物理學(xué)
歷史
“物理”一詞在英文里是“physics”，最先出自于古希臘文“ φ?σι? ”，原意是“自然”。在中文里，這詞最早可在戰(zhàn)國時(shí)期佚書《鹖冠子·王?篇》找到，“愿聞其人情物理所以嗇萬物與天地總與神明體正之道?！痹谶@里，“物理”指的是一切事物之道理。 三國時(shí)期，楊泉著有《物理論》，是最早的書名含有“物理”一詞的著作。 明末清初科學(xué)家方以智受到西學(xué)影響，撰寫了百科全書式著作《物理小識(shí)》，在這里，“物理”的含義已演化為學(xué)術(shù)之理，包括自然科學(xué)的各門領(lǐng)域與人文學(xué)的部分領(lǐng)域。
清朝鴉片戰(zhàn)爭后，西方科學(xué)傳入中國，此時(shí)的譯者將“physics”翻譯為“格致學(xué)”或“格物學(xué)”。“格物致知”這詞源自于《禮記．大學(xué)》：“致知在格物，格物而后致知”，用白話說，“若要增進(jìn)知識(shí)，必須窮究事物之理，唯有窮究事物之理，才可增進(jìn)知識(shí)”。這句話指出，明了事物是增進(jìn)知識(shí)的關(guān)鍵方法。在物理學(xué)里，時(shí)常會(huì)利用觀察、模擬、實(shí)驗(yàn)、推論、演繹等方法來獲得知識(shí)。因此，將“physics”翻譯為“格致學(xué)”或“格物學(xué)”似乎有道理。
中國戰(zhàn)國哲學(xué)家名家惠施、鄧析和公孫龍，以及墨家，曾努力鉆研宇宙間萬物構(gòu)成的原因。惠施有十個(gè)命題，主要是對(duì)自然界的分析，其中有些含有辯證的元素。他說：“至大無外，謂之大一；至小無內(nèi)，謂之小一。”。“大一”是指整個(gè)空間大到無所不包，不再有外部；“小一”是指物質(zhì)最小的單位，小到不可再分割，不再有內(nèi)部 。名家的思想合同異以惠施為代表，認(rèn)為“天與地卑，山與澤平”，萬物“畢異”本為“畢同”，并無區(qū)別 。后期墨家認(rèn)為物質(zhì)世界是由微小的不可再分割的物質(zhì)粒子所構(gòu)成 。
古希臘物理學(xué)
1824年，在倫敦發(fā)行的《機(jī)械雜志》內(nèi)的一副刻畫。阿基米德說：“給我一個(gè)支點(diǎn)，我就可以撬起整個(gè)地球?！?
從古代以來，人們就嘗試著了解大自然的奧妙：為什么物體會(huì)往地面掉落，為什么不同的物質(zhì)會(huì)具有不同的性質(zhì)？如此等等。從觀測與分析大自然的現(xiàn)象，早期人們找到其中的樣式，并針對(duì)這些樣式提出了各種理論，試圖解釋大自然的奧妙，然而他們所提出的大多數(shù)理論都不正確。以現(xiàn)代判據(jù)來看，早期的物理理論更像是一些哲學(xué)理論：現(xiàn)代的理論都需要經(jīng)過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，而那些早期的理論并沒有經(jīng)過嚴(yán)格證實(shí)。像托勒密和亞里士多德提出的理論中，有些就與日常所能觀察到的事實(shí)相悖。
盡管如此，仍有許多古學(xué)者貢獻(xiàn)出相當(dāng)正確的理論。古希臘哲學(xué)家泰勒斯（約前624年－約前546年）曾經(jīng)遠(yuǎn)渡地中海，在美索不達(dá)米亞埃及學(xué)習(xí)天文學(xué)與幾何，還加以推廣延伸，發(fā)揚(yáng)光大。他預(yù)測出公元前585年發(fā)生的日蝕，還能夠估算船只離岸邊的距離，又從金字塔的陰影計(jì)算出其高度。泰勒斯拒絕倚賴玄異或超自然因素來解釋自然現(xiàn)象，他主張，任何事件的發(fā)生都有其不變與普適的因果關(guān)系。 公元前5世紀(jì)古希臘哲學(xué)家留基伯與學(xué)生德謨克利特率先提出原子論，認(rèn)為所有物質(zhì)皆是由不會(huì)毀壞、不可分割的原子所構(gòu)成。 古希臘的思想家阿基米德在作用力方面推導(dǎo)出許多正確的定量結(jié)論，如對(duì)于杠桿原理的解釋 。
中世紀(jì)世界的物理學(xué)
從公元850年至950年間，大量希臘學(xué)術(shù)被翻譯成阿拉伯文。穆斯林科學(xué)家從希臘人繼承了亞里士多德物理學(xué)。在黃金時(shí)代，他們將這些學(xué)術(shù)發(fā)揚(yáng)光大，特別強(qiáng)調(diào)觀測的動(dòng)作，發(fā)展出一種早期形式的科學(xué)方法。 .
