દ્રવ્ય (matter) : જેમાંથી કોઈ પણ પ્રકારની ઇન્દ્રિયગ્રાહ્ય વસ્તુ બને તેવો પદાર્થ. દ્રવ્યના બનેલા જ પદાર્થોમાં પરસ્પર જુદા પાડી શકાય તેવું કોઈ ને કોઈ લક્ષણ હોય છે. વૈવિધ્ય હોવા સાથે તેમની વચ્ચે કંઈક સામ્ય પણ હોય છે; જેમ કે, દરેક પદાર્થ જગ્યા રોકે છે. આથી એવી વ્યાખ્યા કરવામાં આવે છે કે જે જગ્યા રોકે તેને પદાર્થ કહે છે. કોઈ પણ સ્થિર પદાર્થ બાહ્ય બળ ન લાગે ત્યાં સુધી સ્થિર રહે છે અને ગતિમાન પદાર્થ તેની અફર ગતિ ચાલુ રાખે છે. એટલે કે પદાર્થ પોતાની મેળે તેની સ્થિતિમાં ફેરફાર કરવા અસમર્થ છે. પદાર્થના આ ગુણધર્મને તેનું જડત્વ (inertia) કહે છે. અર્થાત્, જડત્વ પદાર્થની સ્થિતિમાં થતા ફેરફારનો વિરોધ કરે છે. પદાર્થમાં રહેલા દ્રવ્યના જથ્થાને દળ (mass) કહે છે. તેનો એકમ કિલોગ્રામ છે. જડત્વના માપને પણ દળની વ્યાખ્યા તરીકે લેવામાં આવે છે. દળ એ પદાર્થમાં રહેલ દ્રવ્યનો જથ્થો છે, જે કોઈ પણ સ્થળ આગળ અચળ રહે છે. કોઈ પણ પદાર્થના દ્રવ્ય ઉપર લાગતા પૃથ્વીના ગુરુત્વાકર્ષણબળને વજન (weight) કહે છે, તેનો એકમ ‘ન્યૂટન’ છે. પદાર્થનું વજન સ્થળ બદલાય છે. જેમ પદાર્થ પૃથ્વીના કેન્દ્રની નજીક તેમ તેનું વજન વધારે અને દૂર તેમ વજન ઓછું. આથી પદાર્થનું વજન ધ્રુવ ઉપર વધુ અને વિષુવવૃત્ત ઉપર ઓછું હોય છે. આ કારણથી પદાર્થ પૃથ્વીથી દૂર જાય તેમ તે વજન ગુમાવે છે જ્યારે તેનું દળ તો યથાવત્ જ રહે છે.
અગ્નિ પાસે ઊભા રહેતાં ઉષ્માનો અનુભવ થાય છે; વિદ્યુતગોળામાંથી નીકળતો પ્રકાશ જોઈએ ત્યારે ઊર્જાનો ઉદભવ થતો હોય છે. પદાર્થને ખસેડવાની શક્તિ અથવા કાર્ય કરવાની ક્ષમતાને ઊર્જા કહે છે. ઊર્જાનો વ્યાવહારિક એકમ ‘જૂલ’ છે. ઊર્જા અનેક સ્વરૂપે જોવા મળે છે. તેનું જાણીતું અને વ્યાપક સ્વરૂપ ઉષ્મા છે. બધા પ્રકારની ઊર્જાનું ઉષ્મામાં રૂપાંતર કરી છે.
દ્રવ્યનું ઊર્જામાં અને ઊર્જાનું દ્રવ્યમાં રૂપાંતર શક્ય છે; જેમ કે, કોઈ પણ રેડિયો-સક્રિય (radio–active) પદાર્થનું વિભંજન થાય ત્યારે દ્રવ્યનું ઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે, જ્યારે પરમાણુબૉંબના વિસ્ફોટ દરમિયાન દ્રવ્યનું ઊર્જામાં રૂપાંતર થતું હોય છે. ઉચ્ચ ઊર્જા ધરાવતા ઉપપારમાણ્વિક (subatomic) કણો એકબીજા સાથે સંઘાત પામે ત્યારે ઊર્જાનું દ્રવ્યમાં રૂપાંતર થવાથી નવા ભારે કણનું સર્જન થાય છે.
