Hmota
Obsah boxu
Hmota je jedním ze základních pojmů ve fyzice a chemii. Obecně je definována jako vše, co má hmotnost a zaujímá prostor (tedy má objem). Tvoří základní stavební kameny vesmíru a je z ní složeno vše, co můžeme pozorovat a s čím můžeme interagovat.
---
Definice a vlastnosti
V klasické newtonovské fyzice je hmota chápána jako neměnná veličina. V relativistické fyzice se však ukazuje, že hmota a energie jsou ekvivalentní a mohou se navzájem přeměňovat podle slavného Einsteinova vzorce $$E=mc^2$$.
Hlavní vlastnosti hmoty zahrnují:
- Hmotnost: Míra setrvačnosti tělesa (odpor ke změně pohybu) a také míra jeho gravitační interakce.
- Objem: Prostor, který hmota zaujímá.
- Složení z částic: Hmota je tvořena atomy, které se dále skládají ze subatomárních částic (např. proton, neutron, elektrony).
---
Struktura hmoty
Na nejzákladnější úrovni se hmota skládá z elementárních částic, které jsou popisovány v Standardním modelu částicové fyziky.
- Fermiony: Částice, které tvoří samotnou hmotu. Patří sem:
** Kvarky: Tvoří protony a neutrony. Existuje šest typů (nahoru, dolů, půvabný, podivný, svrchní, spodní). ** Leptony: Zahrnují elektrony, miony, tauony a jejich příslušná neutrina.
- Bosony: Částice, které zprostředkovávají síly mezi fermiony. Patří sem fotony (pro elektromagnetismus), gluony (pro silnou jadernou sílu) a W a Z bosony (pro slabou jadernou sílu). Higgsův boson je zodpovědný za udělování hmotnosti ostatním částicím.
Atomy se skládají z jádra (protony a neutrony) a elektronového obalu. Atomy se spojují do molekul a vytvářejí složitější struktury, které pozorujeme v každodenním životě.
---
Skupenství hmoty
Hmota se může vyskytovat v různých skupenstvích v závislosti na teplotě a tlaku:
- Pevná látka: Má pevný tvar a objem. Částice jsou pevně uspořádány.
- Kapalina: Má stálý objem, ale mění tvar podle nádoby. Částice jsou blízko sebe, ale mohou se volně pohybovat.
- Plyn: Nemá stálý tvar ani objem. Částice jsou daleko od sebe a pohybují se chaoticky.
- Plazma: Ionizovaný plyn, kde jsou atomy zbaveny elektronů. Je to nejběžnější skupenství ve vesmíru (např. ve hvězdách a Slunci).
- Kromě těchto klasických skupenství existují i exotičtější stavy, jako je Bose-Einsteinův kondenzát nebo fermionový kondenzát, které se vyskytují za extrémních podmínek.
---
Antihmota
Proti každé částici hmoty existuje odpovídající antičástice s opačným elektrickým nábojem a dalšími kvantovými čísly. Když se částice setká se svou antičásticí, dojde k anihilace, při které se obě částice přemění na energii (např. fotony).
---
Temná hmota a temná energie
Pozorování vesmíru naznačují, že běžná hmota, kterou známe, tvoří jen asi 5 % celkové energetické hustoty vesmíru. Zbytek tvoří záhadné složky:
- Temná hmota: Neviditelná forma hmoty, která neinteraguje s elektromagnetickým zářením (proto ji nevidíme ani jinak necítíme), ale projevuje se svými gravitačními účinky na viditelnou hmotu. Předpokládá se, že tvoří asi 27 % vesmíru.
- Temná energie: Hypotetická forma energie, která je zodpovědná za zrychlenou expanzi vesmíru. Tvoří asi 68 % vesmíru.
---
Pro laiky
Představte si **hmotu** jako cokoliv, co můžete "chytit" nebo "vážit". Je to třeba kámen, voda, vzduch, strom, nebo i vy sami. Všechno kolem nás je hmota.
Každá hmota má dvě základní vlastnosti: 1.***Váží něco** (má hmotnost): Když něco položíte na váhu, váha ukáže nějaké číslo. 2.***Zabírá místo** (má objem): Nemůžete dát dvě věci na úplně stejné místo ve stejnou dobu.
Všechno, co má tyto dvě věci, je hmota. Je to jako taková "stavebnice" vesmíru. A ta stavebnice se skládá z maličkých, maličkých částic, kterým říkáme atomy. Atomy se spojují do složitějších věcí, jako jsou třeba molekuly vody, a z těch se pak skládá všechno, co vidíme.
A pak je tu ještě záhada – vědci si myslí, že kromě té hmoty, kterou vidíme, existuje ještě nějaká temná hmota a temná energie, které nevidíme, ale ovlivňují vesmír. Je to jako, když máte v pokoji něco, co nevidíte, ale víte, že to tam je, protože to ovlivňuje, jak se hýbou věci kolem.
---
Odkazy
---