海什木是光學(xué)的拓荒者。
伊本·沙爾 （ 英語 ： Ibn Sahl ） 、肯迪、海什木、伊本·西那等等科學(xué)家在光學(xué)與視覺領(lǐng)域給出創(chuàng)新理論。海什木在著名著作《 光學(xué)書 （ 英語 ： Book of Optics ） 》（Kitab al-Manazir）里，堅(jiān)定地駁斥了古希臘的視覺理論——發(fā)射說，并且給出新理論。倚賴蓋倫關(guān)于眼睛內(nèi)部解剖結(jié)構(gòu)的信息，他說明了光線如何進(jìn)入眼睛，如何被聚焦與投射至眼睛的后部，他認(rèn)為眼睛就如同“暗室”，光線進(jìn)入一個(gè)小洞后，在暗室形成顛倒影像。很明顯地，在這里，他所指的是針孔相機(jī)或暗箱。他還描述怎樣用暗室來觀測日蝕。
海什木的成就在阿拉伯世界并沒有得到應(yīng)有的重視。十二世紀(jì)，他的著作被翻譯成拉丁文，書名為《透視》（Perspectiva）。直至十七世紀(jì)，這著作在歐洲是光學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)參考書，強(qiáng)烈影響了后來約翰內(nèi)斯·開普勒、 威鐵魯 （ 英語 ： Witelo ） 、羅杰·培根等等科學(xué)家的研究。
經(jīng)典物理學(xué)
艾薩克·牛頓（1643年－1727年）
經(jīng)典物理學(xué)指的是不涉及到量子力學(xué)或相對(duì)論的物理學(xué)，例如，牛頓力學(xué)、熱力學(xué)、麥克斯韋電磁學(xué)等等。 經(jīng)典物理學(xué)的盛期開始于十六世紀(jì)的第一次科學(xué)革命，終止于十九世紀(jì)末。 尼古拉·哥白尼打響了科學(xué)革命的第一槍，他于1543年提出了描述太陽系統(tǒng)的日心說，這理論推翻了托勒密的地心說。在1609年與1619年期間，約翰內(nèi)斯·開普勒發(fā)表了主導(dǎo)行星運(yùn)動(dòng)的定律，他用數(shù)學(xué)方程準(zhǔn)確估算出從天文觀測獲得的行星繞著太陽的公轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，從而給予日心說強(qiáng)而有力的理論支持。伽利略·伽利萊做實(shí)驗(yàn)研究物體運(yùn)動(dòng)，發(fā)現(xiàn)落體定律，并且展示出實(shí)驗(yàn)方法對(duì)于科學(xué)研究的重要性。他倚賴使用實(shí)驗(yàn)或觀測所獲得的證據(jù)，而不是倚靠純粹推理，來證實(shí)任何假說的正確性。他強(qiáng)調(diào)使用數(shù)學(xué)來描述物理現(xiàn)象，大自然的語言是數(shù)學(xué)，假若不懂?dāng)?shù)學(xué)，則無法明白大自然。1687年，艾薩克·牛頓提出的牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬有引力定律為經(jīng)典物理學(xué)奠定了穩(wěn)固的基礎(chǔ)，他創(chuàng)建了微積分，給出一種新的高功能數(shù)學(xué)方法來研析物理問題。他為第一次科學(xué)革命畫上了完美的終止符。 物理學(xué)展現(xiàn)出兩個(gè)獨(dú)門特征：使用實(shí)驗(yàn)證據(jù)來檢視物理定律、采用數(shù)學(xué)語言來表述物理定律。物理學(xué)逐漸發(fā)展進(jìn)步，成為一門獨(dú)立學(xué)科。
現(xiàn)代物理學(xué)
二十世紀(jì)初期，物理學(xué)者發(fā)現(xiàn)經(jīng)典物理學(xué)存在著極嚴(yán)重的瑕疵：邁克耳孫-莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果不符合牛頓相對(duì)論的預(yù)測，黑體輻射譜不符合熱力學(xué)的預(yù)測，經(jīng)典電磁學(xué)無法解釋光電效應(yīng)與原子光譜，放射性物質(zhì)的物理性質(zhì)貌似與經(jīng)典物理學(xué)的決定論背道而馳。這些瑕疵給學(xué)術(shù)界帶來了一場前所未有的考驗(yàn)，徹底地動(dòng)搖了舊理論體系的基石，導(dǎo)致了二十世紀(jì)物理學(xué)兩大理論體系相對(duì)論和量子力學(xué)的出現(xiàn)，進(jìn)而開始了現(xiàn)代物理學(xué)的紀(jì)元。相對(duì)論和量子力學(xué)對(duì)于這些難題給出合理解答。不僅如此，物理學(xué)者應(yīng)用相對(duì)論和量子力學(xué)于像原子、分子等等的微觀系統(tǒng)，以及各種凝聚態(tài)宏觀系統(tǒng)，從而更為深切地揭示大自然的工作機(jī)制，并且促進(jìn)物質(zhì)文明蓬勃發(fā)展。
核心理論
雖然物理學(xué)的研究范圍十分廣泛，物理學(xué)者時(shí)常會(huì)使用到某些物里學(xué)的核心理論。這些理論皆已通過很多不同實(shí)驗(yàn)的多次檢驗(yàn)，并且對(duì)于自然現(xiàn)象的預(yù)測被認(rèn)為足夠準(zhǔn)確，例如，經(jīng)典力學(xué)的理論能夠準(zhǔn)確地描述物體的運(yùn)動(dòng)，但必須滿足兩個(gè)前提，一是物體尺寸超大于原子、二是物體運(yùn)動(dòng)速度超小于光速。 當(dāng)今，這些核心理論仍舊是很熱門的研究領(lǐng)域。例如，二十世紀(jì)后半期，即在牛頓（1642年–1727年）表述經(jīng)典力學(xué)整整三個(gè)世紀(jì)之后，學(xué)者發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)建了混沌理論，其揭示了力學(xué)系統(tǒng)的 決定論可預(yù)測性 （ 英語 ： deterministic predictability ） 是一個(gè)錯(cuò)誤的觀念。
這些核心理論大致包括于經(jīng)典力學(xué)、量子力學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、電磁學(xué)、狹義相對(duì)論等等基礎(chǔ)物理學(xué)領(lǐng)域，是進(jìn)階研究專門論題的重要工具。
經(jīng)典物理學(xué)
經(jīng)典物理學(xué)包括那些在二十世紀(jì)初已成熟的傳統(tǒng)學(xué)術(shù)分支領(lǐng)域：經(jīng)典力學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)等等。
