Φυσική

Η Φυσική (από την ελληνική λέξη φύω < φύναι που σημαίνει γένεση, δημιουργία, παραγωγή) είναι με την ευρύτερη έννοια η επιστήμη που μελετά τη φύση.

Οι φυσικοί μελετούν την λειτουργία και τις ιδιότητες του κόσμου που μας περιβάλλει από τα υποατομικά σωματίδια που αποτελούν τη συνήθη ύλη (σωματιδιακή φυσική), ως την συμπεριφορά τού υλικού σύμπαντος ως ολότητα (αστρονομία, κοσμολογία).

Σκοπός της φυσικής είναι η εύρεση του πλαισίου των θεμελιωδών νόμων στους οποίους υπακούουν οι φυσικές οντότητες.

"Δεν υπάρχει αριθμός πειραμάτων που να μπορεί να δείξει ότι η θεωρία μου είναι σωστή, αλλά ένα και μόνο πείραμα μπορεί να αποδείξει ότι είναι λάθος" – Άλμπερτ Αϊνστάιν

H Φυσική σχετίζεται στενά με τις άλλες φυσικές επιστήμες όπως η χημεία. Η χημεία όντας η επιστήμη των μορίων και των δεσμών που μπορούν να σχηματίσουν τα άτομα μεταξύ τους, δανείζεται από τη φυσική το θεωρητικό υπόβαθρο για τη συμπεριφορά των ατόμων και των μορίων, το οποίο αναπτύσσεται σε τομείς της φυσικής όπως η κβαντομηχανική (εν προκειμένω κβαντική χημεία), η ατομική φυσική, η θερμοδυναμική και ο ηλεκτρομαγνητισμός.

Η Φυσική επίσης, έχει πολύ ιδιαίτερη σχέση με τα μαθηματικά, τα οποία παρέχουν το λογικό πλαίσιο ανάπτυξης και εδραίωσης των μοντέρνων θεωριών. Η διαφορά της φυσικής με τα μαθηματικά έγκειται στο ότι η φυσική χρησιμοποιεί τα μαθηματικά ως εργαλείο περιγραφής του υλικού κόσμου και των φαινομένων που τον διέπουν και τον χαρακτηρίζουν, ενώ τα μαθηματικά έχουν ως σκοπό την προώθηση του ίδιου του μαθηματικού λογισμού, χωρίς να υπόκεινται σε δεσμεύσεις ανάπτυξης υπό μία συγκεκριμένη σκοπιά. Ωστόσο, η διάκριση μεταξύ φυσικής και μαθηματικών δεν είναι πάντα ξεκάθαρη. Υπάρχει ένα ευρύ πεδίο έρευνας μεταξύ της φυσικής και των μαθηματικών, η μαθηματική φυσική, που είναι αφιερωμένη στην ανάπτυξη των μαθηματικών δομών που απαρτίζουν τις θεωρίες της φυσικής.

Παρακάτω δίνεται μια επισκόπηση των κύριων κλάδων και εννοιών της φυσικής, ακολουθούμενη από μία σύντομη επισκόπηση της ιστορίας της φυσικής και κάθε κλάδου της. Ένας περιεκτικότερος κατάλογος θεμάτων φυσικής είναι επίσης διαθέσιμος.

Πίνακας περιεχομένων [Απόκρυψη] 1 Επισκόπηση της φυσικής 1.1 Θεωρίες 1.1.1 Κεντρικές Θεωρίες 1.1.2 Προτεινόμενες θεωρίες 1.1.3 Περιθωριακές Θεωρίες 1.2 Έννοιες 1.3 Θεμελιώδεις δυνάμεις 1.4 Σωματίδια 1.5 Κλάδοι της φυσικής 1.6 Μέθοδοι 1.7 Πίνακες 1.8 Σχετικά πεδία 2 Μια σύντομη ιστορία της φυσικής 2.1 Η ερμηνεία της φύσης από τους αρχαίους Έλληνες φυσικούς φιλοσόφους 2.2 Η πορεία προς τη μαθηματική θεμελίωση των φυσικών κανόνων 2.3 Η σύγχρονη φυσική 3 Μελλοντικές κατευθύνσεις 4 Προτεινόμενη βιβλιογραφία

