Matērija ir viela, no kuras sastāv viss materiāls. Tas parasti nozīmē objektus, kuriem ir masa. Precīzāk, par matēriju bieži saprot daļiņas vai sistēmas, kasīrai piemīt miera masa — tas ir enerģijas veids, kas pastāv arī tad, ja sistēma nekustas un tai nav (vai ir ļoti maz) kinētiskās enerģijas vai termiskās enerģijas. Ikdienā vārdu matērija lieto vispārīgāk, bet fizikā masa ir precīzi definēts jēdziens, un, lai gan tie ir saistīti, matērija un masa nav vienādas lietas.
Matērijas uzbūve
Parastā matērija sastāv no sīkām daļiņām, ko sauc par atomiem. Atomi savukārt veidojas no elektronām, protoniem un neitroniem; protoni un neitroni sastāv no kvarkiem. Starp atomiem parasti ir atstarpes, un tie visu laiku kustas jeb vibrē. Šī kustība palielinās, kad viela sakarst, un samazinās, kad tā atdziest. Atomi var savienoties, veidojot molekulas, jonus un citu kompleksu struktūru, kas nosaka vielas ķīmiskās īpašības.
Masa, blīvums un citas fizikālās īpašības
Masa mēra, cik daudz "vielas" vai "materiāla" satur ķermenis, un tā ir saistīta ar spēju pretoties paātrinājumam (inerce). Masa ir intensīvi saistīta ar enerģiju — slavenā relātivitātes formula E = mc² rāda, ka masa un enerģija ir savstarpēji aizvietojamas, tādēļ mikroskopiskos procesos masa var pārvērsties enerģijā (piem., kodolreakcijās).
Citi svarīgi materiālās pasaules fizikālie lielumi:
- Tilpums — telpa, ko viela aizņem.
- Blīvums — masa uz tilpuma vienību (piemēram, kg/m³), kas raksturo, cik kompakta vai izkliedēta ir matērija.
- Elektriskais lādiņš — daļiņu īpašība, kas nosaka elektromagnētiskās mijiedarbības.
- Temperatūra un spiediens — ietekmē daļiņu kustību un vielas fāzes.
- Ķīmiskās īpašības — kā viela reaģē ar citām vielām, kas nosaka tās uzbūvi un saites.
Fāzes un stāvokļi
Matērija var pastāvēt dažādos stāvokļos: cietā, šķidrā, gāzveida un plazmas stāvoklī. Ir arī īpašas kvantu stāvokļu formas, piemēram, Bose–Einšteina kondensāts, kas rodas ļoti zemās temperatūrās. Pāreja starp fāzēm notiek, mainoties temperatūrai un spiedienam — piemēram, sildot cietu vielu, tās daļiņas vibrē straujāk un var pāriet šķidrā vai gāzveida stāvoklī.
Matērijas un fundamentālas mijiedarbības
Fizikā matērija mijiedarbojas ar sešām galvenajām procesam un laukiem: gravitācija, elektromagnētiskā mijiedarbība, un stiprās un vājās kodolspējas nosaka, kā daļiņas savienojas un kādas strukturālās īpašības vielai rodas. Dažas daļiņas, piemēram, fotoni, ir enerģijas kvanti ar nulles miera masu, tāpēc tās nerada parasto matēriju, bet pilda svarīgas lomas starpnieciskajās mijiedarbībās (piem., gaismas un elektromagnētiskā lauka nesēji).
Īpaši gadījumi un papildu jēdzieni
Antimatērija — katrai parastajai daļiņai ir savu pretējs ekvivalents (antidaļiņa) ar pretēju elektrisko lādiņu. Saskarsmes gadījumā daļiņa un antidaļiņa var anihilēties, pārvēršot masu enerģijā.
Tumšā matērija — kosmoloģijā novērojumi rāda, ka Visumā pastāv viela, kas ietekmē galaktiku kustību, bet kas nespēj mijiedarboties ar gaismu tā, kā parastā matērija. To sauc par tumšo matēriju; tās daba vēl nav pilnībā noskaidrota.
Praktiska nozīme un mērījumi
Matērijas īpašības var mērīt ar dažādām metodēm (masas mēri, densitometrija, spektroskopija u.c.), un tās ir pamats materiālzinātnēm, ķīmijai, inženierzinātnei un ikdienas tehnoloģijām. Fizikā svarīgi atcerēties, ka, lai gan vārdi matērija un masa tiek lietoti tuvi, masa ir kvantitatīvs lielums ar skaidru definīciju, kamēr matērija ir plašāks jēdziens, kas aptver gan daļiņu sastāvu, gan to mijiedarbības un īpašības.