Hoy día hablar sobre la materia básica que lo compone todo es hablar de física de partículas; y hablar de física de partículas de momento es hablar del modelo estándar. A este respecto la mejor fuente en internet para iniciarse en su estudio son los cursos que el profesor Leonard Susskind impartió para la Universidad de Stanford hablando sobre una introducción a la teoría cuántica de campos (Quantum Field Theory - QFT), el modelo estándar de partículas, y sobre la Supersimetría y la teoría de la gran unificación (GUT). Es notable como este gran físico logra explicar de manera formal matemática todos estos asuntos, pero que a la vez lo haga utilizando la complicación justa y necesaria para transmitir la base esencial de lo que desea enseñar. Podéis acceder a todas sus clases desde YouTube: https://www.youtube.com/channel/UCNPslw9h5x5OqEBUX65DEmg. Veamos:
1) La materia entendida como sustancia esencial con propiedad propia no existe. La materia es en realidad una propiedad emergente de una entidad mucho más fundamental: los campos cuánticos.
2) Todo eso que vemos a nuestro alrededor y que suponemos compuesto de "materia", en realidad no son más que perturbaciones en las ondas de probabilidad de ciertas partes de estos campos cuánticos. Si en cierta posición del espacio-tiempo no hay "materia", lo que en realidad queremos decir es que en ese lugar los campos cuánticos están fluctuando levemente en su estado fundamental (de energía mínima). Y cuando decimos que aquí o allí hay materia lo que en realidad ocurre es que en esas posiciones los campos cuánticos han sido de alguna manera excitados y presentan ondulaciones y alteraciones que simplemente en esa posición han salido del estado básico de energía mínima. La dinámica de dichas perturbaciones supone la emergencia (y permanencia) de lo que entendemos como partículas estables y por ende de la materia.
3) Pero un campo cuántico no es una sustancia tangible como tal, sino un constructo matemático que nos dice que cada posición infinitesimal del espacio-tiempo posee ciertas propiedades numéricas que describen un estado local. En este sentido, si nos vale con un sólo número para describir la propiedad del estado hablamos de un campo escalar, y si necesitamos más números para cada lugar infinitesimal será un campo vectorial o tensorial. La cuestión es que los campos son entidades abstractas sin realidad propia.
4) El hecho de que estos campos sean "cuánticos" implican que obedecen los postulados matemáticos de la mecánica cuántica, lo cual indica que cada posición infinitesimal viene descrita como hemos dicho por números que representan estados cuánticos. Sin embargo un estado cuántico se sabe desde hace tiempo que es algo sin existencia determinada y definitiva, algo fluctuante y regido por la probabilidad. En concreto, cada punto infinitesimal de eso que llamamos campo se corresponde matemáticamente con una especie de oscilador armónico simple: lo cual indica abstractamente que estamos tratando con cierto tipo de ondas de probabilidad y con cierta dinámica asociada a estos osciladores.
5) Todo el espacio (vacío o con materia) es pues una especie de mar de ondas matemáticas de probabilidad que fluctúan continuamente y cuya definición sólo tiene sentido de manera estadística. Las partículas no son nada que podamos entender como entes eminentemente físicos, y más bien se resume todo en una colección de números y cierto álgebra (la dinámica o cambio del valor de estos números) para cada posición infinitesimal que el mundo posee.
Conclusión) La vieja imagen atomista del mundo material como algo compuesto de puro vacío y de bolitas tangibles se ha venido abajo. Hoy día sabemos que el vacío no está vacío del todo (tiene una infinidad de perturbaciones aleatorias -fluctuaciones- que generan partículas "virtuales" que entran y salen de la "realidad"), y también sabemos que la materia como tal se compone de partículas subatómicas que no son entidades o sustancias palpables sino que constituyen simples variaciones estadísticas en la energía de cierta posición de un campo cuántico determinado. Una partícula es sólo el hecho emergente de que en cierta posición un campo cuántico ha perdido matemáticamente el estado de energía fundamental del armónico simple, presentando una onda de probabilidad del armónico simple pero en un estado excitado. Y a eso se reduce todo lo que vemos en nuestro día a día: todo lo que observamos es, al nivel más básico, un conjunto de ondas de probabilidad (de tipo oscilador armónico) vibrando en un mar de números -estados- cuánticos. Desde luego parece que nuestra visión de la realidad a estas alturas de la ciencia debería de ser matemática (idealista o neoplatónica), y admitir que bien parece que eso que entendemos como física es más bien un "algo" (ilusorio y sin sustancia real) que emerge de manera meramente cognitiva tras el procesar de nuestro cerebro de simio venido a más.