[Επεξεργασία]

Επισκόπηση της φυσικής

[Επεξεργασία]

Θεωρίες

Κύριο άρθρο: Θεωρίες της Φυσικής

[Επεξεργασία]

Κεντρικές Θεωρίες

Κλασική Μηχανική -- Θερμοδυναμική -- Στατιστική Μηχανική -- Ηλεκτρομαγνητισμός -- Ειδική Θεωρία Σχετικότητας -- Γενική Θεωρία Σχετικότητας -- Κβαντική Μηχανική -- Κβαντική Θεωρία Πεδίου -- Μηχανική των Ρευστών

[Επεξεργασία]

Προτεινόμενες θεωρίες

Θεωρία Χορδών

[Επεξεργασία]

Περιθωριακές Θεωρίες

[Επεξεργασία]

Έννοιες

Ύλη -- Αντιύλη -- Στοιχειώδες σωματίδιο -- Μποζόνιο -- Φερμιόνιο

Συμμετρία -- Κίνηση -- Νόμος Διατήρησης -- Μάζα -- Ενέργεια -- Ορμή -- Στροφορμή -- Σπιν

Χρόνος -- Χώρος -- Διάσταση-- Χωρόχρονος -- Μήκος -- Ταχύτητα -- Δύναμη -- Ροπή

Κύμα -- Κυματοσυνάρτηση -- Κβαντικός Εναγκαλισμός -- Αρμονικός Ταλαντωτής -- Μαγνητισμός -- Ηλεκτρισμός -- Ηλεκτρομαγνητική Ακτινοβολία -- Θερμοκρασία -- Εντροπία -- Φυσική πληροφορία

Αλλαγές Φάσης - Κρίσιμα Φαινόμενα -- Αυτο-οργάνωση -- Υπεραγωγιμότητα -- Κβαντικές αλλαγές φάσης

[Επεξεργασία]

Θεμελιώδεις δυνάμεις

Βαρυτική -- Ηλεκτρομαγνητική -- Ασθενής -- Ισχυρή

[Επεξεργασία]

Σωματίδια

Άτομο -- Βαρυτόνιο -- Γκλουόνιο-- Ηλεκτρόνιο -- Κουάρκ -- Νετρίνο -- Νετρόνιο-- Πρωτόνιο -- Σωματιδιακή Ακτινοβολία -- Φωνόνιο -- Φωτόνιο -- W και Z μποζόνια

[Επεξεργασία]

Κλάδοι της φυσικής

Ακουστική -- Αστροφυσική -- Ατομική Φυσική, Μοριακή Φυσική, Οπτική Φυσική -- Δυναμική των Ρευστών -- Κοσμολογία -- Κρυογενετική -- Οπτική -- Πυρηνική Φυσική -- Υπολογιστική Φυσική -- Φυσική Επιταχυντών -- Φυσική Πλάσματος -- Φυσική Πολυμερών -- Φυσική Σωματιδίων (ή Φυσική Υψηλών Ενεργειών) -- Φυσική Υλικών

[Επεξεργασία]

Μέθοδοι

[Επεξεργασία]

Πίνακες

[Επεξεργασία]

Σχετικά πεδία

Μετεωρολογία

[Επεξεργασία]

Μια σύντομη ιστορία της φυσικής

Κυρίως άρθρο: Ιστορία της φυσικής. Βλέπε επίσης Διάσημοι Φυσικοί και Βραβεία Νόμπελ Φυσικής.