經(jīng)典力學(xué)研究受力物體的運(yùn)動(dòng)狀況。牛頓定律是經(jīng)典力學(xué)的基礎(chǔ)定律。經(jīng)典力學(xué)分為靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)。靜力學(xué)論述處于靜力平衡的物體所感受到力與力矩。運(yùn)動(dòng)學(xué)描述物體的運(yùn)動(dòng)，完全不考慮力或質(zhì)量等等影響運(yùn)動(dòng)的因素。動(dòng)力學(xué)研究改變物體運(yùn)動(dòng)的因素與物體運(yùn)動(dòng)如何因此改變。按照表述方式的不同，經(jīng)典力學(xué)又可分為矢量力學(xué)與分析力學(xué)。矢量力學(xué)著重于論述位移、速度、加速度、力等等矢量間的關(guān)系，而分析力學(xué)則從受力物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的拉格朗日量或哈密頓量來分析物體的運(yùn)動(dòng)行為。
聲學(xué)是研究聲音的制造、控制、傳播、接收與效應(yīng)的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。 超聲波學(xué)， 生物聲學(xué) （ 英語 ： bioacoustics ） 與 電聲學(xué) （ 英語 ： electroacoustics ） 是聲學(xué)所包含的一些重要現(xiàn)代分支領(lǐng)域。超聲波學(xué)研究超過人類聽覺能力的高頻率聲波，在醫(yī)學(xué)診斷與醫(yī)學(xué)治療方面有很多重要用途。生物聲學(xué)研究涉及動(dòng)物的聲波。電聲波學(xué)研究電聲設(shè)備的操控。
光學(xué)專注于光的性質(zhì)與行為的物理學(xué)分支領(lǐng)域。 光在幾何光學(xué)里被視為光線，能夠以直線移動(dòng)，直到遇到不同介質(zhì)時(shí)，才會(huì)改變方向。反射、折射等現(xiàn)象都可以用幾何光學(xué)的理論來解釋。光在物理光學(xué)里被視為光波，能夠用來描述衍射、干涉、偏振等等現(xiàn)象。
熱力學(xué)主要研究熱量與機(jī)械功彼此之間的轉(zhuǎn)換。在熱力學(xué)里，通常透過描述物理系統(tǒng)平均性質(zhì)的宏觀變量，像溫度、內(nèi)能、熵、壓強(qiáng)等等來解釋自然現(xiàn)象。熱力學(xué)研究這些宏觀變量彼此之間的關(guān)系（如麥克斯韋關(guān)系式）、以及它們的改變對(duì)于物理系統(tǒng)的影響。 學(xué)習(xí)熱力學(xué)的起跑點(diǎn)是熱力學(xué)定律。熱力學(xué)不研究物質(zhì)的微觀性質(zhì)，這屬于統(tǒng)計(jì)力學(xué)領(lǐng)域。從統(tǒng)計(jì)力學(xué)的理論可以推導(dǎo)出熱力學(xué)定律。 統(tǒng)計(jì)力學(xué)應(yīng)用概率論來研究由大量粒子組成的系統(tǒng)的物理行為。統(tǒng)計(jì)力學(xué)將單獨(dú)原子或分子的微觀性質(zhì)橋接至大塊物質(zhì)的宏觀性質(zhì)，對(duì)于這些宏觀性質(zhì)給出微觀層級(jí)的詮釋。在大尺度的實(shí)驗(yàn)中可以測量到這些宏觀性質(zhì)，
電磁學(xué)描述帶電粒子與電場、磁場的相互作用。電磁學(xué)的分支有靜電學(xué)、靜磁學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等等。靜電學(xué)研究靜止帶電粒子彼此之間的相互作用。靜磁學(xué)研究所有涉及常定磁場的現(xiàn)象。電動(dòng)力學(xué)研究所有涉及加速度帶電粒子、電磁輻射、時(shí)變電場與時(shí)變磁場的現(xiàn)象。經(jīng)典電磁學(xué)的基礎(chǔ)理論是麥克斯韋方程與洛倫茲力方程 。光波是電磁波的一種，可由帶電粒子的加速度運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。
現(xiàn)代物理學(xué)
于1927年召開的第五次索爾維會(huì)議，全世界當(dāng)時(shí)最卓越的物理學(xué)者齊聚一堂、腦力激蕩，商討量子理論。
經(jīng)典物理學(xué)通常用以闡述日?？捎^察尺寸的系統(tǒng)現(xiàn)象，而現(xiàn)代物理學(xué)通常用以闡述極端或非常大尺寸、非常小尺寸的系統(tǒng)現(xiàn)象。例如，化學(xué)元素可以被辨識(shí)的最小尺寸是原子物理學(xué)或核子物理學(xué)探索物質(zhì)所操作的尺寸。而粒子物理學(xué)操作的尺寸則更為微小，它論述的是基本粒子或由基本粒子組成的粒子。由于使用大型粒子加速器來產(chǎn)生基本粒子需要非常巨大的能量，所以通常粒子物理學(xué)又稱為高能量物理學(xué)。對(duì)于粒子物理學(xué)所研究的物理系統(tǒng)，那些關(guān)于空間、時(shí)間、物質(zhì)、能量的普通常識(shí)不再適用，必須加以修改。
現(xiàn)代物理學(xué)的兩種核心理論給出關(guān)于空間、時(shí)間、物質(zhì)、能量的嶄新繪景。量子力學(xué)論述發(fā)生于原子層級(jí)與亞原子層級(jí)各種現(xiàn)象的離散性質(zhì)，以及在關(guān)于這些現(xiàn)象的描述里的粒子與波動(dòng)的互補(bǔ)性質(zhì)。相對(duì)論闡述，處于某參考系的觀察者，所觀察到在另外一個(gè)以相對(duì)速度移動(dòng)的參考系發(fā)生的現(xiàn)象。相對(duì)論又可分為狹義相對(duì)論與廣義相對(duì)論。狹義與廣義相對(duì)論的區(qū)別在于所討論的問題是否涉及引力（彎曲時(shí)空），即狹義相對(duì)論只涉及那些沒有引力作用或者引力作用可以忽略的問題，而廣義相對(duì)論則是研討那些涉及引力的論題。
經(jīng)典物理學(xué)與現(xiàn)代物理學(xué)之間的差異
按照尺寸與速度分類，物理學(xué)的四大領(lǐng)域。
