Quelle est la définition de la « matière » en physique ?

La matière a de nombreuses définitions, mais la plus courante est qu’il s’agit de toute substance qui a une masse et qui occupe un espace. Tous les objets physiques sont composés de matière, sous la forme d’atomes, qui sont à leur tour composés de protons, de neutrons et d’électrons.

L’idée que la matière est constituée de blocs ou de particules est née avec les philosophes grecs Démocrite (470-380 av. J.-C.) et Leucippe (490 av. J.-C.).

Exemples de questions (et de ce qui n’est pas important)

La matière est construite à partir d’atomes. L’atome le plus basique, l’isotope de l’hydrogène connu sous le nom de protium, est un proton unique. Ainsi, bien que les particules subatomiques ne soient pas toujours considérées comme des formes de matière par certains scientifiques, vous pourriez considérer que le protium est l’exception. Certaines personnes considèrent que les électrons et les neutrons sont également des formes de matière. Sinon, toute substance construite à partir d’atomes est constituée de matière. En voici quelques exemples :

  • Atomes (hydrogène, hélium, californium, uranium)
  • Molécules (eau, ozone, azote gazeux, saccharose)
  • Ions (Ca2+, SO42-)
  • Polymères et macromolécules (cellulose, chitine, protéines, ADN)
  • Mélanges (huile et eau, sel et sable, air)
  • Formes complexes (une chaise, une planète, un ballon)

Alors que les protons, les neutrons et les électrons sont les éléments constitutifs des atomes, ces particules sont elles-mêmes basées sur les fermions. Les quarks et les leptons ne sont généralement pas considérés comme des formes de matière, bien qu’ils correspondent à certaines définitions du terme. À la plupart des niveaux, il est plus simple d’affirmer simplement que la matière est constituée d’atomes.

L’antimatière est toujours de la matière, bien que les particules annihilent la matière ordinaire lorsqu’elles entrent en contact les unes avec les autres. L’antimatière existe naturellement sur Terre, bien qu’en quantités extrêmement faibles.

Ensuite, il y a les choses qui n’ont pas de masse ou du moins qui n’ont pas de masse au repos. Parmi les choses qui ne sont pas importantes, il y a :

  • Lumière
  • Son
  • Chaleur
  • Réflexions
  • Rêves
  • Emotions

Les photons n’ont pas de masse, ils sont donc un exemple de quelque chose en physique qui n’est pas constitué de matière. Ils ne sont pas non plus considérés comme des « objets » au sens traditionnel du terme, car ils ne peuvent pas exister à l’état stationnaire.

Phases de l’affaire

La matière peut exister sous différentes phases : solide, liquide, gazeuse ou plasma. La plupart des substances peuvent passer d’une phase à l’autre en fonction de la quantité de chaleur que la matière absorbe (ou perd). Il existe d’autres états ou phases de la matière, notamment les condensats de Bose-Einstein, les condensats fermioniques et le plasma quark-gluon.

La matière par rapport à la masse

Notez que si la matière a une masse, et que les objets massifs contiennent de la matière, les deux termes ne sont pas exactement synonymes, du moins en physique. La matière n’est pas conservée, alors que la masse est conservée dans des systèmes fermés. Selon la théorie de la relativité spéciale, la matière dans un système fermé peut disparaître. La masse, en revanche, peut ne jamais avoir été créée ni détruite, bien qu’elle puisse être convertie en énergie. La somme de la masse et de l’énergie reste constante dans un système fermé.

En physique, une façon de distinguer entre masse et matière est de définir la matière comme une substance constituée de particules qui présentent une masse au repos. Cependant, en physique et en chimie, la matière présente une dualité onde-particule, c’est-à-dire qu’elle possède à la fois des propriétés d’onde et de particule.

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