سیر تحول نظریه‌های اساسی در فیزیک نوین
مقدمه
مکانیک کوانتومی
این نظریه، با توصیف پلانک از تابش جسم سیاه آغاز شد و پایه‌های آن با کارهای اینشتن در نظریه‌ی فوتوالکتریک و تثبیت دیدگاه ذره‌ای نور در کنار دیدگاه موجی، محکم شد. در ادامه، آزمایش‌های رادرفورد و توجیه بور از ساختار اتمی راه نظریه‌ی جدید را به سمت دنیای ذرات اتمی و زیر اتمی گشود. در نهایت با کارهای نظری درخشان دانشمندان متعددی از جمله دوبروی، شرودینگر، هایزنبرگ، پاولی، ماکس بورن، دیراک و ... و همچنین تلاش‌های فیزیک‌دان‌های آزمایش‌گر در تأیید تجربی دستآوردهای نظری، نظریه‌ی بسیار شکوهمندی به نام مکانیک کوانتومی شکل گرفت که یکی از بنیان‌های اساسی فیزیک در توصیف بسیاری از پدیده‌هایی جهان در دنیای معاصر به شمار می‌رود.
مکانیک کوانتومی پایه‌ی بسیاری از فناوری‌های نوین از جمله الکترونیک و قطعات نیم‌رسانا، ابررسانایی، فناوری نانو، عکاسی دیجیتال، نمایشگرهای نسل جدید، کامپیوترها، لیزرها، فیبرهای نوری و ... به شمار می‌رود. همچنین بر بستر این نظریه، حوزه‌های وسیعی از دانش فیزیک از ماده‌ی چگال تا ساختار اتم‌ها و هسته‌ها و ذرات بنیادی که سنگ بنای تمام مواد تشکیل‌دهنده‌ی جهان ما هستند تا کیهان‌شناسی انفجار بزرگ ایجاد شده است. هر کدام از این حوزه‌ها میدان‌های وسیعی از پژوهش‌های نوین را به خود اختصاص داده است.
نظریه‌ی نسبیت اینشتین
اگر از آغاز شکل‌گیری ایده‌های نظریه‌ی کوانتومی تا فرمول‌بندی نهایی آن تعداد زیادی از فیزیک‌دان‌های تراز اول جهان با یکدیگر همکاری کردند، اما فرآیند شکل گیری و فرمول‌بندی نهایی نظریه‌ی نسبیت را می‌توان به جرأت به ایده‌های درخشان و خارق‌العاده‌ی یک نفر نسبت داد و آن کسی نیست جز آلبرت اینشتین. در واقع دو نسخه از نظریه‌ی نسبیت وجود دارد: نسبیت خصوصی و نسبیت عمومی.
نظریه‌ی خصوصی نسبیت که در ۱۹۰۵ ارائه شد، جانشین نظریه‌ی مکانیک نیوتنی در توصیف اجرام با سرعت‌های بالا (نزدیک به سرعت نور) می‌شود. این نظریه با الکترومغناطیس ماکسول کاملاً سازگار است، برای ثابت بودن سرعت نور نسبت به ناظرهای مختلف توجیه رضایت‌بخشی ارائه می‌کند که با تجربه توافق کامل دارد و پیش بینی‌های غریبی از رفتار اجسام در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور ارائه می‌کند که بر خلاف عقل سلیم کاملاً با مشاهدات دقیق علمی تأیید شده است. نظریه‌ی نسبیت خاص، تمامی برهم‌کنش‌های فیزیکی جز گرانش را در بر می‌گیرد. و معادله‌ی معروف هم‌ارزی جرم و انرژی اینشتین از نتایج آن است.
نظریه‌ی عمومی نسبیت که در ۱۹۱۵ فرمول‌بندی شد، نظریه‌ای در باب گرانش است. و در واقع جانشین نظریه‌ی گرانش نیوتن می‌شود. این نظریه پیش‌بینی‌های شگفت‌انگیزی درباره‌ی رفتار و خواص هندسی فضازمان در نزدیکی اجرام سنگین می‌کند. مفاهیمی چون سیاه‌چاله‌ها، امواج گرانشی و عدسی‌های گرانشی را مطرح می‌کند و پایه‌ی محکمی برای کیهان‌شناسی معاصر پدید می‌آورد. جمله‌ی موضوعات بالا هم‌اکنون نیز حوزه‌ی وسیع و بکری در پژوهش‌های امروزی فیزیک نظری و مشاهدتی به حساب می‌آید.
نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی
پل دیراک در ۱۹۲۸ موفق شد نظریه‌ی کوانتومی را با نسبیت خاص پیوند دهد و فرمول‌بندی نوینی به نام مکانیک کوانتومی نسبیتی ارائه کند که بنای حوزه‌ی گسترده‌ای از پژوهش‌های نظری با عنوان نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی بر آن استوار است. این شاخه‌ی پیشرفته از فیزیک نظری در توصیف برهم‌کنش‌های بنیادی طبیعت بسیار موفق بوده است. مدل استاندارد ذرات بنیادی یکی از نتایج درخشان راهبرد نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی است.