20世紀(jì)物理學(xué)“撥開烏云見晴日”-從20世紀(jì)物理學(xué)革命看科學(xué)研究方法的異同

PAGEPAGE820世紀(jì)物理學(xué)“撥開烏云見晴日”——從20世紀(jì)物理學(xué)革命看科學(xué)研究方法的異同向俊華①摘要：在20世紀(jì)物理學(xué)的上空，彌漫著“兩朵烏云”，它們的存在使得經(jīng)典物理學(xué)體系大廈的根基岌岌可危。撥開物理學(xué)上空這“兩朵烏云”的任務(wù)落到了愛因斯坦和普朗克及其后來者的身上，由于他們的工作，最終撥開了“烏云”，建立了相對(duì)論和量子力學(xué)的理論體系。本文主要是通過對(duì)這兩大科學(xué)歷史的簡(jiǎn)單回顧來深入探討在這兩個(gè)科學(xué)事例中，科學(xué)家們的研究方法的異同，以及他們的工作對(duì)后來科學(xué)發(fā)展的影響。關(guān)鍵詞：物理學(xué)革命科學(xué)方法異同19世紀(jì)末期，在經(jīng)典物理學(xué)的上空有兩朵烏云，一朵是光速不變和以太被否定；另一朵是在研究黑體輻射過程中產(chǎn)生的“紫外災(zāi)難”。一、撥開20世紀(jì)物理學(xué)上空的“烏云”，建立相對(duì)論和量子力學(xué)理論在愛因斯坦創(chuàng)立相對(duì)論之前，電磁學(xué)方面新的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和新的理論跟經(jīng)典物理學(xué)產(chǎn)生了一系列的矛盾，物理學(xué)已經(jīng)發(fā)生了危機(jī)，正醞釀著革命。法拉第關(guān)于物理場(chǎng)的概念跟牛頓關(guān)于萬有引力的超距作用的概念是不同的，對(duì)于這個(gè)問題看法的矛盾在19世紀(jì)已經(jīng)變得非常尖銳了。從麥克斯韋方程組可以推算出光在真空中的速度大約是每秒三十萬公里。這個(gè)速度和光源本身的運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，也就是光速不變。1881年，美國(guó)的物理學(xué)家麥克兒孫和化學(xué)家、物理學(xué)家莫雷用精確的實(shí)驗(yàn)證實(shí)光速確實(shí)是不變的，它和所選的坐標(biāo)系無關(guān)，麥克斯韋的方程是正確的。而在經(jīng)典物理學(xué)中，理論必須服從一定的基本原理，首先就是“相對(duì)性原理”。就是在以恒定速度彼此做相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一切測(cè)量（坐標(biāo)）系統(tǒng)（慣性參照系）中，任何合理的物理學(xué)定律都必須采用同樣的形式。因此，這些物理學(xué)定律在宇宙中任何地方對(duì)做勻速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的一切觀察者必須是相同的?！耙粋€(gè)坐在火車上的人，以火車作為坐標(biāo)系，人的速度是零；以地球作為坐標(biāo)系，人的速度就等于火車的運(yùn)行速度。”【1】為什么會(huì)有和坐標(biāo)系沒有關(guān)系的不變光速呢？這是經(jīng)典物理學(xué)解釋不了的問題。麥克斯韋等從經(jīng)典物理學(xué)觀點(diǎn)出發(fā)，用想象中的“以太”來解釋光波的傳播?！耙蕴钡拇嬖谝脖畸溈藘簩O－莫雷的實(shí)驗(yàn)否定。這樣以來，經(jīng)典物理學(xué)無法解釋這個(gè)問題，它自身的危機(jī)日益的加重了。荷蘭物理學(xué)家洛侖茲（Lorentz）和喬治·斐茲杰拉德（GeorgeFitzGerald）為了彌補(bǔ)新事物和經(jīng)典物理學(xué)之間①作者簡(jiǎn)介：向俊華（1977～），女，現(xiàn)為廣西大學(xué)社會(huì)科學(xué)與管理學(xué)院碩士研究生，主要研究方向：科技與社會(huì)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方式：廣西大學(xué)東校園5685信箱，郵編530004的裂痕，提出了由于支配變化（運(yùn)動(dòng)）磁場(chǎng)產(chǎn)生的電壓的定律出現(xiàn)了不一致的問題而修改了關(guān)于長(zhǎng)度、時(shí)間間隔和速度的定義，以便解決這種異?