1.

Einleitung

Materie (Physik) (lateinisch materia: Stoff), im klassischen Sinn ein Begriff für das Stoffliche. Im Allgemeinen bezeichnet man jeden Stoff bzw. jede Substanz, unabhängig vom Aggregatzustand, als Materie. Einen Raum, der frei von Materie ist, nennt man Vakuum. Im modernen physikalischen Sinne wird der Begriff „Materie” von dieser sinnlichen Anschauung losgelöst und eher aus einer relativitätstheoretischen bzw. quantenmechanischen Sichtweise definiert. Zur philosophischen Bedeutung siehe Materie (Philosophie).

2.

Geschichte

In der klassischen Physik wurden Materie und Energie als getrennte Größen angesehen, die allen physikalischen Phänomenen zugrunde liegen. Mit dem Zusammenbruch der klassischen Physik im Lauf des 19. Jahrhunderts und insbesondere im 20. Jahrhundert erfuhr der Materiebegriff tief greifende Wandlungen. Ein Aspekt (von vielen) war die Erkenntnis, dass Energie, Materie und Masse eng miteinander verbunden sind. So beschrieb beispielsweise Albert Einstein in der allgemeinen Relativitätstheorie diesen Zusammenhang als Masse-Energie-Äquivalenz. Demzufolge lässt sich Masse in Energie umwandeln und auch umgekehrt. In jüngerer Zeit gelang einer Forschergruppe am Linearbeschleuniger in Stanford aus Photonen (Licht) Materie in Form von Positronen zu erzeugen. Siehe auch Teilchenbeschleuniger

Der eigentliche Auslöser für die neue Begriffsdefinition war jedoch die Vorstellung, dass Raum und Zeit nicht absolut seien, wie es die klassische Physik forderte. Die Begriffe Raum und Zeit sind vielmehr vom Bewegungszustand des Betrachters abhängig (spezielle Relativitätstheorie), d. h., ein bevorzugtes Bezugssystem existiert nicht. Es entstand eine neue Anschauung von Raum und Zeit und in diesem Zuge auch eine neue Auffassung für den Begriff Materie. Auf der Basis der nichteuklidischen Geometrie werden Raum und Zeit zur vierdimensionalen und gekrümmten Raum-Zeit (allgemeine Relativitätstheorie) vereinigt, wobei diese neue physikalische Größe in besonderer Weise mit der Materie in Wechselwirkung steht (siehe Relativitätstheorie). Demzufolge lassen sich Gravitationsfelder auf die von der Materieverteilung abhängige Krümmung der Raum-Zeit zurückführen.

Nach der gängigen Theorie sind die Bausteine der Materie die Elementarteilchen, wobei man nach neuesten Erkenntnissen davon ausgeht, dass es sich bei den dynamischen Grundbausteinen um die fast punktförmigen Quarks und Leptonen handelt. Der relativistische Gegenpart der Materie ist die Antimaterie. Wie die Materie ist auch sie aus Elementarteilchen aufgebaut – diese nennt man Antiteilchen.

Im Sinne der Quantenmechanik (siehe Quantentheorie) lässt sich Materie jedoch nicht durch punktförmige Massen beschreiben. Nach quantenmechanischer Auffassung besitzt Materie nicht nur die Eigenschaften von Teilchen, sondern ähnlich wie Licht auch Wellencharakter (Welle-Teilchen-Dualismus). Auf dieser Basis gibt es in der modernen Physik ein anderes Modell, nach dem sich die Materie als Schwingungen einer eindimensionalen „Saite” auffassen lässt. Diese Vorstellung bezeichnet man als Stringtheorie (englisch string: Saite).

Die moderne Physik versucht diese beiden Sichtweisen in einer Theorie zu vereinen.

Siehe Gravitationswellen; Feld (Physik); einheitliche Feldtheorie; große unifizierte Theorie; Dunkle Materie