Вещество и понимание его в современном естествознании

Вещество́ — форма материи, в отличие от поля, обладающая массой покоя. Вещество состоит из частиц, среди которых чаще всего встречаются электроны, протоны и нейтроны. Последние два образуют атомные ядра, а все вместе — атомы, молекулы, кристаллы и т. д.

В биологии вещество́ — форма материи, образующая ткани организмов, входящая в состав органелл клеток.

Однородное вещество характеризуется плотностью — отношением массы вещества к его объёму:

где ρ — плотность вещества, m — масса вещества, V — объём вещества.

Антивещество́; — материя, составленная из античастиц. По современным представлениям, силы, определяющие структуры материи (сильное взаимодействие, образующее ядра, и электромагнитное взаимодействие, образующее атомы и молекулы) совершенно одинаковы как для частиц, так и для античастиц. Это означает, что структура антивещества должна быть почти идентична структуре обычного вещества.

Отличие вещества и антивещества возможно только за счёт слабого взаимодействия, однако при обычных температурах слабые эффекты пренебрежимо малы.

Первым объектом, целиком составленным из античастиц, был синтезированный в 1965 году анти-дейтерий; затем были получены и более тяжёлые антиядра. В 1995 году в ЦЕРНе был синтезирован атом антиводорода, состоящий из позитрона и антипротона. В последние годы антиводород был получен в значительных количествах и было начато детальное изучение его свойств.

Несмотря на почти полную идентичность свойств вещества и антивещества, между ними есть огромная разница в космических масштабах.

При взаимодействии вещества и антивещества их масса превращается в энергию. Такую реакцию называют аннигиляцией.

Известно, что наблюдаемая часть вселенной состоит почти исключительно из вещества, а не из антивещества.

Каждому веществу присущ набор специфических свойств — объективных характеристик, которые определяют индивидуальность конкретного вещества и тем самым позволяют отличить его от всех других веществ.

К наиболее характерным физико-химическим свойствам относятся константы — плотность, температура плавления, температура кипения, термодинамические характеристики, параметры кристаллической структуры. К основным характеристикам вещества принадлежат его химические свойства.

В химии принято разделять все объекты изучения на индивидуальные вещества (иначе — соединения) и их смеси. Под индивидуальным веществом понимают абстрактное понятие, обозначающее набор атомов, связанных друг с другом по определённому закону. Граница между индивидуальным веществом и смесью веществ довольно расплывчата, так как существуют вещества непостоянного состава, для которых, вообще говоря, нельзя предложить точной формулы. Кроме того, индивидуальное вещество остаётся абстракцией в силу того, что практически достижима лишь конечная чистота вещества. Это значит, что любой конкретный, реально существующий образец представляет собой смесь веществ, пусть и с подавляющим преобладанием одного из них. Несмотря на кажущуюся надуманность этого ограничения, зачастую чистота вещества играет ключевую роль в его свойствах. Так, знаменитая прочность титана проявляется только после того, как он очищен от кислорода до определённого предела (менее сотых долей процента).

Все вещества в принципе могут существовать в трёх агрегатных состояниях — твёрдом, жидком и газообразном. Так, лёд, жидкая вода и водяной пар — это твёрдое, жидкое и газообразное состояния одного и того же вещества — воды H₂O. Твёрдая, жидкая и газообразная формы не являются индивидуальными характеристиками веществ, а соответствуют лишь различным, зависящим от внешних физических условий состояниям существования веществ. Поэтому нельзя приписывать воде только признак жидкости, кислороду — признак газа, а хлориду натрия — признак твёрдого состояния. Каждое из этих (и всех других веществ) при изменении условий может перейти в любое другое из трёх агрегатных состояний.

При переходе от идеальных моделей твёрдого, жидкого и газообразного состояний к реальным состояниям вещества обнаруживается несколько пограничных промежуточных типов, общеизвестными из которых являются аморфное (стеклообразное) состояние, состояние жидкого кристалла и высокоэластичное (полимерное) состояние. В связи с этим часто пользуются более широким понятием «фаза».

В физике рассматривается четвёртое агрегатное состояние вещества — плазма, частично или полностью ионизированное состояние, в котором плотность положительных и отрицательных зарядов одинакова (плазма электронейтральна). Изучение свойств плазмы показывает, что если управлять процессом истечения плазмы, можно получить практически неисчерпаемый и экологически чистый источник энергии.

О других видах вещества человек пока судит исходя из теоретических исследований. Например, если вещество в обычном твердом состоянии сжимать до огромной плотности, то электроны его атомов проникают в атомное ядро и, соединяясь с протонами ядра, превращаются в нейтроны. В результате возникает ещё одно состояние вещества − пятое: нейтронное состояние. На Земле такое состояние вещества реально не существует, но в Космосе, согласно представлениям физиков-теоретиков существуют нейтронные звезды, вещество которых, согласно теоретическим представлениям, состоит в основном из нейтронов.. Нейтронные звезды являются источниками очень мощного излучения и благодаря ему они и были обнаружены. Отличительными особенностями вещества в нейтронном состоянии является огромная (в десятки тысяч раз большая, чем у лучших проводников -металлов) электропроводимость, возникновение сильных магнитных полей в случае прохождения электрического тока и удивительная, ни с чем не сравнимая плотность. Достаточно сказать, что 1 кубический сантиметр вещества в нейтронном состоянии должен весить не менее миллиона тонн.

Ученые сегодня высказывают предположение (для такого предположения имеется очень много предпосылок), что существует в природе ещё одно состояние вещества - эпиплазма (сверхплазма), которая представляет собой тесную смесь из частиц и античастиц. Необходимым условием существования такой вещества является исключительно высокая температура и мощные гравитационные поля. И хотя точных данных о том, что эпиплазма во Вселенной существует, пока не имеется, однако возможность её существования не противоречит законам науки.