מהי ההגדרה של "חומר" בפיזיקה?

לחומר יש הגדרות רבות, אך הנפוצה ביותר היא שמדובר בכל חומר שיש בו מסה ותופס מקום. כל האובייקטים הפיזיים מורכבים מחומר, בצורה של אטומיםאשר מורכבים בתורם מפרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים.

הרעיון שהחומר כלל אבני בניין או חלקיקים מקורו בפילוסופים היוונים דמוקריטוס (470-380 לפני הספירה) ולאוציפוס (490 לפני הספירה).

חומר בנוי מאטומים. האטום הבסיסי ביותר, איזוטופ המימן המכונה פרוטיום, הוא פרוטון יחיד. לכן, למרות שחלקיקים תת-אטומיים אינם נחשבים תמיד לצורות של חומר על ידי כמה מדענים, אתה יכול לראות את פרוטיום כחריג. יש אנשים הרואים אלקטרונים ונויטרונים כצורות של חומר. אחרת, כל חומר הבנוי מאטומים מורכב מחומר. דוגמאות מכילות:

• אטומים (מימן, הליום, קליפורניה, אורניום)
• מולקולות (מים, אוזון, גז חנקן, סוכרוז)
• יונים (Ca²⁺, כך₄^2-)
• פולימרים ומקרומולקולות (תאית, צ'יטין, חלבונים, DNA)
• תערובות (שמן ומים, מלח וחול, אוויר)
• טפסים מורכבים (כסא, כוכב לכת, כדור)

בעוד שפרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים הם אבני הבניין של האטומים, חלקיקים אלה מבוססים עצמם על פרמיונים. קוורקים ולפטונים בדרך כלל אינם נחשבים לצורות של חומר, אם כי הם מתאימים להגדרות מסוימות של המונח. ברוב הרמות, הכי פשוט לציין בפשטות שהחומר מורכב מאטומים.

אנטי-חומר הוא עדיין חומר, אם כי החלקיקים מחסלים חומר רגיל כאשר הם יוצרים קשר זה עם זה. אנטי-חומר קיים באופן טבעי בכדור הארץ, אם כי בכמויות קטנות במיוחד.

ואז, יש דברים שאין להם מסה או לפחות אין להם מסת מנוחה. דברים שאינם חשובים כוללים:

• אור
• נשמע
• מחממים
• מחשבות
• חלומות
• רגשות

פוטונים אין מסה, ולכן הם דוגמה למשהו בפיזיקה שהוא לא מורכב מחומר. הם גם לא נחשבים "אובייקטים" במובן המסורתי, מכיוון שהם אינם יכולים להתקיים במצב נייח.

חומר יכול להתקיים בשלבים שונים: מוצק, נוזלי, גז או פלזמה. רוב החומרים יכולים לעבור בין שלבים אלה על בסיס כמות החום שהחומר סופג (או מאבד). ישנם מצבים או שלבים נוספים של חומר, כולל עיבוי של בוזה-איינשטיין, עיבודים פרמיוניים ופלזמה של קווארק גלון.

שימו לב שבזמן משנה יש מסה, וחפצים מאסיביים מכילים חומר, שני המונחים אינם בדיוק שם נרדף, לפחות בפיזיקה. חומר אינו שמור ואילו המסה נשמרת במערכות סגורות. על פי תורת היחסות המיוחדת, חומר במערכת סגורה עלול להיעלם. המיסה, לעומת זאת, עשויה אף פעם לא נוצרה ולא הושמדה, אף שניתן להמירה אותה לאנרגיה. סכום המסה והאנרגיה נותר קבוע במערכת סגורה.

בפיזיקה, אחת הדרכים להבחין בין מסה לחומר היא להגדיר חומר כחומר המורכב מחלקיקים המציגים מסת מנוחה. אף על פי כן, בפיזיקה וכימיה, החומר מפגין דואליות של חלקיקים גליים, ולכן יש לו תכונות של גלים וחלקיקים כאחד.