Différence entre énergie et matière

Différence principale - énergie et matière

L'énergie et la matière sont deux concepts fondamentaux en physique. Ces concepts sont profonds et souvent abstraits. Par conséquent, il n’est pas possible de faire une comparaison claire et directe. Classiquement, la matière est «définie» comme «tout ce qui a une masse et occupe de l'espace», tandis que l'énergie est décrite comme «la capacité de travailler». Cependant, ces descriptions ne sont pas complètes. À un niveau de base, on pourrait dire que le différence principale entre énergie et matière est-ce que la matière se réfère à des «objets» tandis que l'énergie se réfère à un propriété qu'un objet pourrait avoir ^[1].

Quel est le problème

Il est difficile de donner une définition simple à la «matière»^[1]. Comme mentionné ci-dessus, la matière a été traditionnellement décrite comme «des choses qui ont une masse et occupent de l'espace». Cependant, prendre cette définition pour stricte pose plusieurs problèmes. Par exemple, en mécanique quantique, il existe des situations dans lesquelles deux particules peuvent occuper techniquement le même espace. D'autre part, il existe des particules échangeuses de force qui ont une masse (comme les bosons de W et Z) qui ne sont pas souvent considérées comme de la «matière». Pour les besoins de cet article, nous considérerons que la matière est faite de quarks et de leptons (encore une fois, cela ne devrait pas être pris au sérieux car cela exclut potentiellement la matière noire!).

Qu'est-ce que l'énergie

De manière générale, l’énergie peut être divisée en trois types: énergie de masse, énergie cinétique et énergie potentielle. L'énergie de masse fait référence à l'énergie associée à la Masse d'un objet. Si un objet a une masse , alors l'énergie associé à cette masse est donnée par la célèbre équation d'Einstein décrivant équivalence masse-énergie:

où  est la vitesse de la lumière dans le vide.

Einstein a découvert la relation fondamentale entre masse et énergie.

L'énergie cinétique est l'énergie qu'un objet a en raison de son mouvement. Plus un objet se déplace rapidement, plus il a d'énergie cinétique. En physique classique, l’énergie cinétique est souvent donnée par . Cependant, en relativité, l'énergie cinétique est définie en termes de la quantité de mouvement de l'objet, .

L'énergie potentielle est l'énergie d'une particule en raison de la façon dont elle interagit avec d'autres particules. Les différents types d’énergie potentielle incluent énergie potentielle gravitationnelle (pour les particules massives dans les champs gravitationnels) et énergie potentielle électrique (pour les particules chargées dans les champs électriques).

le énergie totale pour une particule libre-c'est-à-dire une particule qui n'interagit pas (de sorte qu'elle n'a pas d'énergie sous forme d'énergie potentielle), est donnée par la somme des énergies de masse et cinétique:

On peut dire que le concept le plus important de la physique classique est le loi de conservation de l'énergie. Ceci indique que l'énergie totale dans un système isolé est conservée. Cela signifie que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais plutôt seulement converti d'une forme à une autre. Bien que l’affirmation semble qualitative, elle a de solides racines mathématiques dans Le théorème de Noether développé par le mathématicien allemand Emmy Nother.

Les travaux d'Emmy Noether (1882 - 1935) ont permis de révéler les lois mathématiques sous-jacentes à la conservation de l'énergie.

Différence entre énergie et matière

Définition de base:

Matière décrit un objet. 

Énergie décrit un propriété qu'un objet possède.

Définition classique:

Traditionnellement, matière a été décrit comme «des choses qui ont une masse et occupent de l'espace». 

Énergie a été décrit comme «la capacité de travailler».

Références:

1. Strassler, M. (12 avril 2012). Matière et énergie: une fausse dichotomie. Extrait le 29 septembre 2015, d'une importance particulière: 

Courtoisie d'image

“Albert Einstein” de Oren Jack Turner (Bibliothèque du Congrès des États-Unis) [Domaine public], via Wikimedia Commons

“Portrait of Emmy Noether”, auteur inconnu [domaine public], via Wikimedia Commons