દ્રવ્યના ગુણધર્મો : રોજબરોજના જીવનવ્યવહારમાં મળતા વિવિધ પ્રકારના પદાર્થો કેટલાક વિશિષ્ટ તો કેટલાક સામાન્ય લક્ષણો ધરાવતા હોય છે. આમ પદાર્થમાં એકાદ એવું વિશિષ્ટ લક્ષણ હોય જેને આધારે તેને અલગ તારવી શકાય છે. દ્રવ્ય મુખ્યત્વે બે પ્રકારના ગુણધર્મો ધરાવે છે : (1) ભૌતિક અને (2) રાસાયણિક.
ર્દષ્ટિ, સ્પર્શ, વાસ, સ્વાદ અથવા શ્રવણથી દ્રવ્યની ઓળખ થાય છે. ચાંદી સફેદ અને સોનું પીળું છે તે જોવાથી; સાકર કે મીઠું સ્વાદથી અને ગુલાબ કે પેટ્રોલ તેમની વાસથી જાણી શકાય છે. દ્રવ્યના આવા ગુણધર્મોને ભૌતિક ગુણધર્મો કહે છે. દ્રવ્યનો બીજો મહત્વનો ગુણધર્મ તેની ઘનતા (density) છે. એકમ ઘનફળ ધરાવતા પદાર્થના દળને ઘનતા કહે છે. તેનો એકમ કિલોગ્રામ/મીટર3 છે. સમાન કદનું સીસું અને ઍલ્યુમિનિયમ લેવામાં આવે તો સીસાનું દળ વધારે અને ઍલ્યુમિનિયમનું ઓછું હોય છે. કારણ કે સીસાની ઘનતા ઍલ્યુમિનિયમની ઘનતા કરતાં વધારે છે. પદાર્થની ઘનતા તેના ભારેપણા કે હલકાપણાનો ખ્યાલ આપે છે. ઘનતા વધુ તેમ પદાર્થ ભારે અને ઘનતા ઓછી તેમ પદાર્થ હલકો. દ્રાવ્યતા (solubility) પદાર્થનો બીજો ગુણધર્મ છે જે પદાર્થની પાણી અથવા અન્ય પ્રવાહીમાં ઓગળવાની શક્તિ દર્શાવે છે. દ્રવ્યની ઉષ્મા કે વિદ્યુતવાહકતા પદાર્થનો મહત્વનો ગુણધર્મ છે.
રેતી ઉષ્માનો સુવાહક અને પાણી મંદવાહક છે. લાકડું વિદ્યુતનું અવાહક અને ચાંદી કે તાંબું સુવાહક છે. સિલિકન અને જર્મેનિયમ અર્ધવાહક છે. વિદ્યુત-અતિવાહકતા conductivity) દ્રવ્યનો ક્રાંતિકારી ગુણધર્મ છે.
એક પદાર્થ બીજા પદાર્થ સાથે કેવી રીતે અને કેટલા પ્રમાણમાં સંયોજાય છે તે ગુણધર્મને રાસાયણિક ગુણધર્મ કહે છે. ભેજવાળી હવામાં લોખંડ રાખતાં તેના ઉપર કાટ ચઢે છે ત્યારે લોખંડનો ઑક્સાઇડ બને છે. ફૉસ્ફરસને હવામાં રાખતાં તે સળગી ઊઠે છે. પદાર્થના બંધારણમાં આ રીતે થતા ફેરફારને રાસાયણિક ફેરફાર કહે છે. રાસાયણિક ફેરફાર થવાથી પદાર્થના ગુણધર્મો બદલાય છે પણ દ્રવ્યની અંતર્ગત સંરચનામાં ફેરફાર થતો નથી. બરફનું પાણી થાય અને પાણીની વરાળ થાય તે ભૌતિક ફેરફાર છે.
