物理学的起源
始于古希腊的自然哲学，在经过了阿拉伯科学的发展后，逐渐演变成为物理学。
人类自诞生起，就对各种各样的自然现象表现出了极为浓厚的兴趣。古时，人们将这些自然现象与神和未知的世界联系在一起，产生了神话和宗教。而最先开始摆脱神话世界的束缚，试图对自然现象进行理性解答的则依然是古希腊的哲学家们。
首先是出生于爱奥尼亚的泰勒斯，泰勒斯是首个试图从自然本身出发寻找自然现象原因的人。由于泰勒斯和他的后继者们长期活动于米利都城邦（现位于土耳其境内的地中海沿岸），因此以泰勒斯为代表的学派称为“米利都学派”。
泰勒斯通过对自然现象的观察，认为水是万物的物质性本原，这种对于万物之源（始基）的探究，成为了其后希腊哲学家们研究的一大课题。主张“万物流变”的赫拉克利特将火视为万物的本原，恩培多克勒则主张世间万物都是由水、气、火、土四种元素组成的。此外，德谟克利特认为宇宙间的一切物质都是由极小的不可再分的“原子（atom）”构成的。
亚里士多德对自米利都学派以来的所有科学知识进行了体系化的整理和归纳，将其分为理论科学和实践科学两种不同类别。理论科学包括神学、数学、自然哲学；实践科学包括政治学和伦理学。这里的自然哲学就是我们现在所说的物理学。自然哲学写作“physics”，也就是后来的物理学（physics）的语源。
始于古希腊的自然哲学，在埃及的亚历山大地区实现了飞跃性的发展，其后经过了罗马时代，在阿拉伯得到了进一步的继承。阿拉伯科学对后世产生了极为深远的影响，“代数学（algebra）”和“十进制计数法（algorithm）”的语源都是阿拉伯语。自然哲学在经过了阿拉伯人的继承和发展后，又重新回到了中世纪的欧洲，中世纪的自然哲学所面临的最大课题是如何使亚里士多德的自然哲学体系适应基督教的发展。
从某种意义上而言，重新摆脱了宗教的束缚，再次回到自然本身解释自然的是哥白尼所提出的“日心说”。然而，在哥白尼逝世后出版的《天体运行论》中，却有一篇神学家奥西安德所写的序言，该序言称“日心说”只是一种假说，天文学仅仅是一种观察和计算的工具。
物理学的确立
经典物理学的确立与成熟
麦克斯韦经典电磁学的建立，标志着始于牛顿的经典物理学体系的成熟。
16世纪下半叶，一部分天文学家开始将天文学作为自然哲学进行研究，代表人物是约翰尼斯·开普勒。开普勒曾担任过宫廷天文学家布拉赫的助手，他根据布拉赫的观测资料，发现火星是沿椭圆轨道运行的，提出了具有划时代意义的“行星运动定律”。
实际上，以帕拉塞尔苏为典型代表，16世纪既是一个科学思想萌芽的时代，也是一个炼金术等魔术性自然观繁荣的时代。进入17世纪，出现了一种基于新的动力学理论的科学体系，它既不同于魔术性自然观，也不同于亚里士多德的自然哲学。其中最具代表性的人物是伽利略奥·伽利略和哲学家笛卡尔。
伽利略在比萨大学和帕多瓦大学任教的同时，潜心于研究和实验，发现了摆的等时性规律，并于1604年左右，提出了物体下落的距离与时间的平方成正比的“自由落体定律”。提倡机械论自然观的笛卡尔在其自然科学著作《论世界》中提出了“惯性定律”，认为物体在不受阻力作用的情况下，将永远保持匀速直线运动。
艾萨克·牛顿将哥白尼的“日心说”，开普勒的“行星运动定律”，伽利略的“自由落体定律”，笛卡尔的“惯性定律”等前人的研究成果相综合，建立起了近代科学的基础理论体系。其著作《自然哲学的数学原理》阐述了运动力学重力理论、万有引力法则、流体力学以及太阳系行星的运动等理论，建立起了几近完备的宇宙学理论体系，成为了之后物理学发展的理论基础。
进入19世纪，牛顿的万有引力所不能解释的热、光、电、磁性等领域开始受到了人们的关注。皮埃尔-西蒙·拉普拉斯和他的弟子们试图运用数学理论解释这些领域的物理现象，拉普拉斯将构成自然界的物质分为两类进行研究，一类是具有质量且具有引力和排斥力的“可称量物”，一类是不具有质量的“不可称量物”。
此后，在安培的电磁现象的数学理论和法拉第的“场论”的基础上，麦克斯韦揭示了电、磁和光的统一性，光的电磁理论。这是物理学发展的又一里程碑，标志着始于牛顿的经典物理学体系终于走向了成熟。
物理学的发展历程
