חומר

החומר המוכר לנו עשוי מאטומים, העשויים מצדם מחלקיקי יסוד. תכונתו הבסיסית של החומר, המגדירה אותו למעשה, היא הכבידה: כל גוף חומרי מושך אליו כל גוף חומרי אחר, בכוח העומד ביחס ישר לכמויות החומר בשני הגופים (וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם) - זהו חוק הכבידה של אייזיק ניוטון. כמות החומר שממנו עשוי גוף נתון היא המסה שלו. תכונה בסיסית נוספת של החומר קרויה התמד (אינרציה): כל גוף חומרי מתנגד לכל שינוי במצב תנועתו או מנוחתו. המסה היא אמת מידה להתמד.

החומר עשוי להימצא בטבע בכמה מצבי צבירה, שמהם מוכרים ביותר המצב הגזי, הנוזלי והמוצק. אך יש גם מצבים נוספים, כגון פלסמה - גז לוהט ומיונן - וכן המצב האמורפי שאינו בדיוק מוצק ואינו בדיוק נוזלי, האופייני לזכוכית. לכל אחד מהמצבים הללו תכונות פיסיקליות אופייניות, אבל כל חומר עשוי להימצא, בתנאים המתאימים, בכל אחד ממצבי הצבירה.

תורת היחסות הפרטית של אלברט איינשטיין קובעת את שקילוּת החומר (כמסה) והאנרגיה; כלומר, אפשר להפוך מסה לאנרגיה ואנרגיה למסה, לפי הנוסחה המפורסמת E=mc², שבה E מייצג אנרגיה, m מייצג מסה ומקדם ההמרה c הוא מהירות האור. לדוגמה, בתהליך הביקוע הגרעיני, שבו מתפצל גרעינו של אטום כבד לשני גרעינים קטנים יותר, הופכת כמות זעירה של חומר לכמות גדולה של אנרגיה.

החומר המוכר לנו קרוי חומר בַּרְיוֹנִי, שכן גרעיני האטומים שלו בנויים מחלקיקים השייכים למשפחת הבריונים, דהיינו פרוטונים ונייטרונים. אולם תצפיות קוסמולוגיות מלמדות כי רוב החומר ביקום אינו בריוני: למעשה, החומר הבריוני מהווה רק כ-5% מכלל המסה-אנרגיה של היקום (כמה חוקרים מציעים כמות קטנה עוד יותר, או גדולה מעט יותר, אבל איש אינו מדבר על יותר מ-10%). היתרה, שטיבה אינו ידוע כלל למחקר העכשווי, זכתה לכינוי (הזמני, יש לקוות) חומר אפל. טיבו של החומר האפל (ויש המדברים גם על אנרגיה אפלה לצדו) הוא נושא לספקולציות מרובות, אבל טרם הוצע לו הסבר מניח את הדעת.

ספקולציות נוספות אופפות את הסוגיה הקרויה "אנטי-חומר". זה זמן רב ידוע לפיסיקה של חלקיקי היסוד כי לכל חלקיק יש אנטי-חלקיק, זהה לו בכל תכונותיו מלבד אחת (לרוב מדובר במטען החשמלי, שבאנטי-חלקיק סימנו הפוך; אך בחלקיקים חסרי מטען חשמלי, למשל הנייטרון, מדובר בתכונה אחרת הקשורה לכוח האלקטרומגנטי, כמו מומנט מגנטי). אנטי-חלקיקים כאלה כבר זוהו, בטבע ובמעבדה. נשאלת איפוא השאלה, האם ייתכן חומר "אנטי-בריוני", שגרעינו עשוי אנטי-פרוטונים ואנטי-נייטרונים, ומקיפים אותו אנטי-אלקטרונים (פוזיטרונים). בכמויות זערוריות, כבר אפשר כיום לייצר אנטי-חומר כזה במאיצי חלקיקים. משך קיומו קצר מאוד, כי בבואו במגע עם חומר רגיל, השניים מתאיינים - הופכים לאנרגיה טהורה. אבל יש הסבורים, על סמך שיקולים שמקורם בתרחיש המפץ הגדול, כי אי-שם ביקום חייבים להימצא ריכוזים משמעותיים של אנטי-חומר, והעניין שרוי כרגע במחלוקת גדולה.

הכימיה מזהה שלושה סוגים בסיסיים של חומרים: יסודות טהורים, תרכובות של יסודות ותערובות של יסודות ו/או של תרכובות. בכל אחת משלוש הקטיגוריות האלה מצוי מספר עצום ורב של חומרים שונים, חלקם טבעיים וחלקם סינתטיים; המדע היישומי החוקר את תכונותיהם הכימיות והפיסיקליות, ואת השימושים האפשריים שלהם בידי האדם, נקרא מדע החומרים.

יש לציין כי למלה העברית "חומר" יש משמעות נוספת, "חומר ביד היוצר" - דהיינו חומר הגלם של תעשיית כלי החרס לסוגיהם השונים, והוא מבוסס על חרסית.