，F(xiàn)象，為此，洛侖茲寫出一組變換公式，即洛侖茲變換。但是盡管洛侖茲懂了相對(duì)論的數(shù)學(xué)，卻沒有讀懂其中的物理學(xué)的真正意義，也就是沒有領(lǐng)悟“同時(shí)性”①作者簡(jiǎn)介：向俊華（1977～），女，現(xiàn)為廣西大學(xué)社會(huì)科學(xué)與管理學(xué)院碩士研究生，主要研究方向：科技與社會(huì)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系方式：廣西大學(xué)東校園5685信箱，郵編530004狹義相對(duì)論原理有兩個(gè)基本前提，其一是狹義相對(duì)性原理，即物理規(guī)律在一切慣性參考系中都是相同的；其二是光速不變?cè)?，即在任何參考系中，光速C都是相同的。愛因斯坦根據(jù)這兩個(gè)基本前提，結(jié)合洛侖茲變換，從而得出了狹義相對(duì)論的六條基本結(jié)論：同時(shí)性的相對(duì)性。第二，運(yùn)動(dòng)著的長(zhǎng)度在運(yùn)動(dòng)的方向上縮短。動(dòng)著的時(shí)間變慢。運(yùn)動(dòng)著的物體質(zhì)量變大。速度是極限速度。第六，質(zhì)量與能量關(guān)系定律。即E=MC2由此可以看出，狹義相對(duì)論把空間、時(shí)間、質(zhì)量、能量聯(lián)系在一起，是物理學(xué)的一場(chǎng)空前的革命，它并沒有完全否定牛頓定律，只是把它看成相對(duì)論的一種特殊情況包括在其中。雖然在狹義相對(duì)論中，一個(gè)系統(tǒng)的勻速運(yùn)動(dòng)不可能影響在該系統(tǒng)中所測(cè)量的物理定律，但是如果該系統(tǒng)在加速，那么就會(huì)出現(xiàn)一種阻礙這種加速運(yùn)動(dòng)的明顯的力（慣性），使得系統(tǒng)中的物體受到向后的壓力，這和狹義相對(duì)論是存在沖突的。因此，愛因斯坦有經(jīng)過十年的努力，在數(shù)學(xué)家的幫助下，運(yùn)用非歐幾里得幾何學(xué)，建立了廣義相對(duì)論。廣義相對(duì)論也有兩個(gè)基本前提，其一是廣義相對(duì)性原理，即物理定律在任何參照系中都可以表述為相同的形式；其二是等效原理，即一個(gè)加速運(yùn)動(dòng)得參照系中得慣性力與一個(gè)在小空間范圍得萬有引力是等效的。在廣義相對(duì)論中，時(shí)間和空間跟引力場(chǎng)有關(guān)，空間在本質(zhì)上是彎曲的，其程度由物質(zhì)的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。最初由于愛因斯坦的廣義相對(duì)論不易得到新的觀測(cè)或者實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)，又由于其數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)過于艱深，因此很難得到理解或接受。愛因斯坦為了證明自己的理論。作出了一些偉大的預(yù)言。水星近日點(diǎn)的進(jìn)動(dòng)；光線穿過引力場(chǎng)的彎曲；強(qiáng)引力場(chǎng)發(fā)生的光譜線紅移。后來這些現(xiàn)象被一一地觀測(cè)到，至此，愛因斯坦的相對(duì)論原理被接受。他的狹義相對(duì)論原理，統(tǒng)一了低速運(yùn)動(dòng)的經(jīng)典力學(xué)和高速運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)力學(xué)；他的廣義相對(duì)論，統(tǒng)一了狹義相對(duì)論和引力理論。愛因斯坦相對(duì)論的建立，撥開了20世紀(jì)物理學(xué)上空的第一朵“烏云”。20世紀(jì)物理學(xué)上空的第二朵“烏云”是在研究黑體輻射過程中產(chǎn)生的“紫外災(zāi)難”。