20世纪的物理学
量子力学拉开了20世纪物理学的序幕，宇宙诞生之谜成为当今物理学研究的主题。
在20世纪初，一篇论文的出现使得物理学界发生了翻天覆地的变化，即马克斯·普朗克于1900年12月发表的有关光谱辐射能量的论文，这篇论文的发表标志着20世纪最具代表性的物理学理论——量子力学的诞生。
普朗克所研究的是为什么金属等物质在加热后会发光，以及为什么随着温度的升高它们的颜色会发生变化。对于这种司空见惯的现象，即使是能够体系化地解释宇宙法则的经典物理学，也无法给出明确的答案。
根据普朗克之前的物理学家们的解释，当对金属进行加热时，会刺激原子中的电子，进而释放出连续性的能量。但是这种理论并不能够说明为什么随着温度的升高，金属会出现由橙黄色转变为黄色或黄白色等颜色上的变化。
普朗克突破了传统的能量连续性原理，认为能量的辐射具有不连续性，是一种跳跃式的变化，也就是说它具有最小的能量单元。普朗克将这种最小的能量单元称为“量子”，提出了表征微观现象量子特征的普朗克常数。爱因斯坦则进一步继承了普朗克的理论，提出了光的量子概念，并揭示了光的波粒二象性。
在普朗克提出了量子力学这一概念仅十余年后，尼尔斯·玻尔于1913年综合了巴尔末公式、卢瑟福原子模型以及普朗克和爱因斯坦等人的量子相关论点后，建立了氢原子结构和光谱的初步理论，促进了量子力学的日臻完善。
将经典力学与量子理论相结合的玻尔的原子理论，得到了当时众多物理学家的追随，涌现出了一大批优秀的量子力学家，其中包括德布罗意和薛定谔等人。德布罗意提出了“物质波”的概念，主张不只是电子，任何物质都具有波动性。薛定谔则进一步建立了物质波的运动方程。
进入20世纪30年代，随着中子、正电子、介子等新的基本粒子不断被发现，物理学研究开始转向了原子核和基本粒子等微观世界。而对微观世界的探索同时也是揭开宇宙诞生之谜的关键所在。
20世纪下半叶，随着观测设备和实验设备技术的提高，宇宙学和基本粒子物理学得到了突飞猛进的发展。对于试图建立起“大一统理论”以系统地解释所有宇宙现象的物理学家们而言，基本粒子的“标准模型”是目前最成功的理论体系。2012年，回旋加速器实验证实了标准模型中的希格斯粒子的存在，物理学家们期待这一新的发现能为阐明比利时宇宙学家勒梅特所提出后经俄国物理学家乔治·伽莫夫所完善的“宇宙大爆炸论”做出贡献。
物理学门类
入门者须知
经典物理学
由牛顿所创立的，到麦克斯韦时期趋于完善的各个物理学分支的统称。现代物理学所研究的一般都是微观世界，而经典物理学的研究对象则是人们能够直接感受到的物理现象，也就是宏观世界。经典物理学的基础包括牛顿力学和麦克斯韦的电磁学。
牛顿力学
解释物体运动和所受力之间关系的理论体系。牛顿力学（经典力学）可以解释所有宏观物体的运动，但不适用于解释分子和原子等微观粒子的运动。
万有引力
自然界中的任何两个物体之间都存在着一种相互吸引的力，它与物体间距离的平方成反比，这种力就是万有引力。虽然世人多以为牛顿是因看到苹果从树上坠落而发现的万有引力，但根据近年来学者们对牛顿相关传记的研究，万有引力实际上是牛顿在研究炼金术的时候偶然得到的启发。
量子力学
量子力学可以解释经典力学所无法解释的微观世界的运动规律。例如，电子和光等微观粒子同时具有波粒二象性，他们的运动不能用宏观物体的运动规律来描述，而普朗克所提出的量子论则能够成功地解释这些新的物理现象。在原子物理学和化学领域，量子力学也同样有着举足轻重的地位。
相对论
爱因斯坦所提出的一种物理学理论，包括“狭义相对论”和“广义相对论”。狭义相对论建立于1905年，应用于静止或匀速直线运动。广义相对论建立于1915年，适用范围广到加速运动系统。
电磁学
研究电磁现象基本规律的物理学分支学科。麦克斯韦系统地总结了前人对电磁现象的研究成果（库仑定律、安培定律、电磁诱导原理等），提出了电磁场的基本微分方程组，并预言了电磁波的存在，从而宣告了电磁场理论体系的建成。
流体力学
力学中研究流体和流体中的物体运动规律的学科。流体力学广泛应用于航海和造船领域，流体不仅仅指的是液体，也包括气体。