સંયોજન અને તત્વો (compound and elements) : રાસાયણિક પ્રક્રિયાને આધારે પદાર્થ બે કે વધુ ઘટક રૂપે છૂટો પડે છે અથવા રૂપાંતર થાય છે. તેથી ઊલટું, બે કે વધુ ઘટકોનાં રાસાયણિક સંયોજન દ્વારા નવો પદાર્થ તૈયાર થાય છે. પદાર્થ અને તેના ઘટકોના ગુણધર્મો જુદા હોય છે; જેમ કે, ઑક્સિજન અને હાઇડ્રોજન યોગ્ય રીતે સંયોજાય તો પાણી (H2O) બને છે. પદાર્થનો સરળમાં સરળ એટલે કે મૂળભૂત ઘટક જે પદાર્થના બધા જ ધરાવે છે તેને તત્વ કહે છે. તત્વોનું રાસાયણિક પ્રક્રિયા દ્વારા સંયોજન કરી શકાય છે.
સામાન્ય રીતે જોવા મળતું દ્રવ્ય પરમાણુનું બનેલું હોય છે. પરમાણુ એ તત્વનો નાનામાં નાનો અંશ છે, જે સ્વતંત્ર રીતે રાસાયણિક પ્રક્રિયામાં ભાગ લઈ શકે છે. પરમાણુ વીસમી સદીના પ્રારંભ સુધી અવિભાજ્ય ગણાતો હતો અને તેને દ્રવ્યના પાયાના એકમ તરીકે સ્વીકારવામાં આવતો હતો. પરમાણુવિજ્ઞાનનો અભ્યાસ અને સંશોધન આગળ વધતાં જાણી શકાયું અને પ્રાયોગિક રીતે સિદ્ધ કરી શકાયું કે પરમાણુ પ્રોટૉન, (એકમ ધનવિદ્યુતભારિત કણ), ન્યૂટ્રૉન (વિદ્યુત તટસ્થ કણ) અને ઇલેક્ટ્રૉન(એકમ ઋણવિદ્યુત ભારિત કણ)નો બનેલો છે. વીસમી સદીના પૂર્વાર્ધમાં આ કણો દ્રવ્યના પાયાના કણો તરીકે ગણાતા હતા પણ ઉત્તરાર્ધમાં સારી અને ચોક્કસ સંશોધન-સુવિધાઓ ઉપલબ્ધ થતાં જાણી શકાયું કે પ્રોટૉન અને ન્યૂટ્રૉન પણ વિભાજ્ય છે. અને તે ક્વાર્કના બનેલા છે. ક્વાર્ક અપૂર્ણાંકમાં ધન અને ઋણ વિદ્યુતભાર ધરાવે છે. તે સ્વતંત્ર અસ્તિત્વ ધરાવતા નથી પણ ગ્લુઓન નામના ક્ષેત્રકણ વડે જોડાયેલા હોય છે. સંભવત: આઠ પ્રકારના ક્વાર્ક જાણી શકાયા છે. 1971માં પ્રાયોગિક પુરાવો મળ્યો, તેને આધારે કહી શકાય કે ક્વાર્ક પ્રોટૉન કરતાં એક હજાર ગણો નાનો કણ છે. ઇલેક્ટ્રૉનના વિદ્યુતભારને એકમ તરીકે લેવામાં આવે છે. તે રીતે કેટલાક ક્વાર્ક 
અને કેટલાક – 
જેટલો ઇલેક્ટ્રૉન વિદ્યુતભાર ધરાવે છે. ન્યૂટ્રૉન વિદ્યુતભારવાળો એક અને –વિદ્યુતભારવાળા બે ક્વાર્કનો બનેલો છે જેથી ન્યૂટ્રૉનનો કુલ વિદ્યુતભાર 
શૂન્ય થાય છે. પ્રોટૉન વિદ્યુતભારવાળા બે અને –વિદ્યુતભારવાળા એક ક્વાર્કનો બનેલો છે, જેથી પ્રોટૉનનો કુલ વિદ્યુતભાર 
એકમ થાય છે.
તત્વના બધા જ પરમાણુઓ એકસરખા હોય છે. એક તત્વનો એક પરમાણુ બીજા તત્વના પરમાણુ સાથે જોડાય ત્યારે સંયોજન બને છે. આવું સંયોજન નવો પદાર્થ બનાવે છે. એક જ પ્રકારના અથવા બે કે વધુ ભિન્ન ભિન્ન પરમાણુઓ સંયોજાતાં અણુ બને છે. હાઇડ્રોજનના બે અને ઑક્સિજનનો એક પરમાણુ સંયોજાતાં પાણી બને છે. તે રીતે કાર્બનનો એક અને ઑક્સિજનના બે પરમાણુ સંયોજાતાં કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ બને છે. આ પ્રકારના અણુ અને પરમાણુ અત્યંત સૂક્ષ્મ હોય છે.