物理學(xué)的一大研究目標(biāo)是在發(fā)現(xiàn) 普適定律 （ 英語 ： universal law ） ，即毫無例外的規(guī)律，但似乎每一種物理理論都只適用于某些明確值域。 大致而言，經(jīng)典物理學(xué)的定律能夠準(zhǔn)確地描述長度超大于原子尺度、速度超小于光速的系統(tǒng)。在這適用范圍以外，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測并不相符合。狹義相對(duì)論徹底地丟棄了絕對(duì)時(shí)間與絕對(duì)空間的概念，且以四維時(shí)空取而代之，因此得以準(zhǔn)確地描述速度接近光速的系統(tǒng)，即相對(duì)論性系統(tǒng)。 量子力學(xué)不似經(jīng)典物理學(xué)一般決定性地描述宏觀物體的物理行為，而是統(tǒng)計(jì)性地描述微觀系統(tǒng)的物理行為，它成功地通過了當(dāng)今任何檢試其正確性的精密復(fù)雜實(shí)驗(yàn)。
量子場論統(tǒng)一了量子力學(xué)和狹義相對(duì)論，是粒子物理學(xué)不可或缺的基礎(chǔ)理論。 電磁相互作用與弱相互作用也已被合并為弱電相互作用。 物理學(xué)者期望在不久的未來，電磁相互作用、強(qiáng)相互作用與弱相互作用能夠被收斂在大統(tǒng)一理論的論述內(nèi)。 廣義相對(duì)論將時(shí)空延伸為動(dòng)態(tài)的彎曲時(shí)空，能夠描述大質(zhì)量系統(tǒng)和宇宙的大尺寸結(jié)構(gòu)。 但是，廣義相對(duì)論與其它種基礎(chǔ)相互作用表述尚未能被統(tǒng)一為單一理論；科學(xué)家仍舊在發(fā)展幾種可能的量子引力理論。
與其它學(xué)術(shù)領(lǐng)域之間的關(guān)系
拋物線形熔巖流表現(xiàn)出伽利略的自由落體定律。
物理與數(shù)學(xué)相輔相成
數(shù)學(xué)是研讀物理必備的工具之一，這包括幾何、代數(shù)、微積分等等。應(yīng)用這些數(shù)學(xué)工具，物理學(xué)者可以從物理定律推導(dǎo)與演算出很多有意思的結(jié)果。例如，1912年，圖利奧·勒維奇維塔獲知阿爾伯特·愛因斯坦在探索引力的相對(duì)性理論中，遇到一些挫折，他便力勸愛因斯坦學(xué)習(xí)張量微積分。愛因斯坦采納了勒維奇維塔的建議，勤學(xué)張量微積分，并于1915年成功創(chuàng)立了廣義相對(duì)論 。如同大多數(shù)英國的理論物理學(xué)者，羅杰·彭羅斯讀大學(xué)時(shí)專修數(shù)學(xué)，因此有深厚的數(shù)學(xué)造詣，能夠?qū)⑼負(fù)鋵W(xué)方法引入相對(duì)論研究，證明在每一個(gè)黑洞的中心存在著一個(gè)奇點(diǎn)，這就是在宇宙學(xué)里著名的奇性定理。
數(shù)學(xué)在物理學(xué)里的主要角色并不是推導(dǎo)與演算的優(yōu)良工具，它還扮演了一個(gè)更關(guān)鍵的角色：作為一種抽象語言，擔(dān)當(dāng)精準(zhǔn)地表述物理定律之任。實(shí)際而言，物理定律必須先用數(shù)學(xué)語言來表述，然后才能將數(shù)學(xué)工具的功能發(fā)揮至極。伽利略在1622年著作《 分析者 （ 英語 ： Il Saggiatore ） 》里提到，數(shù)學(xué)是大自然表達(dá)其內(nèi)涵所用的語言，假若棄之不用，則無法了解大自然的任何一句話 。物理學(xué)依賴數(shù)學(xué)來給出準(zhǔn)確的公式、準(zhǔn)確或近似的解答、定量的結(jié)果或預(yù)測 。理查·費(fèi)曼在著作《 物理之美 （ 英語 ： The Character of Physical Law ） 》里也有類似的表示，他認(rèn)為，不知道數(shù)學(xué)的人很難真正地理解大自然的美，尤其是最深刻的自然之美……假如你想知道任何有關(guān)大自然的事物，或者想鑒賞大自然，就必須了解大自然所用的語言
數(shù)學(xué)語言在表述物理定律的同時(shí)，也表述出內(nèi)含的數(shù)學(xué)概念。例如，根據(jù)量子力學(xué)的數(shù)學(xué)表述，在量子力學(xué)里，有兩個(gè)基礎(chǔ)概念：物理系統(tǒng)的量子態(tài)是以希爾伯特空間的單位矢量來代表，從觀察物理系統(tǒng)得到的可觀察量是以作用于這些矢量的厄米算符來代表。一旦找到了這兩個(gè)基礎(chǔ)物理概念的對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)概念，整個(gè)線性代數(shù)的理論都可以立刻應(yīng)用于量子力學(xué)。這凸顯出數(shù)學(xué)的重要性與適應(yīng)性 。
在數(shù)學(xué)理論里彌漫著數(shù)學(xué)語言，其伴隨的數(shù)學(xué)概念往往會(huì)指出前進(jìn)的道路，有時(shí)甚至?xí)苌鼋?jīng)驗(yàn)預(yù)測。這并不只是巧合，而恰恰反映出在數(shù)學(xué)與物理之間無比深?yuàn)W的關(guān)系。例如，1915年，廣義相對(duì)論最初創(chuàng)立之時(shí)，尚沒有什么牢靠的經(jīng)驗(yàn)性觀測基礎(chǔ)，它在當(dāng)時(shí)所能解釋的最著名現(xiàn)象就是牛頓力學(xué)無法解釋的水星近日點(diǎn)的反常進(jìn)動(dòng)。1919年天體物理學(xué)者亞瑟·愛丁頓爵士觀測到了廣義相對(duì)論預(yù)言的光線在太陽引力場中的偏折（這一實(shí)驗(yàn)直到1959年才開始被精確地定量測量），這在當(dāng)時(shí)是對(duì)廣義相對(duì)論最有力的支持。時(shí)至今日，廣義相對(duì)論的理論預(yù)測已由實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果證實(shí) 。
應(yīng)用與影響
人腦縱切面的核磁共振成像。
計(jì)算機(jī)模擬顯示出航天飛機(jī)重回大氣層時(shí)的受熱狀況。
物理學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)，不是應(yīng)用科學(xué) 。物理學(xué)也被認(rèn)為是基礎(chǔ)科學(xué)中的基礎(chǔ)科學(xué)，因?yàn)槠渌匀豢茖W(xué)的分支，像化學(xué)、天文學(xué)、地球物理學(xué)、生物學(xué)的理論都必須遵守物理定律 。例如，化學(xué)研究物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)反應(yīng)（化學(xué)專注于原子尺寸，這是化學(xué)與物理的主要界線）。結(jié)構(gòu)的形成是因?yàn)榱Ｗ优c粒子之間彼此相互作用。能量守恒、動(dòng)量守恒、電荷守恒等，這些物理定律主導(dǎo)了物質(zhì)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。