Ήδη από την αρχαιότητα, η συμπεριφορά της ύλης αποτέλεσε αντικείμενο στοχασμού και μελέτης: γιατί τα αντικείμενα πέφτουν όταν αφεθούν ελεύθερα, γιατί διαφορετικά υλικά παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες, κ.ο.κ. Άλλα μεγάλα ερωτήματα αφορούσαν το χαρακτήρα του σύμπαντος, για παράδειγμα το σχήμα της Γης και οι κινήσεις των ουρανίων σωμάτων, όπως ο Ήλιος και η Σελήνη. Για την εξήγηση των φαινομένων αυτών ανάλογα με το πνεύμα και την τρέχουσα μεθοδολογία κάθε εποχής, προτάθηκαν αρκετές απόψεις και θεωρίες. Οι περισσότερες, αρχικά, είχαν φιλοσοφική βάση και χροιά (και μερικές φορές, θρησκευτικές ή μεταφυσικές συμπαραδηλώσεις), και στηρίζονταν λίγο ή καθόλου στη συστηματική πειραματική δοκιμασία, με την έννοια που έχει σήμερα ο όρος. Ωστόσο, οι αστρονομικές παρατηρήσεις (αρχικά δια γυμνού οφθαλμού) χρησίμευαν πάντα ως οδηγός για τα κοσμολογικά μοντέλα. Για να φτάσουμε τελικά, στη σημερινή μορφή του επιστημονικού στρουκτουραλισμού, θα θεωρούσε λογικό κάποιος πως υπήρξαν στη ιστορία αρκετά άλματα της διανόησης στον τομέα της φυσικής σκέψης, προάγγελλοι της επιστημονικής μεθόδου.

[Επεξεργασία]

Η ερμηνεία της φύσης από τους αρχαίους Έλληνες φυσικούς φιλοσόφους

Τον 6ο αιώνα π.Χ., στην αρχαία ελληνική αποικία της Ιωνίας, εμφανίστηκαν φυσικοί φιλόσοφοι που στήριξαν την ερμηνεία του κόσμου στη λογική και είχαν πρωτοποριακές για την εποχή αντιλήψεις για τον κόσμο. Οι Ίωνες φυσικοί φιλόσοφοι ήταν υλιστές με την πρωταρχική έννοια του όρου, πράγμα που σημαίνει ότι οι θεωρίες τους είχαν ως βάση την ερμηνεία της φύσης μέσω των υλικών πραγμάτων. Κοινό χαρακτηριστικό των Ιώνων φυσικών φιλοσόφων ήταν η υπόθεση τους ότι όλη η ύλη αποτελείται από το ίδιο πρωταρχικό συστατικό.

Ο Θαλής που γεννήθηκε γύρω στο 625 π.Χ. υπέθεσε ότι το ύδωρ είναι η αρχή όλων των πραγμάτων. Θεωρούσε ότι η γη επιπλέει στο νερό, πράγμα που δεν απέχει πολύ από τις σύγχρονες αντιλήψεις της γεωφυσικής) και κατάφερε επιπλέον να προβλέψει την έκλειψη του ηλίου του 585 π.Χ. Ο Αναξίμανδρος (610 - 546 π.Χ.), θεώρησε ως αρχή των όντων το άπειρο, το οποίο για αυτόν ήταν χωρίς χωρικά πέρατα, χρονικά απέραντο και ποιοτικά απροσδιόριστο. Το άπειρο αν και υλικό, δεν ταυτιζόταν για αυτόν με κάποια εμπειρική ύλη. Αποτελούσε την αρχή της κοσμικής διαδικασίας και ήταν το υπόστρωμα όλων των αντιθετικών μετασχηματισμών "Εξ απείρου πάντα και εις άπειρον πάντα τελευτά".

Ο Αναξιμένης (560 - 500 π.Χ.), υιοθέτησε στη θέση του απείρου του Αναξίμανδρου, τον αέρα. Για αυτόν η ποικιλία των φαινομένων του κόσμου ερμηνεύεται από συμπυκνώσεις και αραιώσεις του αέρα. Ο Αναξιμένης συνέδεσε το θερμότερο με το αραιότερο και το ψυχρότερο με το πυκνότερο. Έτσι ανοίχτηκε ο δρόμος για την ποσοτικοποίηση των ποιοτικών καθορισμών, απαραίτητος όρος για τη γένεση και ανάπτυξη της επιστήμης.

