7.5
Materie
Um das was Materie ist zu
beschreiben, ist die Aussgage am 'griffigsten', dass alles was
man anfassen kann, aus Materie besteht. Dass es sich dabei um
relativ große Brocken Materie handeln muss und dies auch
nur auf der Erde gelingt, sei mal dahingestellt. Dabei stört
allerdings, dass unsere Sinnessensoren nur sehr indirekt
arbeiten. Das was wir meinen mit ihnen wahrzunehmen sind zunächst
Veränderungen in der chemischen Struktur von Zellen, die
über Nervenstränge an das Gehirn geleitet werden. Erst
hier entsteht die individuelle Wahrnehmung. Ein Beispiel für
die Individualität kann die Frage sein, ob ein Farbton von
jedem Menschen gleich gesehen wird?
Noch problematischer wird es,
wenn man begreift, dass wir von dem was Materie genannt wird auch
nur die Eigenschaften erfassen. So kann man Materie nicht sehen.
Sie besitzt die Eigenschaft elektromagnetische Energie ..
zumindest in den Bereichen, die auf unsere
'Licht'-Sensoren, die Augen wirken, .. zu reflektieren und
zu absorbieren. Durch 'Störungen' in dem
molekularen Aufbau der Stäbchen und Zäpfchen in den
Augen gaukelt das reflektierte Licht unserem Gehirn vor, dass wir
etwas 'sehen' würden. Damit sind die Strukturen und
Farben die wir wahrnehmen nicht die Materie, sondern nur eine
durch ihre Eigenschaften hervorgerufene, indirekte Wirkung. Wir
sehen Lichtenergie und nicht die Materie .. dem entsprechend weiß
niemand was Materie wirklich ist.
Die Eigenschaft Masse
Die zentrale Eigenschaft die
nur die Materie besitzt ist ihre Masse. Sie bewirkt, dass sich
zwei Materieklumpen anziehen, also eine gegenseitige Kraft
aufeinander ausüben, so dass sich die beiden Materieklumpen
einander nähern möchten. Diese Gravitations- oder
Massenanziehungskraft ist unmittelbar, besitzt also nicht wie das
Licht eine endliche Geschwindigkeit und läßt sich auch
nicht abschirmen. Sie durchdringt also alles andere.
Für uns wahrnehmbar wird
diese Kraft z.B. bei den beiden Materieklumpen Erde und Mensch.
Hier zieht der Materieklumpen Erde den Klumpen Mensch an und der
Klumpen Mensch die Erde. Dessen Wirkung auf die Erde ist wegen
seiner geringen Masse allerdings nahezu vernachlässigbar.
Wie groß die resultierende Kraft ist, welche die beiden
Materieklumpen aufeinander ausüben, lässt sich nach
Isaak Newton durch die folgende Formel berechnen.
masse1 masse2
Anziehungskraft
= Gravitationskonstante ---------------------
Abstand²
In
dieser Formel ergibt sich die Anziehungskraft die auf beide
Körper wirkt in der Einheit Newton (N), wenn die Massen in
der Einheit Kilogramm (kg) angegeben wurde. Die
Gravitationskonstante besitzt einen Wert von
G
= 6,67384 * 10-11 Nm² / kg² und der
Abstand der beiden Massen muß von deren jeweilgem
Schwerpunkt aus gemessen werden.
In der Astrophysik besitzt
Newtons Formel Schwächen, die erst durch die
Relativitätstheorie von Albert Einsteins ausgeglichen werden
konnten, .. aber um der Eigenschaft Masse welche die Materie
besitzt näher zu kommen, sei darauf hingewiesen dass sie
sich zumindest auf der Erde, in relativ guter Näherung durch
eine Waage feststellen lässt, auf die man einen
Materieklumpen legt.
Masse ist träge. Um sie
zu beschleunigen oder sie abzubremsen ist Kraft notwendig. So muß
einem Auto Energie zugeführt werden um es auf eine
gewünschte Geschwindigkeit zu bringen, und wäre da
nicht die Luft als bremsende Materie mit der das beschleunigte
Auto zusammenstößt, würde es beliebig lange mit
dieser Geschwindigkeit weiterfahren. Welche Kraft in der
beschleunigten Materie steckt, erfahren leider allzuoft
Autofahrer, die in einen Unfall verwickelt werden.
Modellvorstellung von der
Materie
Der Aufbau der Materie, der
wie schon angedeutet, nur indirekt über ihre Eigenschaften
wahrgenommen werden kann, wird kleinsten Bausteinen zugesprochen
die als chemische Elemente bezeichnet werden. In dem einfachsten
Atommodell des dänischen Physikers Niels Bor bestehen diese
aus elektrisch positiv geladenen Teilchen den Protonen,
elektrisch negativ geladenen Teilchen, den Elektronen sowie aus
deren vermuteter Kombination, den elektrisch neutralen Neutronen.
Jedes dieser Teilchen besitzt die Eigenschaft der Masse. Die
Masse der Elektronen ist dabei um den Faktor 1800 kleiner als der
der Protonen und Neutronen besitzen über den Daumen eine
Masse die der Summe der beiden Massen von Elektron und Proton
entspricht.
Insgesamt sind 98 natürliche
Atomstrukturen bekannt, allerdings können sich diese Atome
durch sogenannte chemische Verbindungen zu einer Vielzahl
weiterer Stoffe kombinieren, so dass alle von uns erfahrbaren
Stoffe dabei herauskommen.
Hierbei ist das chemische
Element Nr 6, der Kohlenstoff von überragender Bedeutung. Er
besitzt die Fähigkeit, sich mit sich selber und anderen
Elementen in Ringen und Ketten zu einer nahezu unendlich
erscheinenden Vielzahl von Stoffen zu verbinden. Einige dieser
Stoffe erzeugen in ihrem Zusammenwirken Materieklumpen, die wir
als lebend bezeichnen, also Pflanzen und Tiere. Es muß
sicher nicht gesagt werden, dass niemand, wirklich niemand weiß,
worin das Geheimnis dieser Materie besteht, nur eine begrenzte
Zeit zu überdauern, sich aber durch Zeugung neuer
Materieklumpen regenerativ zu erhalten.
Ob Menschen bereits alle
Eigenschaften der Materie kennen ist ungewiss. So stellten die
Astrophysiker in den letzten Jahren fest, dass es größere
(mehr) gravitative Kräfte gibt, als sie die sichtbare
Materie hervorbringen kann. Eine Hypothese schreibt diese Kräfte
einer unbekannten, nicht sichtbaren Dunklen oder Schwarzen
Materie zu, von der bisher, wie schon angedeutet, nichts außer
ihrer vermuteten Masseeigenschaft, bekannt ist.
Befindet sich in einem Raum
keine Materie, so wird dieser Raum als Vakuum bezeichnet.
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