撥開這朵“烏云”的重大任務(wù)首先落到了德國(guó)物理學(xué)家普朗克（Planck）的身上，并且由于他的開始，吸引了一大批科學(xué)家投入到革命的陣營(yíng)中去，這其中就有著名的哥本哈根學(xué)派及其領(lǐng)導(dǎo)人玻爾。正是在眾多科學(xué)家的共同努力下，才撥開了物理學(xué)天空中的第二朵“烏云”，建立了量子力學(xué)的偉大理論體系。量子力學(xué)的開端首先是由于19世紀(jì)末期，德國(guó)物理學(xué)家維恩建立起黑體輻射能量按波長(zhǎng)分布的公式而引發(fā)的。不過維恩公式只在波長(zhǎng)比較短，溫度比較低的時(shí)候才和實(shí)驗(yàn)事實(shí)符合。英國(guó)物理學(xué)家瑞利和物理學(xué)家、天文學(xué)家金斯從經(jīng)典物理學(xué)的概念出發(fā)，認(rèn)為能量是一種連續(xù)變化的物理量，建立起在波長(zhǎng)比較長(zhǎng)、溫度比較高的時(shí)候和實(shí)驗(yàn)事實(shí)比較符合的黑體輻射公式。但是從瑞利－金斯公式推出，在短波區(qū)（紫外光區(qū)）隨著波長(zhǎng)的變短，輻射的強(qiáng)度可以無止境的增加，這是不符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的，也是根本不可能的，因此被稱為“紫外災(zāi)難”。它成為了一朵“烏云”，彌漫于20世紀(jì)物理學(xué)的上空。1895年左右，普朗克開始研究黑體輻射問題。他企圖將維恩公式和瑞利－金斯公式統(tǒng)一起來，驅(qū)散“紫外災(zāi)難”這朵“烏云”。1900年，普朗克根據(jù)當(dāng)時(shí)的黑體輻射的精確的實(shí)驗(yàn)資料，找到了能夠完滿表示黑體輻射的新數(shù)學(xué)公式。在普朗克在關(guān)于黑體輻射的新公式中，拋棄了關(guān)于能量是連續(xù)的的傳統(tǒng)觀念，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)面前，他提出了能量是不連續(xù)的新的概念。普朗克公式表明，物體輻射或發(fā)出的能量是一份一份的，這一份一份的能量，普朗克稱之能量子，至此他提出了量子的概念，豎起了對(duì)經(jīng)典物理學(xué)進(jìn)行革命的大旗。盡管普朗克豎起了革命的大旗，但是在戰(zhàn)爭(zhēng)即將打響的時(shí)候，他卻退卻了，不敢再繼續(xù)前進(jìn)。倒是愛因斯坦，接受了量子概念，并對(duì)其做了進(jìn)一步的發(fā)展，賦予它強(qiáng)大的生命力。他應(yīng)用量子概念取得的最大的、最重要的成就是解釋了光電效應(yīng)，發(fā)展了光的微粒說。由于愛因斯坦給光子賦予量子概念和現(xiàn)實(shí)證據(jù)（光電效應(yīng)），光子成為量子論大旗下的一支生力軍。繼愛因斯坦以后，在量子論領(lǐng)域取得重大突破的是丹麥物理學(xué)家玻爾，他還被譽(yù)為是物理學(xué)上對(duì)理論貢獻(xiàn)最大的人。早在1913年，玻爾就把普朗克的能量子假說運(yùn)用到原子結(jié)構(gòu)模型的研究中，較好地解釋了原子穩(wěn)定性和氫光譜規(guī)律。1924年，玻爾發(fā)表了關(guān)于幾率波的論文，認(rèn)為微觀粒子是按幾率波規(guī)律運(yùn)動(dòng)的，即全部粒子分布為波的衍射圖像，幾率曲線表示個(gè)別粒子出現(xiàn)的幾率。1925年，海森堡在改進(jìn)玻爾原子模型時(shí)，從原子光譜的分立性入手，采用了新的數(shù)學(xué)方法——矩陣。此后，海森堡與玻恩（MBorn），約爾丹（PJordan）等人合作建立起量子力學(xué)的系統(tǒng)理論——矩陣力學(xué)。1927年，海森堡提出了“測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系”，證明粒子的位置與動(dòng)量的測(cè)量誤差有以下關(guān)系：△X·△T≥，這是微觀世界特有的基本關(guān)系之一。它的發(fā)現(xiàn)，是海森堡對(duì)量子力學(xué)發(fā)展的又一重要貢獻(xiàn)。