Ηράκλειτος.

Πέρα από αυτά, στην Έφεσο, ο Ηράκλειτος (544 - 484 π.Χ.), πίστευε στην προαιώνια ύπαρξη του κόσμου. Για αυτόν οι αλλαγές στην ύλη περνούσαν με τη μορφή δύο αντίρροπων κινήσεων: πυρ - θάλασσα - γη και γη - θάλασσα - πυρ. Συνδετικός κρίκος ήταν το ευμετάβλητο πυρ: "Όλα ανταλλάσσονται με φωτιά και φωτιά με όλα, όπως ακριβώς τα αγαθά με χρυσό και ο χρυσός με αγαθά". Ο Ηράκλειτος ωστόσο, παρά τη συνεχή μεταβολή πρότεινε και ένα σταθερό στοιχείο στον κόσμο: την αναλογία. Σύμφωνα με αυτόν όλες οι μεταβολές πραγματοποιούνται στις ίδιες αναλογίες ("εις τον αυτόν λόγον").

Πέρα από την Ιωνία, στην Ελέα, ο Παρμενίδης αντιτάχθηκε στην Ιωνική φυσική και στην ηρακλείτεια θεώρηση. Για αυτόν ο φυσικός κόσμος υποτάσσεται σε μία υπερεμπειρική πραγματικότητα και απαρνείται τις Ιωνικές αντιλήψεις ως δοξασίες ("δόξας"). Ο Παρμενίδης διέκρινε δύο οδούς της έρευνας ("οδοί διζήσιος"). Ο δρόμος της αλήθειας ξεκινάει από την παραδοχή ότι το ον είναι, ενώ το μη ον δεν είναι ("έστιν τε και ως εκ έστι μη είναι"). Ο δρόμος της δοξασίας ξεκινάει από την παραδοχή ότι και το μη ον υπάρχει ("ως χρέων έστι μη είναι"). Είναι αδύνατο να γνωρίσουμε το μη ον και ούτε μπορούμε να το εκφράσουμε γιατί: "το γαρ αυτό νοείν εστίν τε και είναι". Η πρόταση αυτή που είναι ανάλογη με το καρτεσιανό cogito, ταυτίζει τη νόηση με το είναι. Το ον για τον Παρμενίδη είναι η ύλη που γεμίζει το χώρο ενώ το μη ον είναι το κενό. Ο Ζήνων ο Ελεάτης, μαθητής του Παρμενίδη, υπερασπίστηκε την Παρμενίδεια οντολογία απορρίπτοντας την πολλαπλότητα των πραγμάτων και την κίνηση. Η μέθοδος του συνίστατο στην αποκάλυψη αντιφάσεων από ταυτόσημες προκείμενες - γνωστά τα παράδοξα του Ζήνωνα. Ο Αριστοτέλης θεωρούσε τον Ζήνωνα ως τον ευρετή της διαλεκτικής (με την έννοια της εριστικής).

Ο αρχαίος Έλληνας μαθηματικός Αρχιμήδης συνέταξε πολλές ποσοτικά ακριβείς μελέτες της μηχανικής και της υδροστατικής.

Το έργο του Πτολεμαίου (Αστρονομία) και του Αριστοτέλη (Φυσική) επίσης ερχόταν συχνά σε αντίθεση με την καθημερινή παρατήρηση. Για παράδειγμα, ένα βέλος που συνεχίζει να ταξιδεύει δια μέσου του αέρα αφού εκτοξευτεί από το τόξο έρχεται σε αντίφαση με τη διαβεβαίωση του Αριστοτέλη ότι "η φυσική κατάσταση όλων των σωμάτων είναι η ακινησία" (με άλλα λόγια, ότι απαιτείται μια δύναμη για να διατηρείται ένα σώμα σε κίνηση).