應(yīng)用物理學(xué)指的是針對(duì)實(shí)際用途而進(jìn)行的物理研究。應(yīng)用物理學(xué)的課程規(guī)劃通常會(huì)選修一些應(yīng)用學(xué)科的課程，像地質(zhì)學(xué)或電機(jī)工程學(xué)。應(yīng)用物理學(xué)與工程學(xué)不同，應(yīng)用物理學(xué)不會(huì)特別地設(shè)計(jì)某種元件或機(jī)器，而是用物理理論或從事物理研究來發(fā)展某種新科技或解析某問題。
工程學(xué)應(yīng)用到很多物理理論。例如，在學(xué)習(xí)建造橋梁與其它建筑物的技術(shù)之前，必須先學(xué)會(huì)靜力學(xué)的理論。設(shè)計(jì)世界一流的音樂廳，必須先學(xué)會(huì)聲學(xué)。設(shè)計(jì)與制造更優(yōu)良的光學(xué)元件必須先精思熟讀光學(xué)。經(jīng)過考慮種種物理因素而設(shè)計(jì)出來的飛行模擬器、電子游戲、電影等等，會(huì)顯得更加維妙維肖、栩栩如生。
物理學(xué)使用的一些探本溯源、格物致知的方法也可用于跨學(xué)科領(lǐng)域。物理學(xué)或多或少地影響了很多重要學(xué)術(shù)領(lǐng)域，例如， 經(jīng)濟(jì)物理學(xué) （ 英語 ： econophysics ） 應(yīng)用大量物理學(xué)里的理論與方法來解析經(jīng)濟(jì)學(xué)問題，這些問題時(shí)常會(huì)涉及不確定性或混沌。
學(xué)術(shù)研究
科學(xué)方法
科學(xué)方法是一種用來解答問題的系統(tǒng)性程序，通過這種程序，可以發(fā)展出對(duì)于大自然現(xiàn)象的合理解釋。從觀察自然現(xiàn)象、閱讀書籍或討論中，時(shí)常會(huì)找到有意義的問題。假若問題過于復(fù)雜，則必須剝除其無關(guān)緊要部分，找到核心思想，將問題簡化， 進(jìn)而發(fā)展出能夠解釋這問題并且被實(shí)驗(yàn)檢試的假說。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢試后，或許需要對(duì)于假說加以改善或駁回。這嚴(yán)格過程可能會(huì)重復(fù)多次，直到假說的預(yù)測能夠符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果為止，這假說才能被學(xué)術(shù)界接受成為科學(xué)理論。
實(shí)驗(yàn)檢試必須擁有抓出科學(xué)理論的瑕疵的能力。卡爾·波普爾強(qiáng)調(diào)，科學(xué)理論必須具有可證偽性。換句話說，必須能夠?qū)τ诶碚擃A(yù)言與實(shí)驗(yàn)結(jié)果做比較，假若兩者不一致，則不能承認(rèn)這科學(xué)理論的正確性。 然而近期，有些弦理論學(xué)者與宇宙學(xué)學(xué)者主張，一個(gè)足夠精致并且能夠?qū)ο嚓P(guān)問題給出解釋的理論不需要通過實(shí)驗(yàn)檢試，例如，至今為止，弦理論是唯一能夠統(tǒng)一四種基本相互作用的理論，但是它所提出的額外維度概念，是無法做實(shí)驗(yàn)觀測到的。在宇宙學(xué)方面，多重宇宙論、前大爆炸理論都涉及到無法觀測到的論述。理論物理學(xué)者保羅·斯泰恩哈特表示，宇宙暴脹理論不是科學(xué)理論，因?yàn)樗杏^測結(jié)果都會(huì)與它的預(yù)測相符合，換句話說，它不具可證偽性。對(duì)于這些理論是否為科學(xué)理論這問題，必須更加仔細(xì)研究與辯論。
理論與實(shí)驗(yàn)
物理學(xué)研究大致分為理論研究與實(shí)驗(yàn)研究。理查·費(fèi)曼表明兩者的相同與不同之處：
理論研究和實(shí)驗(yàn)研究一般是分開進(jìn)行的，然而它們彼此之間息息相關(guān)、缺一不可。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)于理論發(fā)展給出建議，理論預(yù)測對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)給出引領(lǐng)。 過去幾百年來，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驅(qū)使了理論物理的進(jìn)展，最近幾十年來，物理學(xué)的演進(jìn)方式已大幅度改變，在某些物理學(xué)分支領(lǐng)域，理論預(yù)測驅(qū)使了實(shí)驗(yàn)物理的方向。通常而言，當(dāng)實(shí)驗(yàn)者發(fā)現(xiàn)一個(gè)新現(xiàn)象，而已知理論無法解釋這新現(xiàn)象時(shí)，或者當(dāng)根據(jù)新理論所作出的預(yù)測，可以通過設(shè)計(jì)精致實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)時(shí)，持著大膽假設(shè)，小心求證的研究態(tài)度，物理學(xué)往往會(huì)有所進(jìn)展。 例如，在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)進(jìn)行的各項(xiàng)研究完美地展示出理論物理學(xué)與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)的相輔相成。由于先前理論物理學(xué)者預(yù)測希格斯玻色子存在，實(shí)驗(yàn)物理學(xué)者才會(huì)堅(jiān)持不斷地做實(shí)驗(yàn)探索其蹤跡，在經(jīng)過幾十年努力后，終于證實(shí)了希格斯玻色子確切存在。當(dāng)今，理論物理學(xué)者正等待更多實(shí)踐數(shù)據(jù)來指示未來的理論研究方向。
