물질(物質)의 정의

즉, 세상을 만들기 위해서는 물질이 필요하고 물질이 있음으로서 공간이 생겨나게 되고

공간이 생겨남으로서 물질과 물질사이의 공간을 오가는 거리가 생겨 시간이 발생하게 된다.

우리가 살아가고 흘러가는 시간은 모두 물질에서 나온것이다.

그럼 세상이 생겨나고 시간이 생겨난 것에 대해서는 어느정도 답을 찾은 듯 하다.

그럼 물질은 도대체 어디서 온것일까?

이에 대한 정의를 내릴 수 있을까?

일반적 정의 [편집]

물질에 대한 일반적인 정의는 질량과 부피를 갖는 존재이다. 이러한 정의를 따르면 자동차 등도 무게가 있으며 공간을 차지하므로 하나의 물질로 간주할 수 있다.^[20] [21]

사람들은 아주 오래 전부터 물질을 관찰하여 왔으나 물질이 왜 공간을 차지하는지에 대한 이론은 최근에야 정립되었다. 파울리 배타 원리에 의하면 같은 양자 상태에 두 개의 동일한 페르미온이 존재할 수 없다. 이에 따라 물질은 중첩되지 않는다.^[22] [23] 파울리 배타 원리를 극명하게 보여주는 천체로는 백색왜성과 중성자별 등이 있다.

물질(物質)의 고전적 정의는 물체를 이루는 존재이다.^[1][2] 이에 따라 물질은 질량과 부피를 갖는 존재로 정의되기도 한다.^[3] 그러나, 양자역학의 도입으로 물질에 대한 이러한 개념은 수정되어야 하였다. 양자역학의 발견결과는 "질량을 갖는다"거나 "공간을 차지한다"는 것이 물질을 정의하는 명료한 개념이 될 수 없다는 것을 보여주었다. 양자역학 과학자들은 질량과 부피가 물질 고유의 속성이 아니라 "기본 단위"의 상호 작용에 의해 변화되는 것이라는 점을 발견하였다.^[4][5] 이를 물질의 상관 이론이라 한다.^[6]

물질에 대한 개념은 기본 단위와 이것의 상호 작용을 발견하면서 재정의되어 왔다. 18세기 초 아이작 뉴턴은 물질을 "내부가 채워져 있고, 질량을 가지며, 단단하고, 관통할 수 없으며, 운동하는 입자"로서 "더 이상 나뉠 수 없을 정도로 단단한 것"이라 보았다. 뉴턴은 질량, 부피와 같이 수학적으로 서술할 수 있는 것들을 물질의 일차적 특성으로 보았고 색, 맛과 같은 것들은 부차적 성질로 규정하였다.^[7] 19세기에 들어 주기율표와 원자 이론이 발전하면서 원자가 분자와 화합물을 이루는 기본 입자로 여겨지게 되었다.^[8]

19세기 말 조지프 존 톰슨이 전자를 발견하였고, 20세기 초에는 가이저-마스덴 실험을 통해 원자핵이 발견되었다. 입자물리학이 성립되자 원자는 전자, 중성자,양성자로 구성되어 이들의 상호 작용에 의해 형성되었다는 것이 밝혀졌다. 오늘날에는 이들 역시 최소 단위의 입자가 아니며 중성자와 양성자는 쿼크로, 전자는렙톤으로 나뉠 수 있다는 사실이 알려져있다. 현대 물리학은 쿼크와 렙톤이 물질을 이루는 기본입자라고 파악하고 있다.^[9]

쿼크와 렙톤은 네 종류의 기본 상호작용, 즉 중력, 전자기력, 약한 상호작용, 강한 상호작용에 의한 상호 작용으로 중성자, 양성자, 전자와 같은 여러 가지 입자들을 이룬다. 입자물리학의 표준 모형은 현재 모든 물리학 현상을 설명하는 가장 강력한 이론이다. 그러나, 지난 10년간의 노력에도 불구하고 중력은 양자 수준에서 설명되지 못하고 있다. 중력은 여전히 고전물리학의 범주에서만 설명 가능하다.(양자 중력과 중력을 참고할 것)^[10] 쿼크와 렙톤 간의 상호작용은 광자와 같은 힘 전달 입자의 교환으로 이루어진다.^[11] 힘 전달 입자는 쿼크와 렙톤의 상호작용에는 관여하나 스스로 물질을 구성하지는 않는다. 또한 힘 전달 입자는 질량과 에너지 중 한 가지만 전달할 수 있다. 광자는 전자기에너지만을 전달하며(플랑크 상수), W 보존은 약한 상호작용 에너지인 질량만을 전달한다. 한편, 광자와 w 보존 모두 물질을 구성하지는 않지만, ^[12] 원자나 아원자 입자의 전체 질량에는 포함된다.^[13][14]

물질의 상태^[15](또는 상)에는 일반적으로 고체, 액체, 기체, 플라스마가 있다. 이론물리학에서는 보즈-아인슈타인 응축, 페르미온 응축과 같은 이론적 상을 다루기도 한다. 기본입자의 측면에서 보면 쿼크-글루온 플라스마와 같은 것 역시 물질의 상 가운데 하나로서 다루어질 수 있다.

물리와 화학에서는 물질이 입자의 성질과 동시에 파동의 성질을 갖는 다는 사실을 발견하였다. 이와 같이 입자와 파동의 성질이 동시에 존재하는 것을 물질파라고 한다.^{[16] [17] [18]}

우주론에서는 암흑 물질과 암흑 에너지를 다루기도 한다. 이들은 기존 물리학에서 다루는 물질과는 조금 다른 개념으로 시각적으로 관찰할 수 없는 질량과 에너지를 갖는 존재를 다루기 위한 개념이다. ^[19]