احتمالا در کلاس علوم شنیده‌اید که همه چیز از ماده ساخته شده است. اما آیا تا به حال به این فکر کرده‌اید که چیزهایی وجود دارند که می‌توانیم ببینیم و حس کنیم، اما از ماده تشکیل نشده‌اند؟ نور و گرما دقیقا از همین دسته هستند! در این مطلب، به بررسی این موضوع می‌پردازیم که چرا نور و گرما ماده نیستند و چگونه می‌توان ماده و انرژی را از یکدیگر تشخیص داد.

نکات کلیدی

• ماده جرم دارد و فضا اشغال می‌کند.
• گرما، نور و سایر اشکال انرژی الکترومغناطیسی جرم قابل اندازه‌گیری ندارند و نمی‌توان آن‌ها را در یک حجم مشخص محصور کرد.
• ماده می‌تواند به انرژی تبدیل شود و برعکس.
• ماده و انرژی اغلب با هم یافت می‌شوند. به عنوان مثال، آتش را در نظر بگیرید.

چرا نور و گرما ماده نیستند؟

جهان هستی از دو عنصر اصلی ماده و انرژی تشکیل شده است. قوانین پایستگی بیان می‌کنند که مقدار کل ماده و انرژی در یک واکنش ثابت است، اما ماده و انرژی می‌توانند شکل‌های خود را تغییر دهند. ماده به هر چیزی گفته می‌شود که جرم داشته باشد. انرژی، اما، توانایی انجام کار است. در حالی که ماده می‌تواند حاوی انرژی باشد، این دو با یکدیگر تفاوت اساسی دارند.

یک راه آسان برای تشخیص ماده از انرژی این است که از خود بپرسید آیا آنچه مشاهده می‌کنید جرم دارد یا خیر. اگر جرم نداشت، پس انرژی است! مثال‌هایی از انرژی شامل هر بخشی از طیف الکترومغناطیسی است، که شامل نور مرئی، فروسرخ، فرابنفش، اشعه ایکس، مایکروویو، رادیو و اشعه گاما می‌شود. اشکال دیگر انرژی عبارتند از گرما (که می‌توان آن را تابش فروسرخ در نظر گرفت)، صدا، انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی.

راه دیگر برای تشخیص ماده از انرژی این است که بپرسید آیا چیزی فضا اشغال می‌کند یا خیر. ماده فضا اشغال می‌کند. می‌توانید آن را در یک ظرف قرار دهید. در حالی که گازها، مایعات و جامدات فضا اشغال می‌کنند، نور و گرما این کار را نمی‌کنند.

معمولاً ماده و انرژی با هم یافت می‌شوند، بنابراین تشخیص آن‌ها از یکدیگر می‌تواند دشوار باشد. به عنوان مثال، یک شعله از ماده به شکل گازهای یونیزه شده و ذرات معلق و انرژی به شکل نور و گرما تشکیل شده است. شما می‌توانید نور و گرما را مشاهده کنید، اما نمی‌توانید آن‌ها را روی هیچ مقیاسی وزن کنید.

ویژگی‌های اصلی ماده

• ماده فضا اشغال می‌کند و دارای جرم است.
• ماده می‌تواند حاوی انرژی باشد.
• ماده می‌تواند به انرژی تبدیل شود.

مثال‌هایی از ماده و انرژی

در اینجا نمونه‌هایی از ماده و انرژی آورده شده است که می‌توانید از آنها برای کمک به تشخیص آنها استفاده کنید:

انرژی

• نور خورشید
• صدا
• تابش گاما
• انرژی موجود در پیوندهای شیمیایی
• الکتریسیته

ماده

• گاز هیدروژن
• یک سنگ
• ذره آلفا (حتی اگر بتواند از واپاشی رادیواکتیو آزاد شود)

ماده + انرژی

تقریباً هر جسمی علاوه بر ماده، انرژی نیز دارد. به عنوان مثال:

• توپی که روی یک قفسه قرار دارد از ماده ساخته شده است، اما انرژی پتانسیل دارد. مگر اینکه دما صفر مطلق باشد، توپ انرژی حرارتی نیز دارد. اگر از مواد رادیواکتیو ساخته شده باشد، ممکن است انرژی را به شکل تشعشع نیز ساطع کند.
• قطره بارانی که از آسمان می افتد از ماده (آب) ساخته شده است، به علاوه انرژی پتانسیل، جنبشی و حرارتی دارد.
• یک لامپ روشن از ماده ساخته شده است، به علاوه انرژی را به شکل گرما و نور ساطع می کند.
• باد از ماده (گازهای موجود در هوا، گرد و غبار، گرده) تشکیل شده است، به علاوه انرژی جنبشی و حرارتی دارد.
• یک حبه قند از ماده تشکیل شده است. این ماده حاوی انرژی شیمیایی، انرژی حرارتی و انرژی پتانسیل است (بسته به چارچوب مرجع شما).

سایر نمونه‌هایی از چیزهایی که ماده نیستند شامل افکار، رویاها و احساسات است. به یک معنا، احساسات را می توان دارای مبنایی در ماده در نظر گرفت زیرا آنها با نوروشیمی مرتبط هستند. از طرف دیگر، افکار و رویاها را می توان به عنوان الگوهای انرژی ثبت کرد.