Suure hulga loodusteaduste uurimise põhielement on mateeria. Selles artiklis käsitleme mõistet, aine liike, liikumise vorme ja omadusi.
Mis on mateeria?
Paljude sajandite jooksul on mateeria mõiste muutunud ja paranenud. Seega nägi Vana-Kreeka filosoof Platon seda asjade substraadina, mis vastandub nende ideele. Aristoteles ütles, et see on midagi igavest, mida ei saa luua ega hävitada. Hiljem defineerisid filosoofid Demokritos ja Leukippus mateeriat kui fundamentaalset substantsi, millest koosnevad kõik kehad meie maailmas ja universumis.
Kaasaegse ainekontseptsiooni andis V. I. Lenin, mille järgi on see iseseisev ja sõltumatu objektiivne kategooria, mida väljendavad inimese taju, aistingud, seda saab ka kopeerida ja pildistada.
Aine omadused
Aine peamised omadused on kolm tunnust:
- Space.
- Aeg.
- Liikumine.
Esimesed kaks erinevad metroloogiliste omaduste poolest, st neid saab spetsiaalsete instrumentidega kvantitatiivselt mõõta. Ruumi mõõdetaksemeetrites ja selle tuletistes ning aeg tundides, minutites, sekundites, aga ka päevades, kuudes, aastates jne. Ajal on ka teine, mitte vähem oluline omadus – pöördumatus. Ühegi esialgse ajapunkti juurde tagasipöördumine on võimatu, ajavektor on alati ühesuunalise suunaga ja liigub minevikust tulevikku. Erinev alt ajast on ruum keerulisem mõiste ja sellel on kolmemõõtmeline mõõde (kõrgus, pikkus, laius). Seega võivad igasugused ained ruumis teatud aja jooksul liikuda.
Aine liikumise vormid
Kõik, mis meid ümbritseb, liigub ruumis ja suhtleb üksteisega. Liikumine toimub pidev alt ja on peamine omadus, mis igat tüüpi ainetel on. Samal ajal võib see protsess toimuda mitte ainult mitme objekti interaktsiooni ajal, vaid ka aine enda sees, põhjustades selle modifikatsioone. Eristatakse järgmisi aine liikumise vorme:
Mehaaniline on esemete liikumine ruumis (oks alt kukkuv õun, jooksev jänes)
- Füüsiline – tekib siis, kui keha muudab oma omadusi (näiteks agregatsiooniseisundit). Näited: lumi sulab, vesi aurustub jne.
- Keemiline – aine keemilise koostise muutmine (metallide korrosioon, glükoosi oksüdatsioon)
- Bioloogiline - toimub elusorganismides ja iseloomustab vegetatiivset kasvu, ainevahetust, paljunemist jne.
- Sotsiaalne vorm – protsessidsotsiaalne suhtlus: suhtlemine, koosolekute pidamine, valimised jne.
- Geoloogiline – iseloomustab aine liikumist maakoores ja planeedi sisikonnas: tuum, vahevöö.
Kõik ül altoodud ainevormid on omavahel seotud, täiendavad üksteist ja vahetatavad. Nad ei saa iseseisv alt eksisteerida ega ole isemajandavad.
Aine omadused
Iidne ja kaasaegne teadus omistas mateeriale palju omadusi. Kõige tavalisem ja ilmsem on liikumine, kuid on ka teisi universaalseid omadusi:
- Ta on loomisvõimetu ja hävimatu. See omadus tähendab, et mis tahes keha või aine eksisteerib mõnda aega, areneb, lakkab eksisteerimast algobjektina, kuid mateeria ei lakka olemast, vaid muutub lihts alt muudeks vormideks.
- Ta on ruumis igavene ja lõpmatu.
- Pidev liikumine, teisenemine, muutmine.
- Ettemääratus, sõltuvus genereerivatest teguritest ja põhjustest. See omadus on omamoodi seletus mateeria päritolu kohta teatud nähtuste tagajärjel.