[Επεξεργασία]

Η πορεία προς τη μαθηματική θεμελίωση των φυσικών κανόνων

Ισαάκ Νεύτων

Η προθυμία να επανεξεταστούν οι παραδεδομένες αλήθειες και η έρευνα για νέες απαντήσεις οδήγησε σε μια περίοδο ανθηρής επιστημονικής δραστηριότητας, γνωστή ως Επιστημονική Επανάσταση. Οι απαρχές της εντοπίζονται στην ανακάλυψη εκ νέου από τους Ευρωπαίους των χειρογράφων του Αριστοτέλη κατά τον 12ο και τον 13ο αιώνα. Κορωνίδα της περιόδου αυτής αποτέλεσε η έκδοση των Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας) το 1687 από τον Ισαάκ Νεύτωνα.

Οι περισσότεροι ιστορικοί (π.χ., ο Χάουαρντ Μάργκολις - Howard Margolis) τοποθετούν την αρχή της Επιστημονικής Επανάστασης στα 1543, οπότε και εκδόθηκε το πρώτο αντίτυπο του βιβλίου De Revolutionibus (Περί της Περιστροφής των Ουρανίων Σφαιρών), του Πολωνού αστρονόμου Νικολάου Κοπέρνικου, γραμμένο δώδεκα χρόνια νωρίτερα (το βιβλίο δεν εκδόθηκε έως τη μέρα του θανάτου του). Στο βιβλίο διατυπωνόταν η θέση ότι η Γη εκτελεί περιφορά γύρω από τον Ήλιο, καθώς και ότι περιστρέφεται γύρω από τον άξονά της.

Άλλα σημαντικά επιτεύγματα κατά την περίοδο αυτή σημειώθηκαν από τους: Γαλιλαίο Γαλιλέι, Κρίστιαν Χόϋχενς, Γιόχαννες Κέπλερ, Μπλαίζ Πασκάλ κ.α.

Στις αρχές του 17ου αιώνα, ο Γαλιλαίος Γαλιλέι πρωτοστάτησε στην καθιέρωση πειραματικών μεθόδων με σκοπό την επαλήθευση φυσικών θεωριών, μια ιδέα που αποτελεί το κλειδί της επιστημονικής μεθόδου. Ο Γαλιλαίος διατύπωσε και τεκμηρίωσε με επιτυχία αρκετές υποθέσεις στο πεδίο της δυναμικής, ιδίως δε το νόμο της Αδράνειας. Στα 1687, ο Νεύτων δημοσίευσε τα Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Μαθηματικές Αρχές της Φυσικής Φιλοσοφίας), θεμελιώνοντας με λεπτομέρειες δύο περιεκτικές και επιτυχημένες φυσικές θεωρίες: τους νόμους της κίνησης του Νεύτωνα, από τους οποίους αναπτύχθηκε η κλασική μηχανική· και τον Νόμο της Παγκόσμιας Έλξης του Νεύτωνα, ο οποίος περιγράφει τη θεμελιώδη δύναμη της βαρύτητας. Και οι δύο θεωρίες ήταν σε καλή συμφωνία με το πείραμα. Οι Μαθηματικές Αρχές περιλάμβαναν ωστόσο και αρκετές θεωρίες σχετικά με τη δυναμική των ρευστών. Η Κλασική Μηχανική επεκτάθηκε αργότερα σε μεγάλο βαθμό από τους Λαγκράνζ, Χάμιλτον κ.α., που παρήγαγαν νέο φορμαλισμό, αρχές και πορίσματα. Ο Νόμος της Παγκόσμιας Έλξης εγκαινίασε τον κλάδο της αστροφυσικής, ο οποίος περιγράφει τα αστρονομικά φαινόμενα με βάση φυσικές θεωρίες.

