak s vlastnostmi pevného krystalu tak supratekuté látky, dřívější experimentální průkazy byly zpochybňovány) * supratekuté (specifický stav kapalného)

Jsou teoreticky předpovězena a astrofyzikálním pozorováním podpořena i další kondenzovaná skupenství látky, která umožňuje stlačení silnou gravitací velmi hmotných vesmírných objektů: * degenerovaný kvarkový plyn (látka tvořící jádra neutronových hvězd a hypotetické kvarkové hvězdy; degenerovaná hmota, obdobná obřímu exotickému baryonu v nejnižším možném energetickém stavu, tvořenému mnoha kvarky) * degenerovaná podivná hmota (hypotetická látka, která může být obsažena v neutronových hvězdách; degenerovaná hmota, obdobná obřímu neutrálnímu hyperjádru v nejnižším možném energetickém stavu) * degenerovaný neutronový plyn (látka tvořící neutronové hvězdy; neutrální degenerovaná hmota, obdobná obřímu atomovému jádru v nejnižším možném energetickém stavu, tvořenému mnoha neutrony) * těsné uspořádání atomových jader s degenerovaným elektronovým plynem (látka tvořící bílé trpaslíky, obdobná těsnému kovovému krystalu v nejnižším možném energetickém stavu)

Přechody hmoty z jednoho skupenství na druhé (fázová přeměna) se zabývá termodynamika.

Pevné látky

Pevné látky se rozlišují na krystalické (včetně kvazikrystalů) a amorfní.

Pevné látky (výjimečně i kapalné - např. helium) mohou mít více fází, tedy forem se stejným složením ale jinými mikroskopickými (strukturní uspořádání částic) a makroskopickými (termodynamickými, elektromagnetickými) vlastnostmi. +more Např. u ledu bylo již popsáno aspoň 16 krystalických a 3 amorfní fáze.

Odkazy

Poznámky

Reference

Literatura

Ottův slovník naučný, heslo Hmota. Sv. +more 11, str. 386 * Ottův slovník naučný nové doby, heslo Hmota ve fyzice. Sv. 4, str. 1154 * E. Schrödinger, Co je život. Duch a hmota. K mému životu. Brno: VUTIUM 2004 - 254 s. 22 cm.

Související články

Gravitace * Fyzikální pole

Externí odkazy

[url=http://www. visionlearning. +morecom/library/module_viewer. php. mid=49&l=&c3=]Visionlearning Module on Matter[/url] * [url=https://web. archive. org/web/20090227150154/http://www. newuniverse. co. uk/Matter. html]Matter in the universe[/url] How much Matter is in the Universe.