Aine põhitüübid
Kaasaegsed teadlased eristavad kolme põhilist ainetüüpi:
- Aine, millel on puhkeolekus teatud mass, on kõige levinum tüüp. See võib koosneda nii osakestest, molekulidest, aatomitest kui ka nende ühenditest, mis moodustavad füüsilise keha.
- Füüsikaline väli on spetsiaalne materiaalne aine, mis on loodud objektide (ainete) vastasmõju tagamiseks.
- Füüsiline vaakum – on madalaima energiatasemega materiaalne keskkond.
Järgmisena vaatame iga tüüpi lähem alt.
Aine
Aine on mingi aine, mille peamiseks omaduseks on diskreetsus, see tähendab katkendlikkus, piiratus. Selle struktuur sisaldab väikseimaid osakesi prootonite, elektronide ja neutronite kujul, mis moodustavad aatomi. Aatomid ühinevad, moodustades molekule, moodustades ainet, mis omakorda moodustab füüsilise keha või vedela aine.
Igal ainel on mitmeid individuaalseid omadusi, mis eristavad seda teistest: mass, tihedus, keemis- ja sulamistemperatuur, kristallvõre struktuur. Teatud tingimustel saab erinevaid aineid kombineerida ja segada. Looduses esinevad need kolmes agregatsiooni olekus: tahkes, vedelas ja gaasilises olekus. Sel juhul vastab konkreetne agregatsiooni olek ainult aine sisalduse tingimustele ja molekulaarse interaktsiooni intensiivsusele, kuid ei ole selle individuaalne omadus. Seega võib vesi erinevatel temperatuuridel võtta vedelat, tahket ja gaasilist vormi.
Füüsiline väli
Füüsikalise aine tüübid hõlmavad ka sellist komponenti nagu füüsiline väli. See on omamoodi süsteem, milles materiaalsed kehad suhtlevad. Väli ei ole iseseisev objekt, vaid pigem selle moodustanud osakeste spetsiifiliste omaduste kandja. Seega on impulss, mis vabaneb ühest osakesest, kuid ei neeldu teisest, atribuudiksväljad.
Füüsikalised väljad on mateeria tõelised mittemateriaalsed vormid, millel on pidevuse omadus. Neid saab klassifitseerida erinevate kriteeriumide järgi:
- Sõltuv alt välja moodustavast laengust on olemas: elektri-, magnet- ja gravitatsiooniväljad.
- Laengute liikumise olemuse järgi: dünaamiline väli, statistiline (sisaldab laetud osakesi, mis on üksteise suhtes paigal).
- Füüsikaliselt: makro- ja mikroväljad (tekivad üksikute laetud osakeste liikumisel).
- Sõltub eksisteerimiskeskkonnast: väline (mis ümbritseb laetud osakesi), sisemine (väli mateerias sees), tõene (välis- ja siseväljade koguväärtus).
Füüsiline vaakum
20. sajandil ilmus füüsikas mõiste "füüsiline vaakum" kui kompromiss materialistide ja idealistide vahel, et selgitada mõningaid nähtusi. Esimene omistas sellele materiaalseid omadusi, teine aga väitis, et vaakum pole midagi muud kui tühjus. Kaasaegne füüsika on idealistide hinnangud ümber lükanud ja tõestanud, et vaakum on materiaalne keskkond, mida nimetatakse ka kvantväljaks. Osakeste arv selles on võrdne nulliga, mis aga ei takista osakeste lühiajalist ilmumist vahefaasidesse. Kvantteoorias võetakse füüsikalise vaakumi energiatase tinglikult miinimumiks, see tähendab, et see on võrdne nulliga. Küll aga on katseliselt tõestatud, et energiaväli võib võtta nii negatiivseid kui ka positiivseid laenguid. On olemas hüpotees, etUniversum tekkis just ergastatud füüsilise vaakumi tingimustes.
Füüsikalise vaakumi struktuuri ei ole veel täielikult uuritud, kuigi paljud selle omadused on teada. Diraci auguteooria järgi koosneb kvantväli liikuvatest identsete laengutega kvantidest, ebaselgeks jääb kvantide endi koostis, mille klastrid liiguvad lainevoogude kujul.
