La materia è una sostanza che ha inerzia e occupa lo spazio fisico. Secondo la fisica moderna, la materia è composta da vari tipi di particelle, ciascuna con massa e dimensione.
Gli esempi più familiari di particelle materiali sono l'elettrone, il protone e il neutrone. Le combinazioni di queste particelle formano atomi. Esistono più di 100 diversi tipi di atomi, ciascuno dei quali costituisce un elemento chimico unico. Una combinazione di atomi forma una molecola. Atomi e / o molecole possono unirsi per formare un composto.
La materia può esistere in diversi stati, chiamati anche fasi. I tre stati più comuni sono noti come solido, liquido e gas. Un singolo elemento o composto di materia potrebbe esistere in più di uno dei tre stati, a seconda della temperatura e della pressione. Gli stati della materia meno familiari includono plasma, schiuma e condensato di Bose-Einstein. Questi stati si verificano in condizioni speciali.
Diversi tipi di materia possono combinarsi per formare sostanze che potrebbero non assomigliare a nessuno degli ingredienti originali. Ad esempio, l'idrogeno (un elemento gassoso) e l'ossigeno (un altro elemento gassoso) si combinano per formare l'acqua (un composto liquido a temperatura ambiente). Il processo di tale combinazione è chiamato reazione chimica. Una reazione chimica coinvolge le interazioni tra gli elettroni degli atomi, ma non influenza i nuclei degli atomi.
In alcune situazioni, la materia viene convertita in energia da reazioni atomiche, note anche come reazioni nucleari. Questo tipo di reazione è fondamentalmente diverso dalla reazione chimica perché comporta cambiamenti nei nuclei degli atomi. L'esempio più comune di una reazione atomica è la fusione dell'idrogeno che avviene all'interno del sole. L'immensa pressione all'interno del sole e di altre stelle costringe gli atomi di idrogeno a formare atomi di elio. In questo processo, una parte della massa viene convertita in energia secondo la formula
E = mc 2
where E è l'energia in joule, m è la massa in chilogrammi e c è la velocità della luce, che è di circa 2.99792 x 10 8 metri al secondo nel vuoto.
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno confermato l'esistenza di una sostanza chiamata antimateria. L'elettrone ha un gemello antiparticella chiamato positrone, con massa uguale ma carica elettrica opposta. Allo stesso modo, il protone ha un gemello di antimateria chiamato antiprotone e il neutrone ha un gemello di antimateria chiamato antineutrone. Se una particella di materia incontra la sua antiparticella, entrambe vengono convertite interamente in energia secondo la formula precedente, dove m è la massa combinata della particella e dell'antiparticella. Piccole quantità di antimateria sono state isolate in condizioni di laboratorio, ma nessuno è ancora riuscito a creare una reazione controllata materia / antimateria, o anche una reazione incontrollata di dimensioni significative.