Μετά τη θεμελίωση της κλασικής μηχανικής από τον Νεύτωνα, το επόμενο μεγάλο πεδίο έρευνας στη φυσική αφορούσε τη φύση του ηλεκτρισμού. Παρατηρήσεις κατά τον 17ο και 18ο αιώνα από επιστήμονες όπως ο Ρόμπερτ Μπόϋλ (Robert Boyle), ο Στήβεν Γκραίυ (Stephen Gray) και ο Βενιαμίν Φραγκλίνος έβαλαν τα θεμέλια της κατοπινής έρευνας. Επίσης, οι παρατηρήσεις αυτές οδήγησαν στη βασική κατανόηση του ηλεκτρικού φορτίου και του ηλεκτρικού ρεύματος.

Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ

Στα 1821, ο Μιχαήλ Φαρανταίυ (Michael Faraday) ενοποίησε τη μελέτη του μαγνητισμού με τη μελέτη του ηλεκτρισμού, δείχνοντας πειραματικά ότι ένας κινούμενος μαγνήτης επάγει ηλεκτρικό ρεύμα σε έναν αγωγό. Ο Φαρανταίυ επίσης συνέλαβε τη φυσική έννοια που μετέπειτα ονομάστηκε ηλεκτρομαγνητικό πεδίο. Ο Τζέιμς Κλερκ Μάξγουελ (James Clerk Maxwell) ανέπτυξε αυτή την ιδέα, στα 1864, καταλήγοντας σε ένα σύστημα 20 συζευγμένων εξισώσεων που εξηγούσαν τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων. Οι 20 αυτές εξισώσεις ανήχθησαν αργότερα, με τη χρήση διανυσματικού λογισμού, σε ένα σύστημα τεσσάρων εξισώσεων.

[Επεξεργασία]

Η σύγχρονη φυσική

Ο Άλμπερτ Αινστάιν στα 1905

Πέρα από τα συνήθη ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα, οι εξισώσεις του Μάξγουελ μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να περιγράψουν το φως. Η παρατήρηση αυτή επιβεβαιώθηκε με την ανακάλυψη των ραδιοκυμάτων στα [1888]] από τον Χάινριχ Χερτζ (Heinrich Hertz), καθώς και στα 1895, όταν ο Βίλχελμ Ράιντγκεν (Wilhelm Roentgen) εντόπισε τις ακτίνες Χ. Η περιγραφή του φωτός με όρους ηλεκτρομαγνητικού πεδίου αποτέλεσε το έναυσμα για τη δημοσίευση, από τον Άλμπερτ Αινστάιν της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας. Η θεωρία αυτή ενοποίησε την κλασική μηχανική με τις εξισώσεις του Μάξγουελ. Η Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας ενοποιεί το χώρο και το χρόνο σε μία και μόνη οντότητα, τον χωρόχρονο. Η Σχετικότητα ορίζει έναν νεό κανόνα μετασχηματισμού μεταξύ αδρανειακών συστημάτων αναφοράς απ' ό,τι η κλασική μηχανική· αυτό προϋπέθετε την ανάπτυξη σχετικιστικής μηχανικής ως αντικατάστατο της κλασικής μηχανικής. Στην περιοχή των χαμηλών (σχετικών) ταχυτήτων, οι δύο θεωρίες συμφωνούν. Ο Αινστάιν επεξέτεινε περαιτέρω την Ειδική Σχετικότητα συμπεριλαμβάνοντας τη βαρύτητα στους υπολογισμούς του. Δημοσίευσε την Γενική θεωρία της Σχετικότητας στα 1915.

