Materia - Explicaci�n y definici�n de materia

�Qu� es la materia?

La materia se define como cualquier tipo de entidad que podemos encontrar en el universo que tiene masa y ocupa un espacio. Esta cl�sica definici�n de materia ha evolucionado conforme el paso del tiempo y los avances cient�ficos desarrollados en el �rea de la f�sica cu�ntica y en la teor�a de la relatividad, as� pues podemos definir desde un punto de vista de la f�sica moderna a la materia como cualquier tipo de entidad m�sica que a nivel macrosc�pico ocupa y curva una regi�n del tejido espacio-tiempo y a que a nivel microsc�pico puede comportarse como una onda, m�s adelante explicaremos a detalle cada uno de estos conceptos implicados en la definici�n.

Podemos afirmar que estamos rodeados de materia, nosotros mismos somos materia, la pantalla con la que est�s viendo este art�culo, el agua que bebemos, el aire que respiramos, el sol que nos ilumina... nuestro mundo est� lleno de ella pero si nos adentramos en su estructura fundamental a escala microsc�pica nos daremos cuenta que el mundo material est� pr�cticamente vacio en su interior y si miramos la inmensidad del universo entenderemos que la materia que podemos identificar solo ocupa un 4% de su volumen.

Hoy en d�a sabemos que la materia est� compuesta por �tomos, que a su vez est� compuestos por electrones que se mueven alrededor de un n�cleo diminuto, para que nos hagamos una idea el volumen que ocupa los electrones y el n�cleo en un �tomo corresponde al 0,00001%, es decir el �tomo est� casi vacio, �entonces qu� es lo que hace que el acero sea duro y compacto? la respuesta reside en los uniones que se originan en el interior de los �tomos as� como los enlaces con otros �tomos.

Gracias a los enlaces qu�micos y las interacciones at�micas la materia adquiere "consistencia", los enlaces qu�micos mantienen unido al mundo, sin ellos solo habr�a �tomos sueltos y no existir�a ninguna de las sustancias que forman nuestro universo incluidos nosotros mismos. Estas uniones son las responsables de los diferentes estados en la que la materia se puede presentar:

• S�lido - Los �tomos que lo componen se encuentran fuertemente entrelazados en formas predefinidas restringiendo el movimiento de las part�culas en un movimiento vibratorio u oscilatorio.

• Liquido - Las fuerzas de uni�n de los l�quidos son menores a las fuerzas que mantienen unidos los �tomos de los s�lidos, permitiendo un movimiento libre de las part�culas dentro del volumen que ocupa el l�quido.

• Gaseoso - El movimiento de los �tomos es libre dado a que las fuerzas que producen las uniones entre los �tomos son muy d�biles.

• Plasma - En este estado los �tomos y mol�culas se encuentran fraccionados en iones, electrones, fragmentos moleculares cargados el�ctricamente pero que en su conjunto resulta un estado neutro.

Descubrimientos recientes demuestran la existencia de un quinto estado de la materia conocido como CBE (Condensado Bose-Einstein) en honor a los cient�ficos que predijeron su posible existencia, en dicho estado los �tomos son enfriados a temperaturas cercanas al cero absoluto haciendo que los movimientos at�micos sean nulos y los materiales adquieran propiedades incre�bles propias de la f�sica cu�ntica en donde los �tomos se transforman en ondas que se superponen unas con otras dejando de existir �tomos individuales para transformarse en un �nico super�tomo. En 1995 los f�sicos Eric Cornell y Carl Wiemman sintetizaron en el laboratorio el primer condensado CBE otorg�ndoles el premio nobel de f�sica en el a�o 2001.

Materia oscura, energ�a oscura y antimateria

Gracias a los estudios de la f�sica a principios del siglo XX as� como los avances cient�ficos en el campo de la astronom�a y la cosmolog�a actualmente conocemos que no solo existe materia en el universo sino que existe tambi�n la materia oscura, la antimateria y la energ�a oscura. Dentro del universo observable la materia ocupa solo un 4% mientras que la materia oscura ocupa un 23% y la energ�a oscura el 73% restante.