સંયોજન બે પ્રકારનાં હોય છે : (1) કાર્બનિક અને (2) અકાર્બનિક (inorganic). કાર્બનિક સંયોજનો કાર્બન તત્ત્વ ધરાવે છે. તમામ પ્રાણીઓ અને વનસ્પતિમાં મળી આવતાં સંયોજનમાં કાર્બન તત્વ હોય છે. તે સિવાયનાં અકાર્બનિક સંયોજનો છે. કાર્બનિક અણુઓ મોટા હોય છે અને તે હજારો પરમાણુઓ ધરાવતા હોય છે.
પદાર્થમાં અણુઓ તથા અણુઓમાં પરમાણુઓ વિદ્યુતબળને કારણે જોડાયેલા હોય છે. આવું વિદ્યુતબળ પરમાણુના ઇલેક્ટ્રૉન પૂરું પાડે છે. અણુની અંદર રહેલા પરમાણુઓ વચ્ચે ઇલેક્ટ્રૉનની ફેરબદલી થતી હોય છે. આ રીતના જોડાણને આયનિક (ionic) બંધ કહે છે.
દ્રવ્યનું સંરક્ષણ : આલ્બર્ટ આઇન્સ્ટાઇને સાપેક્ષવાદનો સારો એવો વિકાસ કર્યો તે પહેલાં એમ મનાતું હતું કે દ્રવ્યનું કદાપિ સર્જન કે વિનાશ શક્ય નથી. આ ખ્યાલને દ્રવ્યનું સંરક્ષણ કહે છે; પણ આઇન્સ્ટાઇને પુરવાર કર્યું છે કે દ્રવ્ય અને ઊર્જાનું એકબીજામાં રૂપાંતર કરી શકાય છે. જેમ કે રાસાયણિક પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉષ્મા કે પ્રકાશ તરીકે ઊર્જા મળે તો પદાર્થ બેશક અંશત: દળ ગુમાવે છે. રસોડામાં રસોઈ અને કારખાનામાં માલ-ઉત્પાદનની પ્રક્રિયા માટે જરૂરી ઊર્જા, દળના ભોગે મળે છે. આ રીતે દળ એટલું બધું સૂક્ષ્મ હોય છે કે તેનું માપન લગભગ અશક્ય છે.
વિભંજન (disintegration), વિખંડન (fission) અથવા સંલયન (fusion) જેવી ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયા દરમિયાન જે દળ ગુમાવાય છે તે માપી શકાય છે. તેમાં દ્રવ્યનો વિલય થતાં, વિપુલ પ્રમાણમાં ઊર્જા મળે છે. આવી ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયાઓ ન્યૂક્લિયર રિઍક્ટર અથવા પરમાણુબૉમ્બમાં થતી હોય છે. આઇન્સ્ટાઇનના E = mc2 સમીકરણની સિદ્ધિ બાદ દ્રવ્ય-ઊર્જાના સંરક્ષણની વ્યાખ્યા થવા લાગી.
દ્રવ્યનાં સ્વરૂપો : દ્રવ્યનાં સામાન્ય રીતે ત્રણ સ્વરૂપ જોવા મળે છે : (1) ઘન, (2) પ્રવાહી અને (3) વાયુ. બરફ ઘન છે, તેમાંથી મળતું પાણી પ્રવાહી છે અને આ પાણીમાંથી મળતી બાષ્પ વાયુ-સ્વરૂપે હોય છે. બરફનું તાપમાન વધારતાં તેનું પાણીમાં રૂપાંતર થાય છે અને તે પ્રવાહીસ્વરૂપે મળે છે. પાણીનું તાપમાન વધુ વધારતાં તેની બાષ્પ બની વાયુ-સ્વરૂપે મળે છે. ઉષ્મા પાછી ખેંચી લેવામાં આવે એટલે કે તાપમાન ઘટાડતાં બાષ્પ(વાયુ)નું પાણી (પ્રવાહી) બને છે અને વધુ ઉષ્મા ખેંચી લેતાં, પાણી(પ્રવાહી)માંથી બરફ (ઘન) પદાર્થ મળે છે.