玻爾后來試圖對(duì)測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系進(jìn)行理論上的說明，在1929年，他提出了著名的“互補(bǔ)原理”。他認(rèn)為，波和粒子這兩個(gè)概念是互相排斥的，但兩者在描述量子現(xiàn)象時(shí)卻又是缺一不可的，它們是互相補(bǔ)充的。玻爾這種思想也是對(duì)微觀世界波粒二象性的一種重要解釋。在對(duì)海森堡的矩陣?yán)碚撗芯康倪^程中，英國(guó)物理學(xué)家迪拉克把經(jīng)典的泊松括號(hào)推廣到量子泊松括號(hào)，從而找到了比矩陣方法更普遍的數(shù)學(xué)方法，并很快把經(jīng)典力學(xué)方程改造為量子力學(xué)方程，使量子力學(xué)成為概念自主，邏輯一致的完整的理論體系。而幾乎與此同時(shí)，奧地利物理學(xué)家薛定諤通過另一個(gè)途徑創(chuàng)立了波動(dòng)力學(xué)。他原來是研究統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的，對(duì)統(tǒng)計(jì)方法比較了解。他認(rèn)為氣體分子在統(tǒng)計(jì)上的行為與光量子是一樣的。同時(shí)，他接受了德布羅意的物質(zhì)波思想，但他不滿足德布羅意的理論，而試圖找到一種更為普遍的理論。這時(shí)，正好荷蘭著名物理學(xué)家德拜（PDebye）告訴薛定諤，處理波動(dòng)問題必須有一個(gè)波動(dòng)方程。薛定諤沿此方向，經(jīng)過反復(fù)努力，終于找到了滿足物質(zhì)波的波動(dòng)方程，并以此為基礎(chǔ)創(chuàng)立了波動(dòng)力學(xué)。他采用波函數(shù)來描述微觀粒子在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)，建立了波函數(shù)所服從的波動(dòng)方程即薛定諤方程，這個(gè)方程是波動(dòng)力學(xué)的基本方程，它提供了系統(tǒng)的、定量的處理原子結(jié)構(gòu)的理論，可計(jì)算給定條件下的粒子分布，能夠解釋電子衍射等問題，并可自然地得出粒子所具有的能量、動(dòng)量矩等量子化條件，而不需要象玻爾理論那樣把量子條件人為的加上去。由于波動(dòng)力學(xué)所采用的解微分方程的方法為多數(shù)物理學(xué)家所熟悉和容易接受，因而成為量子力學(xué)的通用形式。但是，對(duì)波動(dòng)力學(xué)中的波的不同解釋，又引起了不同的爭(zhēng)論。因?yàn)橛械娜苏J(rèn)為波是由粒子組成的，另一些人則認(rèn)為粒子是由波組成的。薛定諤認(rèn)為，波是由實(shí)在的，粒子是波的密集地方即“波包”。但是，“波包”總是要擴(kuò)散的，粒子作為實(shí)物也就似乎不存在的。1926年，玻恩在《散射過程的量子力學(xué)》一文中，采納了玻爾的幾率波思想，提出了波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)解釋。玻恩認(rèn)為，波函數(shù)在空間某一點(diǎn)的強(qiáng)度（振幅絕對(duì)值的平方），與在該點(diǎn)找到的粒子的幾率成正比，所以描述粒子的波是幾率波。按照這種解釋，物質(zhì)波也可以稱為幾率波，這樣就統(tǒng)一了波粒二象性，玻恩的解釋得到了物理學(xué)界多數(shù)人的公認(rèn)。二、建立相對(duì)論和量子力學(xué)理論研究方法的比較首先，他們都運(yùn)用了理想實(shí)驗(yàn)的方法。科學(xué)研究離不開想象，尤其是當(dāng)代科學(xué)研究越來越抽象時(shí)，想象方法越加顯得重要，幾乎可以說缺乏想象能力的人，不可能在科學(xué)前沿有所突破。20世紀(jì)物理學(xué)的兩次革命無一例外的運(yùn)用了理想實(shí)驗(yàn)的方法，科學(xué)家都是在思想中塑造理想模型在純化的條件下的運(yùn)動(dòng)過程，進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理，從而可以更本質(zhì)、更生動(dòng)地演繹出客體的規(guī)律。