La materia oscura corresponde a la cantidad de materia que sabemos que existe en el universo pero no podemos identificarla a trav�s de las t�cnicas de identificaci�n actuales, sabemos que existe dado a que al poseer masa genera efectos gravitacionales visibles por los telescopios y sondas espaciales, pero no podemos identificarlo dado a que no podemos captar su radiaci�n electromagn�tica pudiendo ser porque su composici�n interna no posea ning�n tipo de carga el�ctrica.

Por otro lado gracias a los descubrimientos de astr�nomo Edwin Hubble actualmente sabemos que el universo est� en continua expansi�n, en este aspecto la energ�a oscura corresponde a un tipo de hipot�tica materia presente en el universo que no podemos observarla ni medirla pero sabemos que existe dado a que es la precursora de la fuerza repulsiva que hace al universo expandirse m�s y m�s r�pido con el paso del tiempo.

Del 4% restante de materia que existe el 3,6% corresponde a gas intergal�ctico mientras que solo un 0,4% corresponde a la materia que se encuentra en las estrellas, planetas, cometas y dem�s cuerpos celestes.

Sabemos que la materia est� compuesta de �tomos que a su vez est�n compuestos de part�culas como los electrones, los protones y los neutrones, el f�sico Paul Dirac en 1928 predijo la existencia de antipart�culas y por ende la existencia de antimateria formada por antielectrones (positrones) y antiprotones. En el a�o 1932 se identific� el positr�n validando la teor�a de las antipart�culas y la posible existencia de la antimateria, posteriormente en el a�o 1995 el laboratorio Europeo Cern consigui� crear 9 �tomos de antihidr�geno.

Cuando la materia entra en contacto con la antimateria ambas se aniquilan convirti�ndose en energ�a en un proceso cuya eficiencia es del 100%, dicha propiedad puede ser utilizada por los seres humanos para producir energ�a eficiente y limpia, con solo 100 gramos de antimateria podr�amos abastecer todo el consumo mundial de electricidad demanda durante 1 a�o, por otro lado el uso de las antipart�culas como los positrones se utiliza actualmente para fines m�dicos como la identificaci�n de tumores mediante la tomograf�a siendo posible su uso para combatir a las c�lulas cancer�genas.

Propiedades intr�nsecas de la materia

Atendiendo a la anterior definici�n de materia sabemos que posee masa, energ�a y ocupa un volumen, es decir la materia lleva consigo estas 3 propiedades intr�nsecas.

• Masa - Para que exista materia es necesario que tenga masa y que podamos medirla, la masa define la cantidad de materia que posee una entidad, hoy en d�a sabemos que a nivel microsc�pico la masa de cualquier part�cula viene definida por el grado de interacci�n que tiene con el campo de Higgs y a nivel macrosc�pico conocemos los efectos gravitacionales que ejercen las masas.

• Energ�a - La materia tiene energ�a correspondiente al movimiento de las part�culas subat�micas as� como la energ�a almacenada en los enlaces que se dan en la part�culas subat�micas y entre los propios �tomos, dicha energ�a puede ser liberada y detectada por el espectro electromagn�tico, por otro lado gracias a Einstein y a su famosa ecuaci�n E=mc² sabemos que la energ�a se puede transformar en materia y viceversa ayudando a explicar el nacimiento del universo tras una enorme explosi�n de energ�a.

• Espacio - La materia ocupa un volumen y por ende espacio, desde el punto de vista de la teor�a de la relatividad afirmamos que cualquier cuerpo m�sico produce una curvatura en el tejido espacio-tiempo siendo responsable directo las fuerzas gravitacionales, introduciendo por tanto la propiedad del tiempo dentro del concepto de la materia.

Por �ltimo a nivel microsc�pico el comportamiento de la materia entra en el mundo de la mec�nica cu�ntica en donde el experimento de la doble rendija nos demostr� su dualidad en la que la materia como un electr�n se comporta tanto como una onda como una part�cula siendo energ�a y materia al mismo tiempo.

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