应用于航空和汽车领域的空气动力学（aerodynamics）是流体力学的分支学科。
热力学
研究与热现象有关的能量转换规律及其对物质性质影响的学科。热力学并不考虑物质的微观结构和运动，而是以人类经长期观察或实验总结出的原理和定律为基础，演绎和推论出一切对宏观物质均适用的普遍性理论。
热力学的研究对象称为热力学体系，所有气体、液体、固体等宏观热现象均受到热力学第一与第二定律的支配。热力学第一定律指出能量在相互转换时，全部能量的总和是恒定的，该定律是能量守恒与转化定律在热力学中的一种表述形式，无论对于微观还是宏观物质世界均可适用。热力学第二定律只能用于宏观世界，又称为“熵增加原理”，第二定律认为在宏观物质世界，除了能量外还存在一种名为“熵”的物理量，在一个孤立系统中的熵永远不会减少。
原子物理学
研究原子、分子等物质微观结构的物理学分支学科。物质是由分子和原子组成的，原子是由原子核和电子组成的，原子核则是由质子和中子组成的，而质子和中子一般认为是由夸克组成的。这种将物质的结构不断地向更为微观的领域研究的学科就是原子物理学。
物性物理学
物性物理学①是从“物质的原子构造”开始探究固体、液体、气体等物质的性质。物性物理学依据原子核与电子的电气引力、斥力来说明物质的性质。它的技术应用范围很广，例如超电导、晶体管、激光等。
基本粒子物理学
研究比原子核更深一层次物质存在形式的规律、特性和粒子之间相互作用的学科。基本粒子的概念随着时代的发展而改变，目前物理学界一般认为基本粒子包括夸克、轻子、玻色子三大类。使用一种名为“高能加速器”的设备，可以让质子与其反粒子相碰撞，人工构成粒子。通过这种方法，人们又不断发现了许多新的粒子。
顶夸克
夸克是组成物质的最小粒子。一般认为至少有6种类型的夸克，拥有世界上最大的加速器的美国费米实验室，于1995年证实了夸克家族最后一个被发现的成员——顶夸克的存在。
宇宙物理学
从物理学的角度研究宇宙中的各种现象的学科，又称天体物理学。直到19世纪末期，天文学的主流始终是天体力学，然而进入20世纪，随着量子力学的诞生，宇宙物理学实现了突飞猛进的发展。宇宙物理学通过观测相关电磁波，可获得天体的各种物理参数，进而根据这些参数研究构成宇宙的物质结构以及宇宙诞生之谜。
光速
光在真空中以相同的速度沿直线传播，其传播速度不受波长、亮度、光源速度的影响。例如，从移动光源发出的光,根据方向的不同,波长和频率都会有所不同，但是传播速度却是一样的。即使是经过了镜子的反射，波长和频率发生变化，传播速度也依然不变。光速的这一特性称为“光速不变原理”。光在真空中的传播速度无论在任何情况下都约为300000km/s（相当于地球赤道周长的7.5倍）。
场论
早期的量子力学主要包括海森堡的矩阵力学和薛定谔波动力学。根据薛定谔在物质波理论基础上提出的薛定谔方程，电子是一团电荷分布的“波包”即电子云，但实际观察中的电子通常都被当作是一种质点。此外，运用量子理论描述光的自发辐射和吸收时，将光作为质点的研究方法并不理想。因此，英国理论物理学家狄拉克在麦克斯韦的电磁场方程的基础上，对场进行了量子化处理，开创了量子场论。
希格斯粒子
希格斯粒子是英国物理学家彼得·希格斯于1964年提出的，这种粒子是充斥于整个宇宙空间的一种粒子。在温伯格-萨拉姆理论所预言的包含夸克和轻子在内的17种粒子中，唯独希格斯粒子始终未能在试验中被发现。直到2012年，该粒子的存在才首次得到证实。希格斯粒子的重要功能是在宇宙创生之初，为构成宇宙的所有物质提供质量。
宇宙的最终归宿
20世纪初，宇宙学的主流学说是“稳恒态宇宙论”，该学说认为“宇宙永远处于稳恒的状态”，然而进入20世纪20年代，哈勃发现了宇宙不断膨胀的现象，由此，宇宙的起源与归宿问题开始引发了人们的热议。在宇宙的起源问题上，大部分学者都认同“大爆炸假说”。然而关于宇宙的最终归宿问题，除了之前提到的“稳恒态宇宙论”外，还存在两种观点。一种观点认为宇宙将会在某个时刻停止膨胀，转为收缩，并最终走向灭亡；另一种观点则认为宇宙最终将达到平衡状态，届时一切运动都将停止，宇宙会进入一种死寂的永恒状态。
① 日本物理学界特有的术语——译者注