愛因斯坦注重科學(xué)想象方法，他說過“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，并且是知識(shí)進(jìn)化的源泉。嚴(yán)格地說，想象力是科學(xué)研究中的實(shí)在因素?！薄?】確實(shí)如此，不管是狹義相對(duì)論還是廣義相對(duì)論，幾乎都難以與經(jīng)驗(yàn)印驗(yàn)起來，如果沒有科學(xué)想象方法的運(yùn)用，簡(jiǎn)直難以進(jìn)行研究。因此科學(xué)想象方法再一切現(xiàn)代科學(xué)的高深研究中越來越不可缺少，成了“實(shí)在性因素”。如愛因斯坦在創(chuàng)立相對(duì)論是曾設(shè)計(jì)過人以光速跟著光線運(yùn)行的理想實(shí)驗(yàn)，在高速運(yùn)動(dòng)的列車上觀察閃電的理想實(shí)驗(yàn)和自由下落的升降機(jī)的理想實(shí)驗(yàn)，這些實(shí)驗(yàn)都富有創(chuàng)造性的想象力和大膽的猜測(cè)，包含著機(jī)敏的直覺和精巧的設(shè)計(jì)。正是以這些理想實(shí)驗(yàn)為前提，才邏輯的演繹出尺縮效應(yīng)，質(zhì)量等效等結(jié)論。而在量子力學(xué)的研究中，也較多的運(yùn)用了想象的方法，如玻爾。作為一個(gè)偉大的科學(xué)家，玻爾對(duì)于想象方法的運(yùn)用達(dá)到了完美的境地，如其原子模型提出過程中的大膽想象，既如和愛因斯坦圍繞著互補(bǔ)原理而展開的論戰(zhàn)，也可以說時(shí)兩位科學(xué)家想象方法能力的較量。再如，“光子箱”理想實(shí)驗(yàn)的提出和反駁，是玻爾運(yùn)用理想實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牡湫痛?，這也是他和愛因斯坦的研究中使用相同方法的一面。其次，愛因斯坦注重演繹法而玻爾等人注重綜合歸納法。愛因斯坦說：“適用于科學(xué)幼年時(shí)代的以歸納為主的方法，正在讓位給探索性的演繹法?！薄?】這確實(shí)點(diǎn)出了現(xiàn)代方法論的一個(gè)特點(diǎn)。歸納法之所以倍受近代科學(xué)家和哲學(xué)家們的青睞，是因?yàn)榻茖W(xué)主要的研究范圍是經(jīng)驗(yàn)世界，而歸納法必須依據(jù)大量的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)來完成，當(dāng)科學(xué)研究越來越抽象而原理直接的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)以后，歸納法的使用便受到了極大地限制。追蹤玻爾等人的研究歷程，可以發(fā)現(xiàn)他們大量的運(yùn)用了綜合的方法。在“玻爾模型”提出之前，盧瑟福、普朗克和愛因斯坦等科學(xué)家已經(jīng)積累了大量的有關(guān)微觀粒子研究的材料，誰的綜合能力強(qiáng)，誰就可以站在微觀粒子研究的前列。而事實(shí)上，玻爾正是以自己高超的綜合思維能力，在大量的光譜數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式，特別是巴耳末公式的基礎(chǔ)上創(chuàng)立了新的原子模型。玻爾的理論表述都帶有自己的綜合思維的特點(diǎn)。他的理論實(shí)質(zhì)是以經(jīng)典物理為基礎(chǔ)，在加上一些量子化的限制，舊的和新的物理觀念好像在他那里找到了和諧的處所；再者，此外海森堡等人也大量的運(yùn)用了綜合的方法；互補(bǔ)原理則是玻爾在綜合自己的思想與海森堡的測(cè)不準(zhǔn)原理而提出來的；第三，愛因斯坦和玻爾等人對(duì)數(shù)學(xué)方法的運(yùn)用次序是不同的。愛因斯坦注重?cái)?shù)學(xué)的方法，如果他不注重?cái)?shù)學(xué)方法的運(yùn)用，他的任何一項(xiàng)科學(xué)研究都將擱淺。狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論的成功表述，在于他正確地選擇了數(shù)學(xué)方法，如在等效原理提出后，愛因斯坦曾苦于找不到適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法推進(jìn)研究。