Materia y energía

Te explicamos qué son la materia y la energía, las características de cada una y cómo fueron estudiadas. Además, la relación entre ambas.

¿Qué son la materia y la energía?

Nuestro universo entero está compuesto por materia y energía, en sus numerosas formas, presentaciones y capacidades. De hecho, las dos disciplinas básicas con las que intentamos comprender las leyes fundamentales que lo rigen, la física y la química, se ocupan de las relaciones entre estos dos elementos: la sustancia que compone las cosas y su capacidad de transferir calor o realizar un trabajo.

Desde un punto de vista intuitivo, comprendemos la materia como aquello que podemos tocar, que es concreto y ocupa un lugar en el universo. En cambio, no puede tocarse la energía, que sólo se percibe en sus distintas manifestaciones: calor, luz, movimiento, etc. Las cosas a nuestro alrededor poseen a la vez una masa propia y una cantidad variable de energía, dependiendo en gran medida del estado en que se encuentran.

Se trata de dos conceptos fundamentales, estrechamente vinculados entre sí, entre los cuales existen determinadas equivalencias. Por ejemplo, es posible transformar masa en energía, cosa que ocurre cotidianamente en el interior de las estrellas, a través de reacciones nucleares intensas, o en el interior de nuestros propios organismos, cuando descomponemos los alimentos que ingerimos y extraemos de ellos energía química para mantenernos vivos.

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Materia

La materia se define como aquello que se extiende en una determinada región del espacio-tiempo, que posee una cantidad determinada de energía y que está sujeto a cambios en el tiempo. Su nombre proviene del latín mater, “madre”, dado que se trata de la sustancia matriz de las cosas, o sea, de aquello que las origina o que las compone.

En general la física atribuye a la materia tres rasgos o propiedades fundamentales:

• Posee una masa determinada, que se evidencia en un peso, un volumen y unas dimensiones cuantificables.
• Ocupa un lugar en el espacio, que no puede ser ocupado al mismo tiempo por otro cuerpo.
• Perdura en el tiempo, aunque no necesariamente de la misma forma: el hielo es ciertamente materia, y no deja de serlo cuando se derrita o cuando el agua que lo compone se evapore. Estos cambios en su estado físico (o estado de agregación de la materia) dependen de la cantidad de energía que posea.

El estudio de la materia data de la antigüedad clásica, y ocupó a muchos pensadores y filósofos a lo largo de la historia. De hecho, fueron los antiguos griegos quienes formularon por vez primera la teoría atomista, es decir, quienes pensaron que la materia podría estar compuesta por partículas minúsculas e indivisibles de distinto tipo.

Esta idea se rescató mucho más adelante, en el auge racionalista del siglo XVII, y fue fundamental en el campo de estudio de la química, heredera a su vez de la alquimia medieval.

Según los modelos de estudio de la física actual, apenas alrededor del 5% del universo apreciable está compuesto por materia ordinaria, mientras que la llamada “materia oscura” cuyo funcionamiento aún se desconoce, ocupa un 23%. Esta última se supone que es una forma de materia no-másica, o sea, desprovista de masa, cuya presencia sólo puede intuirse por el modo en que afectan los astros y la energía a su alrededor.

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Energía

En física, la energía se define como la capacidad para realizar un trabajo, es decir, para obrar, surgir o poner en movimiento. Absolutamente todos los cuerpos poseen una cantidad de energía determinada, relacionada con su estado de reposo, movimiento o vibración, por ejemplo, pero que se manifiesta de formas muy diferentes.

Así, es posible hablar de muchos tipos de energía: energía calórica, energía química, energía cinética, energía eléctrica, energía potencial, energía interna, etc.

La palabra energía proviene del griego enérgeia, “actividad”, término que apareció por vez primera en los escritos de Aristóteles (384-322 a. C.) en el siglo IV a. C., y retomado por los naturalistas modernos y del Medioevo tardío.

Se le han dado muchos otros nombres a lo largo de la historia, como “fuerza viva” (vis viva), “potencia” o incluso “espíritu”, dependiendo del contexto. Esto se debe en gran medida a que el estudio de los distintos tipos de energía tuvo su origen por separado, conforme se iban descubriendo más y más formas de energía presentes en el universo.

La energía se puede percibir, generalmente, en sus diversas manifestaciones, dado que en abstracto no se trata de algo perceptible. En cambio, el calor, la luz, el movimiento o la actividad pueden percibirse a simple vista, y sus efectos sobre la materia pueden ser estudiados sin dificultad. Así, la energía vendría a ser una magnitud física, que podemos medir en sus distintas apariciones.

También debemos considerar que la cantidad de energía en los sistema tiende a ser constante, de modo que no puede crearse ni destruirse, únicamente transformarse. De hecho se halla en continua transformación todo el tiempo: la energía química almacenada en los alimentos se convierte en energía mecánica cuando nos movemos, o en energía eléctrica en nuestro sistema nervioso.

Asimismo, la energía eléctrica del enchufe se convierte en energía lumínica cuando encendemos la lámpara, o en energía calórica gracias al calentador de agua.

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Materia y energía

Las relaciones entre materia y energía son objeto de estudio de los físicos desde hace siglos. Sabemos que un cambio en los niveles energéticos de la materia inciden en su forma y su estado de agregación, cosa que comprobamos desde que aprendimos al fundir los metales.

Posteriormente, el conocimiento de la química nos otorgó un entendimiento mucho mayor de cómo transformar la materia: ya no cambiar la configuración de sus partículas, sino romper los nexos entre los átomos y obtener sustancias diferentes.

De hecho, el mayor logro de la humanidad en ese sentido ha sido el descubrimiento de la energía atómica y su manipulación con fines pacíficos, o sea, en la construcción de plantas energéticas en las que se fusionan átomos pesados para generar grandes cantidades de energía calórica.

Todo ello fue posible gracias a las teorías de Albert Einstein (1879-1955) y otros físicos de importancia, y en especial de su fórmula de la equivalencia entre masa y energía (E = mc²), conocida como la Teoría de la relatividad.

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Referencias

• “Energía” en Wikipedia.
• “Materia” en Wikipedia.
• “Materia y energía” (video) en la Universidad Nacional de Entre Ríos (Argentina).
• “Los sistemas materiales y la energía” en el Ministerio de Educación de España.
• “Matter & Energy” en The Encyclopaedia Britannica.