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)者設(shè)計(jì)與完成實(shí)驗(yàn)來檢試?yán)碚摰念A(yù)測與探索新的物理現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)物理學(xué)者探索大自然奧秘的方式有兩種，一種是消極方式，如同天文觀測者的作法，因?yàn)闊o法操控宇宙星體的物理行為，另一種是積極方式，如同粒子實(shí)驗(yàn)者的作法，操控粒子來展示其行為與性質(zhì)。
實(shí)驗(yàn)物理學(xué)擴(kuò)展了工程學(xué)與科技，也被工程學(xué)與科技所擴(kuò)展。涉及基礎(chǔ)研究的實(shí)驗(yàn)者，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，時(shí)常會(huì)接觸到像粒子加速器或激光一類的先進(jìn)器材；而那些涉及應(yīng)用研究的實(shí)驗(yàn)者，時(shí)常會(huì)在工業(yè)就職，開發(fā)像正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描、晶體管一類的科技。有時(shí)候，某些很有意思的區(qū)域，雖然理論物理學(xué)者尚未探索論證，實(shí)驗(yàn)者也會(huì)先行做實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)測試。
理論物理學(xué)者試圖發(fā)展數(shù)學(xué)模型，這模型必須能夠合理地解釋其所針對(duì)的物理現(xiàn)象，這模型的預(yù)測還必須與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符合。 理論物理學(xué)應(yīng)該可能是影響最大、成本最少的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。理論物理學(xué)推進(jìn)了人類對(duì)于大自然的基本知識(shí)，又對(duì)于明日科技撒播了珍貴的種子。半導(dǎo)體、太陽能電池、激光、全球定位系統(tǒng)、發(fā)光二極管、核裂變、核磁共振等等對(duì)于人類文明有重大貢獻(xiàn)的科技皆是源于理論物理學(xué)者給出的突破。
唯象專家努力探索理論與實(shí)驗(yàn)之間錯(cuò)綜復(fù)雜的交集區(qū)；他們專注于研究從實(shí)驗(yàn)所觀測到的復(fù)雜現(xiàn)象，試圖找到這些復(fù)雜現(xiàn)象與物理理論之間的關(guān)系。唯象專家計(jì)算理論模型的預(yù)測，并將這些預(yù)測跟實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做比較。
范疇與目標(biāo)
物理學(xué)涵蓋廣泛的自然現(xiàn)象，從微乎其微的基本粒子（像：夸克、中微子、電子）到龐大無比的超星系團(tuán)都是研究對(duì)象。很多千變?nèi)f化的現(xiàn)象，都可用更基礎(chǔ)的現(xiàn)象來做合理的描述與解釋。物理學(xué)是一門基礎(chǔ)科學(xué)， 物理學(xué)者致力于追根究底，發(fā)掘這些現(xiàn)象的根本原因，并試圖尋覓其中任何連結(jié)關(guān)系。物理學(xué)者努力研究所得到的結(jié)果大致可歸納為一些明確的基礎(chǔ)定律。其它許多學(xué)術(shù)領(lǐng)域，像生物學(xué)、化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、工程學(xué)等等，所涉及的物質(zhì)系統(tǒng)都遵守這些基礎(chǔ)定律。但是，這些基礎(chǔ)定律仍不完全。物理學(xué)對(duì)于自然現(xiàn)象所給出的描述與解釋，只是近似事實(shí)，而不是絕對(duì)事實(shí)。
舉例而言，古希臘人知道像琥珀一類的物質(zhì)，當(dāng)與毛皮磨擦?xí)r，會(huì)出現(xiàn)吸引力，使得這兩種磨擦物互相吸引。 這性質(zhì)后來稱為電性。在十七世紀(jì)，學(xué)者開始慎密地研查這性質(zhì)。 另外，在亞洲大陸的那一端，古中國人觀測到某些石頭（磁石），會(huì)通過某種看不見的作用力互相吸引。 這性質(zhì)后來稱為磁性。也是在十七世紀(jì)，學(xué)者開始嚴(yán)格地窮究其起因。 經(jīng)過燃膏繼晷、廢寢忘食的努力，物理學(xué)者終于明白了這兩種自然現(xiàn)象的基本成因——電和磁。但是，在二十世紀(jì)，經(jīng)過更深入的研究，物理學(xué)者發(fā)現(xiàn)電和磁是電磁相互作用的兩種不同表現(xiàn)。今天，這統(tǒng)一各種各樣相互作用的程序仍舊方興未艾，物理學(xué)者認(rèn)為電磁相互作用和弱相互作用是弱電相互作用的兩種不同表現(xiàn)。物理學(xué)者的終極目標(biāo)是找到一個(gè)完美的萬有理論，其能夠解釋大自然的一切本質(zhì)。
研究領(lǐng)域
現(xiàn)代物理研究大致分類為天文物理學(xué)、原子分子與光物理學(xué)、粒子物理學(xué)、凝聚態(tài)物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)等等。 有些大學(xué)的物理系也提供物理教育研究。
自二十世紀(jì)以來，物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域越加專業(yè)化，大多數(shù)物理學(xué)者整個(gè)職業(yè)生涯只專精于一個(gè)領(lǐng)域，像阿爾伯特·愛因斯坦（1879–1955）和列夫·朗道（1908–1968）這樣的全才大師現(xiàn)在寥若晨星。
粒子物理學(xué)
模擬在大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)的緊湊μ子線圈里，希格斯玻色子出現(xiàn)的一個(gè)事件。
粒子物理學(xué)研究組成物質(zhì)的基本粒子，它們的結(jié)構(gòu)與它們彼此之間的相互作用和關(guān)系． 另外，粒子物理學(xué)者設(shè)計(jì)與發(fā)展做研究所需要的高能量加速器、 探測器與計(jì)算機(jī)程序。 由于在大自然的一般條件下，許多基本粒子不存在、存在的生命周期極短或無法單獨(dú)出現(xiàn)，需待物理學(xué)者使用極高能量的粒子加速器碰撞來產(chǎn)生這些基本粒子，因此粒子物理學(xué)也被稱為高能物理學(xué)。