為了尋求合理的數(shù)學(xué)形式保持在任意坐標(biāo)下的協(xié)變性，他請(qǐng)教了老同學(xué)蘇黎世工業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)教授格羅斯曼，格羅斯曼向愛因斯坦推薦“絕對(duì)微分學(xué)”。利用“絕對(duì)微分學(xué)”，愛因斯坦便嘗試著建立起一個(gè)滿足在任意坐標(biāo)變換下的引力場(chǎng)方程。他說：“在物理學(xué)中，通向更深入的基本知識(shí)的道路是同最精密的數(shù)學(xué)方法聯(lián)系著的?！薄?】相應(yīng)的，在量子力學(xué)的建立過程中，也廣泛地運(yùn)用了數(shù)學(xué)方法，但是它具有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，即它的數(shù)學(xué)形式建立在前，物理理論及圖景的解釋的“澄清”在后。而廣義相對(duì)論的建立時(shí)運(yùn)用的數(shù)學(xué)方法，就十分不同，它是對(duì)其物理圖像的推測(cè)在前，數(shù)學(xué)形式體系建立在后，即先有彎曲時(shí)空的概念，后有借助于黎曼幾何而建立的愛因斯坦引力場(chǎng)方程。量子力學(xué)與之相反是因?yàn)椤安ê瘮?shù)及其所滿足的薛定諤方程并不是對(duì)微觀客體自在狀態(tài)及其變化狀況的直接表述，而顯示原子和亞原子現(xiàn)象的依然是宏觀儀器。用宏觀儀器觀測(cè)原子和亞原子現(xiàn)象，其結(jié)果依然要借用經(jīng)典物理概念來加以描繪。微觀體系服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，乃在宏觀量上反映的便是海森堡不確定性原理及其測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系式，對(duì)于波函數(shù)則賦予玻恩幾率波解答。”【5】最后，愛因斯坦無疑是個(gè)人研究；而量子力學(xué)的研究則是科學(xué)家群體的工作。愛因斯坦從事的是個(gè)人研究，是在個(gè)人的強(qiáng)烈的興趣的支撐下從事的科學(xué)研究；而量子力學(xué)的建立和發(fā)展是與一個(gè)科學(xué)家群體的努力分不開的，尤其是哥本哈根學(xué)派的努力。這也說明現(xiàn)代的科學(xué)研究單憑一個(gè)人就獲得巨大成就是非常不易的，現(xiàn)代的科學(xué)研究已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)大科學(xué)的時(shí)代，科學(xué)研究變成了科學(xué)家群體的活動(dòng)。三、相對(duì)論和量子力學(xué)建立和研究方法對(duì)未來的影響20世紀(jì)物理學(xué)革命成功地推翻了經(jīng)典物理學(xué)的統(tǒng)治地位，建立起兩大劃時(shí)代的理論：相對(duì)論和量子論，從而也開辟了一個(gè)新的時(shí)代，對(duì)于未來科學(xué)的發(fā)展具有重要的影響。首先是愛因斯坦的相對(duì)論，“廣義相對(duì)論建立了完善的引力理論，而引力理論主要涉及的是天體。到現(xiàn)在，相對(duì)論宇宙學(xué)進(jìn)一步發(fā)展，而引力波物理、致密天體物理和黑洞物理這些屬于相對(duì)論天體物理學(xué)的分支學(xué)科都有一定的進(jìn)展，吸引了許多科學(xué)家進(jìn)行研究?！薄?】可以說沒有愛因斯坦的廣義相對(duì)論，就沒有現(xiàn)代宇宙學(xué)。其次是量子力學(xué)的建立和發(fā)展，是繼相對(duì)論之后對(duì)古典物理學(xué)的又一次嚴(yán)重的打擊，它對(duì)物理學(xué)乃至整個(gè)自然科學(xué)所產(chǎn)生的沖擊比相對(duì)論更為猛烈，它使得人類對(duì)自然界的認(rèn)識(shí)由宏觀領(lǐng)域深入到微觀領(lǐng)域。相對(duì)論提供了新的時(shí)空觀，而量子力學(xué)則向人們提供了一種新