Aine

Baryoninen aine

Lähes kaikki arkielämässä koettava aine on baryonista ainetta. Siihen kuuluvat kaikenlaiset atomit, ja se antaa niille massan ominaisuuden. Nimensä mukaisesti ei-baryoninen aine on kaikenlaista ainetta, joka ei koostu pääasiassa baryoneista. Tähän voivat kuulua neutriinot ja vapaat elektronit, pimeä aine, kuten supersymmetriset hiukkaset, aksionit ja mustat aukot.

Baryonien olemassaolo on merkittävä kysymys kosmologiassa. Oletetaan, että alkuräjähdys tuotti tilan, jossa baryoneja ja antibaryoneja oli yhtä paljon. Prosessia, jossa baryoneja tuli enemmän kuin antihiukkasia, kutsutaan baryogeneesiksi.

Aineen ominaisuudet

Aine voidaan kokea suoraan aistien kautta. Sillä on ominaisuuksia, joita voidaan mitata, kuten massa, tilavuus ja tiheys, sekä laadullisia ominaisuuksia, kuten maku, haju ja väri.

Esimerkkejä aineesta

Kaikki maailmankaikkeuden fyysiset kappaleet koostuvat aineesta: galakseista, tähdistä ja planeetoista, kivistä, vedestä ja ilmasta. Myös elävät organismit, kuten kasvit, eläimet ja ihmiset, koostuvat aineesta.

Fysiikassa maailmankaikkeus sisältää myös asioita, jotka eivät ole materiaa, kuten alkeishiukkasia, joilla ei ole lepomassaa. Fotonit (sähkömagneettinen säteily, kuten valo) ovat tuttu esimerkki.

Aine voi lepomassansa lisäksi sisältää muita energiamuotoja, jotka eivät ole ainetta mutta joiden avulla ne voivat olla vuorovaikutuksessa toistensa kanssa vaihtamalla liike-energiaa, lämpöä, valoa, ääniaaltoja ja niin edelleen.

Fysikaalisten tieteiden ulkopuolella voi olla monia muita asioita, jotka eivät ole ainetta tai energiaa. Esimerkiksi tunteita voidaan kokea tai ajatuksia voi olla.

Koostumus

Aineen rakennetta ja koostumusta tutkitaan hajottamalla ainetta yhä pienempiin osiin. Elävät organismit koostuvat siis soluista. Solut koostuvat molekyyleistä, jotka ovat toisiinsa sitoutuneiden atomien joukkoja. Jokainen atomi on puolestaan alkeishiukkasten muodostama kokonaisuus.

Aineen olomuodot

Fyysikot luokittelevat aineen myös muutamiin laajoihin luokkiin, joita kutsutaan tiloiksi ja joilla on varsin erilaisia ominaisuuksia:

• Kiinteät aineet ovat aineellisia esineitä, jotka koostuvat molekyyleistä ja atomeista, jotka ovat niin vahvasti sidottuja toisiinsa, että ne säilyttävät muotonsa myös liikuteltaessa, vaikka ne voivatkin muuttua rasituksessa. Esimerkkejä: kivi, pöytä, veitsi, jäälohkare.
• Nesteet ovat ainemääriä, jotka koostuvat heikosti toisiinsa sitoutuneista molekyyleistä ja atomeista. Niillä ei ole oikeaa muotoa. Nesteitä on kahdenlaisia:
• Nesteet sisältävät kiinteän aineen kaltaisia tiivistyneitä ainemuotoja, mutta niiden muodostavien alkuaineiden (molekyylien, atomien) väliset sidokset sallivat niiden liikkua toisiinsa nähden, mutta ne pysyvät edelleen kiinni toisissaan: ne säilyttävät tietyn pinnan. Nesteet omaksuvat niiden säiliöiden muodon, joissa ne ovat. Esimerkkejä: vesi, öljy, veri, laava, virvoitusjuomat.
• Kaasut ovat ainemääriä, joiden muodostavien alkuaineiden (molekyylien, atomien) väliset sidokset ovat niin löyhiä tai heikkoja, että ne voivat liikkua toisistaan riippumatta. Kaasuilla ei ole varsinaista pintaa, vaan ne pyrkivät laajenemaan ja valtaamaan koko käytettävissä olevan tilavuuden. Esimerkkejä: ilma, vesihöyry, helium.
• Plasmat koostuvat ionisoituneesta aineesta, ja ne kiinnostavat lähinnä tutkijoita. Esimerkkejä: Maan ionosfääri, auringon korona. Plasman hiukkaset ovat nesteen ja kaasun seos. Hiukkaset voivat liikkua vapaasti, kuten neste, ja vetovoima on heikko, kuten kaasu. Tätä aineen tilaa ei täysin ymmärretä. Esimerkkinä plasmasta voi olla salama.
• Bose-Einsteinin kondensaatti (BEC) on aineen tila, jossa bosonien laimea kaasu on jäähdytetty hyvin lähelle absoluuttista nollaa (0 K tai -273,15 °C).

Tietty määrä ainetta voi muuttua tilasta toiseen lämpötilan ja paineen mukaan. Maapallolla vesi voi olla samanaikaisesti kolmessa tilassa: kiinteässä (jää), nestemäisessä (järvet, valtameret) ja kaasumaisessa (höyry tai höyry).

Aiheeseen liittyvät sivut

• Antimateria
• Atomiteoria
• Atomit