La materia es una sustancia que tiene inercia y ocupa un espacio físico. Según la física moderna, la materia está formada por varios tipos de partículas, cada una con masa y tamaño.
Los ejemplos más conocidos de partículas materiales son el electrón, el protón y el neutrón. Las combinaciones de estas partículas forman los átomos. Existen más de 100 tipos diferentes de átomos, cada uno de los cuales constituye un elemento químico único. Una combinación de átomos forma una molécula. Los átomos y/o las moléculas pueden unirse para formar un compuesto.
La materia puede existir en varios estados, también llamados fases. Los tres estados más comunes se conocen como sólido, líquido y gas. Un mismo elemento o compuesto de la materia puede existir en más de uno de los tres estados, dependiendo de la temperatura y la presión. Otros estados de la materia menos conocidos son el plasma, la espuma y el condensado de Bose-Einstein. Estos estados se dan en condiciones especiales.
Diferentes tipos de materia pueden combinarse para formar sustancias que pueden no parecerse a ninguno de los ingredientes originales. Por ejemplo, el hidrógeno (un elemento gaseoso) y el oxígeno (otro elemento gaseoso) se combinan para formar agua (un compuesto líquido a temperatura ambiente). El proceso de dicha combinación se denomina reacción química. Una reacción química implica interacciones entre los electrones de los átomos, pero no afecta a los núcleos de los mismos.
En algunas situaciones, la materia se convierte en energía mediante reacciones atómicas, también conocidas como reacciones nucleares. Este tipo de reacción es fundamentalmente diferente de la reacción química porque implica cambios en los núcleos de los átomos. El ejemplo más común de reacción atómica es la fusión de hidrógeno que se produce en el interior del sol. La inmensa presión dentro del sol, y dentro de otras estrellas, obliga a los átomos de hidrógeno a unirse para formar átomos de helio. En este proceso, parte de la masa se convierte en energía según la fórmula
E = mc 2
donde E es la energía en julios, m es la masa en kilogramos y c es la velocidad de la luz, que es aproximadamente 2,99792 x 10 8 metros por segundo en el vacío.
En los últimos años, los científicos han confirmado la existencia de una sustancia llamada antimateria. El electrón tiene una antipartícula gemela llamada positrón, con igual masa pero carga eléctrica opuesta. Asimismo, el protón tiene una antimateria gemela llamada antiprotón, y el neutrón tiene una antimateria gemela llamada antineutrón. Si una partícula de materia se encuentra con su antipartícula, ambas se convierten totalmente en energía según la fórmula anterior, donde m es la masa combinada de la partícula y la antipartícula. Se han aislado pequeñas cantidades de antimateria en condiciones de laboratorio, pero nadie ha conseguido aún crear una reacción controlada de materia/antimateria, ni siquiera una reacción incontrolada de tamaño significativo.