Vật chất
Vật chất cùng với không gian và thời gian là những vấn đề cơ bản mà tôn giáo, triết học
và
vật lý học nghiên cứu. Vật lý học và các ngành khoa học tự nhiên nghiên cứu cấu tạo
cũng như những
thuộc tính cụ thể của các dạng thực thể vật chất khác nhau trong thế giới
tự nhiên. Các thực thể vật chất có thể ở dạng trường (cấu tạo bởi các hạt trường, thường
không có khối lượng nghỉ, nhưng vẫn có khối lượng toàn phần), hoặc dạng chất (cấu tạo
bởi các hạt chất, thường có khối lượng nghỉ) và chúng đều chiếm không gian. Với định
nghĩa trên, các thực thể vật chất được hiểu khá rộng rãi, như một vật
vĩ mô mà cũng có
thể như
bức xạ hoặc những hạt cơ bản cụ thể và ngay cả sự tác động qua lại của chúng.
Đôi khi người ta nói đến thuật ngữ phản vật chất trong vật lý. Đó thực ra vẫn là những
dạng thức vật chất theo định nghĩa trên, nhưng là một dạng vật chất đặc biệt ít gặp trong
tự nhiên. Mọi thực thể vật chất đều tương tác lẫn nhau và những tương tác này cũng lại
thông qua những dạng vật chất (cụ thể là những hạt tương tác trong các trường lực, ví dụ
hạt photon trong trường điện từ).
Các tính chất
Khối lượng
Khối lượng là một thuộc tính cơ bản của các thực thể vật chất trong tự nhiên.
Theo lý thuyết của
Isaac Newton mọi vật có khối lượng đều có quán tính (định luật 1 và 2
của Newton, xem thêm trang cơ học cổ điển), do đó cũng có thể nói mọi dạng thực thể
của vật chất trong tự nhiên đều có quán tính.
Khối lượng riêng ρ= 10
8
g/cm
3
Năng lượng
Năng lượng là một thuộc tính cơ bản của tất cả các thực thể vật chất trong tự nhiên.


Hình dung về tỷ lệ thành phần vũ trụ: năng lượng tối 73%, vật chất tối 23%, khí Hidro,
Heli tự do, các sao, neutrino, thành phần chất rắn và các phần còn lại 4%
Vật chất tối là phần vật chất mà con người chưa thể quan sát, cân đo được mà chỉ biết đến
nó thông qua tác động tới những vật thể khác, nhưng lại chiếm phần lớn khối lượng của
các thực thể vật chất trong vũ trụ.
Phản vật chất
Phản vật chất cũng là vật chất, nhưng cấu thành bởi các phản hạt... Năm 1928, trong khi
nghên cứu kết hợp thuyết lượng tử vào trong thuyết tương đối rộng của Albert Einstein,
Paul Dirac đã phát hiện ra rằng các tính toán không phản đối chuyện tồn tại các hạt cơ
bản đặc biệt, có hầu hết mọi đặc tính cơ bản như các hạt cơ bản thông thường, nhưng
mang điện tích trái dấu. Từ đó hình thành nên giả thiết tồn tại các hạt phản vật chất. Theo
tính toán, nếu một hạt phản vật chất gặp (tương tác) hạt vật chất tương ứng, chúng sẽ nổ
tung và tỏa ra 1 năng lượng rất lớn, theo
phương trình Einstein.
Không thời gian cong

Hình ảnh hai chiều về sự biến dạng của không thời gian. Sự tồn tại của vật chất làm biến
đổi hình dáng của không thời gian, sự cong của nó có thể được coi là hấp dẫn
Vật chất, theo
thuyết tương đối rộng, có quan hệ hữu cơ - biện chứng với không-thời
gian
. Cụ thể sự có mặt của vật chất gây ra độ cong của không thời gian và độ cong của
không thời gian ảnh hưởng đến chuyển động tự do của vật chất. Không thời gian cong có
những tính chất hình học đặc biệt được nghiên cứu trong hình học phi Euclide. Trong lý
thuyết tương đối rộng, lực hấp dẫn được thay bằng hình dáng của không thời gian. Các
hiện tượng mà cơ học cổ điển mô tả là tác động của lực hấp dẫn (như chuyển động của
các hành tinh quanh Mặt Trời) thì lại được xem xét như là chuyển động theo quán tính
trong không thời gian cong.