બધા જ ઘન પદાર્થ જગા રોકે છે અને આકાર ધરાવે છે. તે સખતાઈ (hardness) તથા ર્દઢતા(rigidity)ના ગુણધર્મ પણ ધરાવે છે. ઘન પદાર્થ બાહ્યબળનો વિરોધ કરવાની શક્તિ ધરાવે છે. પથ્થર કે લોખંડના પદાર્થનો આકાર સહેલાઈથી બદલાતો નથી પણ સાકર અથવા મીઠાના ગાંગડા ઉપર થોડુંક જ બળ લગાડતાં ભાંગીને ભુક્કો થાય છે જે બરડ (brittle) પદાર્થ તરીકે ઓળખાય છે. કેટલાક પદાર્થ ભારે તનન-સામર્થ્ય (ductile strength) ધરાવે છે, જે ખેંચાણબળનો વિરોધ કરે છે.
કેટલાક ઘન પદાર્થ મૃદુતા (malleability) ધરાવે છે; તેમને ટીપીને પ્લેટ અથવા પતરાનો આકાર આપી શકાય છે. કેટલાક પદાર્થ તન્યતા (ductility)નો ગુણધર્મ ધરાવે છે. તેમને યોગ્ય રીતે ખેંચીને તારસ્વરૂપે મેળવી શકાય છે. ઘન પદાર્થના વિવિધ ગુણધર્મો તેમની અંદર આવેલા કણના પ્રકાર અને તેમની વચ્ચે પ્રવર્તતા બળ ઉપર આધારિત હોય છે. ઘણાખરા ઘન પદાર્થોમાં પરમાણુઓ નિયમિત રીતે ગોઠવાયેલા હોય છે. આવા પદાર્થને સ્ફટિક (crystal) કહે છે.
પ્રવાહીને પોતાનો કોઈ આકાર હોતો નથી; પરંતુ જે પાત્રમાં તેને લેવામાં આવે તેનો આકાર તે ધારણ કરે છે. પ્રવાહી વહન માટેની શક્તિ ધરાવે છે જે તેનો મહત્વનો ગુણધર્મ છે. લોખંડ અને પોલાદ આમ તો ઘન સ્વરૂપ ધરાવતા ર્દઢ પદાર્થો છે પણ અતિ ઊંચા તાપમાને તેમનું પ્રવાહી બને છે અને તેમને બીબામાં ઢાળી શકાય છે.
આણ્વિક બંધારણ ગમે તે પ્રકારનું હોય, તે છતાં બધા જ પ્રકારના વાયુઓની ભૌતિક વર્તણૂક એકસરખી હોય છે. વાયુઓની ઘનતા સામાન્ય રીતે ઓછી હોય છે. જે પાત્રમાં વાયુ ભરવામાં આવે છે તેની દીવાલો ઉપર બધી દિશામાં તે એકસરખું દબાણ ઉત્પન્ન કરે છે. દીવાલ સાથે અણુઓ અથડાતાં આવું દબાણ ઉત્પન્ન થાય છે. વાયુને ગરમ કરવાથી તે વિશેષ પ્રમાણમાં વિસ્તરણ પામે છે. તાપમાન વધતાં અણુઓ અને દીવાલ વચ્ચે સંઘાત વધતાં દબાણ પણ વધે છે.