標(biāo)準(zhǔn)模型可以正確地描述基本粒子之間的相互作用。這模型能夠說明12種已知粒子（夸克和輕子），這些粒子彼此之間以強(qiáng)力、弱力、電磁力或引力進(jìn)行相互作用。這些粒子會(huì)互相交換規(guī)范玻色子（分別為膠子、光子、W及Z玻色子）。標(biāo)準(zhǔn)模型還預(yù)測了希格斯玻色子的存在。2012年，歐洲核子研究組織宣布，探測到希格斯玻色子。
原子分子與光物理學(xué)
原子分子與光物理學(xué)專注于研究原子、分子與光，以及研究光與物質(zhì)之間、物質(zhì)與物質(zhì)之間的相互作用。闡明物理的基礎(chǔ)定律、了解物質(zhì)是怎樣在原子與分子層次組構(gòu)而成、明白光與物質(zhì)之間的相互作用、發(fā)展出新技術(shù)與新器件，這些是原子分子與光物理學(xué)的中心目標(biāo)。原子分子與光物理學(xué)發(fā)展出的實(shí)驗(yàn)與理論技術(shù)，時(shí)常會(huì)被應(yīng)用于其它科學(xué)領(lǐng)域，例如，化學(xué)、天文物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)藥學(xué)等等。對(duì)于很多其它科學(xué)領(lǐng)域，通過發(fā)展關(guān)于控制與操縱原子、分子與光的方法，或通過精確測量與分析它們的物理性質(zhì)，或通過發(fā)展出新方法來制成具有某種特定性質(zhì)的光，原子分子與光物理學(xué)扮演著賦能的角色。
原子物理學(xué)研究原子的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)。 原子物理學(xué)的研究主要分為三種趨勢。第一是研究自然基礎(chǔ)定律，這通常會(huì)涉及到高精確度測量。第二是了解原子的結(jié)構(gòu)，以及原子與光的相互作用。第三是研究原子與電子之間、原子和離子之間的相互作用。
分子物理學(xué)嘗試了解分子的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)，分子與分子之間怎樣相互作用與進(jìn)行反應(yīng)，以及更復(fù)雜的物質(zhì)狀態(tài)，例如液體等等。分子物理學(xué)是跨立于物理與化學(xué)之邊界的一門學(xué)問，其常用的重要工具有光譜學(xué)、衍射、共振、 分子束 （ 英語 ： molecular beam ） 、質(zhì)譜學(xué)等等。分子物理學(xué)的主要研究目標(biāo)為：分子的形狀與結(jié)構(gòu)、分子的對(duì)稱性、分子的內(nèi)部能量態(tài)、分子的光學(xué)性質(zhì)與電磁性質(zhì)、探測分子的方法、在科技與生物學(xué)與醫(yī)藥學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
光物理學(xué)研究光的性質(zhì)、光與物質(zhì)之間的相互作用，這包括光的生成與探測、線性與非線性光學(xué)過程、光譜學(xué)。光物理學(xué)的內(nèi)容與應(yīng)用光學(xué)、光工程學(xué)很鄰近。光物理學(xué)專注于光的基礎(chǔ)物理研究，應(yīng)用光學(xué)注重于應(yīng)用相關(guān)科技在其它科學(xué)領(lǐng)域，而光工程學(xué)則注重于光學(xué)器件的設(shè)計(jì)與發(fā)展。一些前瞻性研究領(lǐng)域?yàn)榧す?、激光光譜學(xué)、量子光學(xué)與量子相干、 飛秒光學(xué) （ 英語 ： femtosecond optics ） 、激光冷卻、激光捕捉等等。
凝聚態(tài)物理學(xué)
銣原子氣體的速度分布數(shù)據(jù)，由此確定了一種稱為玻色-愛因斯坦凝聚的新物態(tài)。
凝聚態(tài)物理學(xué)研究物質(zhì)的宏觀物理性質(zhì)，例如，從測量物質(zhì)的密度、磁化強(qiáng)度、電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率等等所獲得的數(shù)據(jù)可以得知它們對(duì)于外界影響的反應(yīng)。在粒子與粒子之間的相互作用都是已知的相互作用的前提下，凝聚態(tài)物理學(xué)對(duì)于分析與描述多粒子系統(tǒng)給出工作框架。凝聚態(tài)物理學(xué)專注于多粒子系統(tǒng)，凝聚態(tài)指的是由大量粒子組成，并且粒子與粒子之間存在很強(qiáng)的相互作用的系統(tǒng)。 常見的凝聚態(tài)有固態(tài)和液態(tài)，由于原子與原子之間因電磁力而形成的化學(xué)鍵，才會(huì)出現(xiàn)這些物態(tài)。比較罕見的凝聚態(tài)包括發(fā)生于非常低溫系統(tǒng)里的超流體和玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、 在某些物質(zhì)里的傳導(dǎo)電子展現(xiàn)的超導(dǎo)態(tài)、 在某些磁性物質(zhì)內(nèi)部因?yàn)槎ㄓ蛴谠泳Ц竦淖孕霈F(xiàn)的鐵磁態(tài)和反鐵磁態(tài)。
守恒定律與對(duì)稱性破缺主導(dǎo)了物質(zhì)的宏觀性質(zhì)，這是凝聚態(tài)物理學(xué)的一個(gè)重要概念。在由大量粒子組成的孤立系統(tǒng)里，粒子數(shù)、能量、動(dòng)量、電荷量等等都是守恒量。在足夠高溫度狀況下，這系統(tǒng)具有較高的對(duì)稱性，例如在自由空間里的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性與平移對(duì)稱性。假設(shè)降低溫度，則會(huì)凝聚出新的熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)，其具有越來越多的對(duì)稱性破缺，因此，對(duì)稱性會(huì)變得越來越低。
凝聚態(tài)物理學(xué)起源于十九世紀(jì)固體物理學(xué)和低溫物理學(xué)的發(fā)展，當(dāng)今是物理學(xué)的最大分支，與化學(xué)、材料科學(xué)、納米科技有相當(dāng)程度的重疊。
天文物理學(xué)
哈勃超深空是以可見光拍攝的最深遠(yuǎn)的宇宙影象之一。