Διάγραμμα του διαστελλόμενου σύμπαντος

Μέρος της θεωρίας της γενικής σχετικότητας αποτελούν οι πεδιακές εξισώσεις του Αινστάιν. Αυτές περιγράφουν το πώς ο τανυστής ενέργειας-ορμής καμπυλώνει τον χωρόχρονο, ενώ όταν συνδυαστούν με την γεωδαισιακή εξίσωση σχηματίζουν τη βάση της Γενικής Σχετικότητας. Περαιτέρω επεξεργασία των πεδιακών εξισώσεων του Αινστάιν παρήγαγε αποτελέσματα που προέβλεπαν τη Μεγάλη Έκρηξη, τις μαύρες τρύπες, καθώς και το διαστελλόμενο σύμπαν. Ο Αινστάιν πίστευε (όπως και η πλειοψηφία των συγχρόνων του επιστημόνων) σε ένα στατικό σύμπαν και επιχείρησε να τροποποιήσει τις εξισώσεις του ώστε να επιτύχει κάτι τέτοιο. Ωστόσο, μέχρι το 1927, οι αστρονόμοι αναζητούσαν ενδείξεις για τη διαστολή του σύμπαντος, οι οποίες πράγματι βρέθηκαν στα 1929 από τον Έντουιν Χάμπλ (Edwin Hubble).

Από τον 18ο αιώνα και πέρα ξεκινά η ανάπτυξη της θερμοδυναμικής από τον Μπόϋλ (Robert Boyle), τον Γιάνγκ (Thomas Young) και πολλούς άλλους. Στα 1773, ο Μπερνούλλι συνδύασε στατιστικά επιχειρήματα με την κλασική μηχανική για να συνάγει θερμοδυναμικά αποτελέσματα, εγκαινιάζοντας τον κλάδο της στατιστικής μηχανικής. Στα 1798, ο Τόμσον (Benjamin Thompson) κατέδειξε τη μετατροπή μηχανικού έργου σε θερμότητα, ενώ στα 1847 ο Τζάουλ (James Joule) διατύπωσε το νόμο της (ολικής) διατήρησης της ενέργειας, τόσο σε μορφή θερμότητας όσο και σε μορφή μηχανικής ενέργειας.

Στα 1895, ο Ράιντγκεν ανακάλυψε τις ακτίνες Χ, που τελικά αποδείχτηκε ότι δεν είναι παρά υψίσυχνη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η ραδιενέργεια ανακαλύφθηκε στα 1896 από τον Ανρί Μπεκερέλ (Henri Becquerel), και μελετήθηκε περαιτέρω από τους Μαρία Κιουρί (Marie Curie), Πιέρ Κιουρί (Pierre Curie) και άλλους. Έτσι εγκαινιάστηκε ο κλάδος της πυρηνικής φυσικής.

Στα 1897, ο Τόμσον (J.J. Thomson) ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο, το στοιχειώδες σωματίδιο που είναι ο φορέας του ηλεκτρικού ρεύματος στα ηλεκτρικά κυκλώματα. Στα 1904, πρότεινε το πρώτο μοντέλο του ατόμου, γνωστό με την (εκλαϊκευτική) ονομασία μοντέλο του σταφιδόψωμου. (Η ύπαρξη ατόμων είχε ήδη προταθεί από το 1808 από τον Ντάλτον (John Dalton)).

Ο Ανρί Μπεκερέλ (Henri Becquerel) ανακάλυψε συμπτωματικά τη ραδιενέργεια στα 1896. Τον επόμενο χρόνο, ο Τζόζεφ Τζ. Τόμσον ανακάλυψε το ηλεκτρόνιο. Οι ανακαλύψεις αυτές διέψευσαν την υπόθεση πολλών φυσικών, ότι τα άτομα ήταν οι έσχατες θεμελιώδεις δομικές μονάδες της ύλης και παρακίνησαν σε περαιτέρω μελέτη της δομής των ατόμων.

Το 1900, ο Μαξ Πλανκ (Max Planck) δημοσίευσε μια εξήγηση για το φαινόμενο της ακτινοβολίας μέλανος σώματος. Η εξίσωσή του προϋπέθετε ότι η ακτινοβολία είναι κβαντισμένη στη φύση, δηλαδή εκπέμπεται κατά διακριτά πακέτα. Η υπόθεση αυτή αποτέλεσε το εναρκτήριο επιχείρημα στο οικοδόμημα που έμελλε να γίνει η κβαντική μηχανική.

Ρίτσαρντ Φάινμαν