વાયુનું તાપમાન ઘણુંબધું વધારતાં, વિદ્યુત-તટસ્થ અણુ-પરમાણુના સંયોજક ઇલેક્ટ્રૉન દૂર થતાં, બાકીનો ભાગ ધન આયન બને છે. આ રીતે ઊંચા તાપમાને વાયુના વિદ્યુત-તટસ્થ કણોનું ધન આયન અને ઇલેક્ટ્રૉનમાં રૂપાંતર થાય છે. ધન આયનો અને ઇલેક્ટ્રૉનના વાયુરૂપ સમૂહને પ્લાઝ્મા કહે છે. પ્લાઝ્મા એ પદાર્થનું ચોથું સ્વરૂપ છે. પદાર્થનાં અન્ય સ્વરૂપોની જેમ પ્લાઝ્મા સ્વરૂપ ખાસ જોવા મળતું નથી. આવો પ્લાઝ્મા અમુક પ્રયોગશાળાઓ, સૂર્ય અને તારાઓમાં જોવા મળે છે. સ્થાયી પ્લાઝ્મા માટે વાયુનું તાપમાન 107 સે. કે વધુ હોવું જરૂરી છે. સામાન્ય વાયુના કણો વિદ્યુત-તટસ્થ હોઈ તેમની વચ્ચે કોઈ પ્રકારનું વિદ્યુતબળ પ્રવર્તતું નથી, પણ પ્લાઝ્મામાં તો મુક્ત ધન આયનો અને ઇલેક્ટ્રૉન હોઈ તેમની વચ્ચે વિદ્યુતબળ પ્રવર્તે છે. આથી વાયુ કરતાં પ્લાઝ્માના ગુણધર્મો જુદા છે. વિશ્વમાં સમગ્રપણે લગભગ 98 % દ્રવ્ય પ્લાઝ્મા સ્વરૂપે જોવા મળે છે. ઘણે ઊંડે પૃથ્વીના પેટાળમાં ઊંચું તાપમાન હોઈ ત્યાં દ્રવ્ય પ્લાઝ્મા સ્વરૂપે મળે છે. પૃથ્વીની સપાટીથી થોડાક કિલોમીટર ઊંચે મળી આવતા અયનમંડળ(ionosphere)ને એક જાતનો નિર્બળ પ્લાઝ્મા કહી શકાય.
અજ્ઞાત દ્રવ્ય (dark matter) : ર્દશ્યમાન વિશ્વમાં હલકાં તત્વો વિશેષ પ્રમાણમાં છે, જેમાં હાઇડ્રોજન આશરે 75 %, હિલિયમ 24 % અને બાકીના એક ટકામાં ભારે તત્વોનો સમાવેશ થાય છે. કેટલાક પુરાવાઓને આધારે કહી શકાય કે એવું કેટલુંય દ્રવ્ય છે જે હાલમાં અર્દશ્ય છે. આવા અર્દશ્ય દ્રવ્યને અજ્ઞાત દ્રવ્ય કહે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે અજ્ઞાત દ્રવ્ય ઇલેક્ટ્રૉન, પ્રોટૉન, ન્યૂટ્રૉન, ન્યૂટ્રીનો અને ક્વાર્કનું બનેલું નથી; પરંતુ અજ્ઞાત કણોનું બનેલું છે. જો દ્રવ્યના ઘટક કણો આજે અજ્ઞાત હોય તો પછી આવા અજ્ઞાત દ્રવ્યની પ્રકૃતિ કેવી રીતે જાણી શકાય ? તેમ છતાં, તારાવિશ્વો અને તારાવિશ્વોના ગુચ્છમાં આવું અજ્ઞાત દ્રવ્ય વિશેષ પ્રમાણમાં પ્રવર્તે છે. સામાન્ય દ્રવ્યથી તે એટલા માટે જુદું પડે છે કે તે પ્રકાશનું શોષણ, ઉત્સર્જન કે પરાવર્તન કરતું નથી. વિશ્વમાં સામાન્ય દ્રવ્ય કરતાં અજ્ઞાત દ્રવ્ય દશગણું હોવાનું માનવામાં આવે છે. અજ્ઞાત દ્રવ્ય ધરાવતા વાયુના ગોળા છે, જે તારાની માફક પ્રકાશતા નથી. બીજી એક એવી માન્યતા છે કે દ્રવ્ય નહિવત્ દળ ધરાવતાં ન્યૂટ્રીનોનું બનેલું હોવું જોઈએ. ત્રીજી માન્યતા પ્રમાણે અજ્ઞાત દ્રવ્ય ‘ઠંડું’ છે. આવું ઠંડું અજ્ઞાત દ્રવ્ય મંદ રીતે આંતરક્રિયા કરતા ભારે કણો (weakly interacting massive particles – WIMPs) અને ઍક્સિઓન કણોનું બનેલું છે.
આશા પ્ર. પટેલ