天文物理學(xué)主要研究的是宇宙星體的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)。 這包括恒星、行星、星系、星云、暗星、黑洞等等。天文學(xué)與宇宙學(xué)是它的姊妹學(xué)術(shù)領(lǐng)域，很難將它們做嚴(yán)格區(qū)分。簡略而言，天文學(xué)測量星體的位置、運(yùn)動(dòng)、光度等等，例如，某恒星的位置與光譜，天文物理學(xué)嘗試了解星體的本質(zhì)，例如，某恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與形成機(jī)制，宇宙學(xué)企圖解釋宇宙的整體或大尺度結(jié)構(gòu)的本質(zhì)，例如，大爆炸或宇宙暴脹的機(jī)制。
由于天文物理學(xué)是一門很廣泛的學(xué)問，天文物理學(xué)者通常需要用到很多不同的學(xué)術(shù)理論，例如，經(jīng)典力學(xué)、電磁學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、量子力學(xué)、相對(duì)論、粒子物理學(xué)等等，將這些學(xué)術(shù)理論應(yīng)用于天文研究，例如，類星體、致密雙星、大尺度結(jié)構(gòu)、恒星動(dòng)力學(xué)等等，時(shí)?？梢缘玫胶苡幸饬x的答案。
近期研究
更多資料：未解決的物理學(xué)問題
在凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域里，邁斯納效應(yīng)促使磁鐵懸浮于超導(dǎo)體的上方。
雖然物理學(xué)是最古老的學(xué)術(shù)之一，時(shí)至今日，仍有許多具突破性的劃時(shí)代研究在物理的各個(gè)分支領(lǐng)域夜以繼日、如火如荼地進(jìn)行中。
比如在電磁學(xué)領(lǐng)域里，液態(tài)的外部地核之所以常被比喻為發(fā)電機(jī)便是含有大量磁性物質(zhì)的它不停熱對(duì)流而產(chǎn)生電流與磁場。 但人類至今仍無法解釋同時(shí)受到柯氏力與對(duì)流影響的地磁，究竟為什么會(huì)翻轉(zhuǎn)，而且上次翻轉(zhuǎn)的時(shí)間間隔又遠(yuǎn)比歷來長久。
在凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域里，某些物質(zhì)在溫度高于50 K仍舊具有超導(dǎo)電性，物理學(xué)者不清楚促成這高溫超導(dǎo)現(xiàn)象的機(jī)制為何 。很多凝聚態(tài)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是制成可使用的自旋電子學(xué)元件和量子計(jì)算機(jī)元件 。
在粒子物理學(xué)領(lǐng)域，支持后標(biāo)準(zhǔn)模型物理學(xué)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)已開始陸續(xù)出現(xiàn)。在這些結(jié)果之中，比較重要的是中微子具有非零質(zhì)量的征象。這實(shí)驗(yàn)結(jié)果合理解答了矚目已久的太陽中微子缺失問題，即有些中微子在從太陽傳播到地球的路途中，會(huì)轉(zhuǎn)換為實(shí)驗(yàn)無法偵測的別種類中微子的現(xiàn)象。帶質(zhì)量中微子的物理研究是很熱門的理論與實(shí)驗(yàn)題目。辨明中微子震蕩與反中微子震蕩的不同之處也是個(gè)重要題目，其可以對(duì)于為什么宇宙里到處都是物質(zhì)，而不是反物質(zhì)這個(gè)宇宙學(xué)難題給出解答。很多實(shí)驗(yàn)都在尋找惰性中微子的蛛絲馬跡。
高能量大強(qiáng)子對(duì)撞器已開始偵測14TeV能量域，精致的后標(biāo)準(zhǔn)模型超對(duì)稱理論所預(yù)測的粒子，或是約占宇宙物質(zhì)85%的暗物質(zhì)，這些都是大強(qiáng)子對(duì)撞器的探索目標(biāo)。歐洲核子研究組織（CERN）宣布，大強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)已發(fā)現(xiàn)希格斯玻色子，但數(shù)量有限，無法詳細(xì)觀察其性質(zhì)，未來通過搜集更多數(shù)據(jù)，例如希格斯玻色子的各種衰變管道的頻率，預(yù)期將能夠發(fā)現(xiàn)任何不符合標(biāo)準(zhǔn)模型之物理行為，以及找到任何不同種類的希格斯玻色子。
在理論物理學(xué)領(lǐng)域，理論物理學(xué)者嘗試將量子力學(xué)和廣義相對(duì)論統(tǒng)一成為量子引力理論。這研究已延續(xù)了大半個(gè)世紀(jì)，但至今仍未得到滿意的答案?，F(xiàn)今幾個(gè)比較成功的理論為M理論、超弦理論、圈量子引力論。
在天文物理學(xué)領(lǐng)域，許多天文和宇宙現(xiàn)象仍舊沒有找到合意的解答，如超高能量宇宙射線、重子不對(duì)稱性、星系自轉(zhuǎn)問題等等。 . 以下列出一些重要論題：
研究宇宙的初始與命運(yùn)：嘗試解釋大爆炸、宇宙微波背景、宇宙暴脹、宇宙加速膨脹、暗物質(zhì)、暗能量等等難題。
研究宇宙的演化機(jī)制：宇宙怎樣從大爆炸演化至當(dāng)今的浩瀚星空？初始的恒星、星系與黑洞是怎樣形成的？它門怎樣影響后來天文星體的形成？各種天文星體是怎樣形成的？
研究鄰近的系外行星：它們是否適合居住、是否已孕育生命？怎樣才能觀察到更多關(guān)于它們的信息？
雖然，高能物理、量子物理、天文物理等領(lǐng)域有很大的突破與進(jìn)展，但對(duì)于許多涉及復(fù)雜系統(tǒng)、混沌、湍流等等日常發(fā)生的現(xiàn)象，科學(xué)家仍是一知半解。 地震、斷裂、生命等等現(xiàn)象只會(huì)發(fā)生于離平衡很遠(yuǎn)的狀況，其所出現(xiàn)的系統(tǒng)稱為 離逖平衡系統(tǒng) （ 英語 ： far-from-equilibrium system ） 。很多關(guān)于平衡系統(tǒng)或近平衡系統(tǒng)的物理行為都已被了解，但是，物理學(xué)者只知道些許主導(dǎo)離逖平衡系統(tǒng)的基本原理。
參見
物理學(xué)定律列表
物理學(xué)重要著作
物理學(xué)家列表
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)
物理哲學(xué)
化學(xué)與物理學(xué)的比較
重要物理發(fā)現(xiàn)年代表
注釋
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