物理可以簡單的被定義為是研究物質(zhì)和能量的一門科學(xué),。但是這個(gè)簡單的定義其實(shí)包含了許多的不同的分支,。

為了幫助大家更好的了解物理學(xué)的不同領(lǐng)域，Dominic Walliman制作了下面這張物理學(xué)地圖：

物理學(xué)可以大致被分為三個(gè)分支：經(jīng)典物理學(xué),、相對(duì)論和量子力學(xué),。

我們從經(jīng)典物理學(xué)開始說起。

而這里首先要提到的人物便是牛頓,。他的運(yùn)動(dòng)定律描述了萬物是如何運(yùn)動(dòng)的,。他的萬有引力定律把行星的運(yùn)動(dòng)和落在地球的物體優(yōu)美的聯(lián)系在一起。

他也發(fā)明了微積分,，是一個(gè)強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具,，在物理學(xué)的各個(gè)分支都運(yùn)用到了微積分。雖然微積分是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支,，但是數(shù)學(xué)對(duì)物理的重要性卻是不言而喻的,。

牛頓還在光學(xué)領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)。光學(xué)主要研究光的現(xiàn)象,、性質(zhì)與應(yīng)用,。它解釋了在棱鏡中看到的折射，以及透鏡是如何聚焦光線的,，這對(duì)于望遠(yuǎn)鏡,、顯微鏡和照相機(jī)的制作都很重要。

望遠(yuǎn)鏡的發(fā)明使我們能夠更加深入的去探索宇宙,，觀測(cè)在宇宙中不同的天體,。這促使了宇宙學(xué)和天體物理學(xué)的誕生。

光學(xué)跟波是緊密相連的,，波理論研究的是能量如何通過媒介的擾動(dòng)傳播的,，比如池塘表面的漣漪，或通過空氣的聲音,。光不需要通過任何介質(zhì)傳播,，它可以在真空中傳播，但也同樣服從反射、折射和衍射的原理,。這引導(dǎo)我們進(jìn)入電磁學(xué),。

電磁學(xué)主要研究電磁力，或者說是研究磁場(chǎng)和電場(chǎng)的一個(gè)學(xué)科,。麥克斯韋對(duì)電磁理論的貢獻(xiàn)是里程碑的,，他提出了電磁場(chǎng)的方程組，并發(fā)現(xiàn)了其實(shí)光就是電磁波,。電磁學(xué)描述了所有的電學(xué)現(xiàn)象,。

經(jīng)典力學(xué)，是以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ),。它研究物體是如何運(yùn)動(dòng)的,，當(dāng)它們連接在一起的時(shí)候會(huì)發(fā)生什么，比如在齒輪,、建筑或橋梁,。

流體力學(xué)是研究流體（包括液體、氣體和等離子體）是如何流動(dòng)的科學(xué),。利用流體力學(xué)就可以計(jì)算出飛機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生的升力是多少，以及汽車的空氣動(dòng)力學(xué)是怎么運(yùn)作的,。流體力學(xué)是出了名的難,，因?yàn)樵谖⒂^尺度，分子的運(yùn)動(dòng)是非常復(fù)雜和快速的,。而這就需要混沌理論,。

混沌理論是對(duì)一個(gè)巨大的復(fù)雜系統(tǒng)的描述。初始狀態(tài)非常微小的差異是如何導(dǎo)致最后結(jié)果的巨大不同,。

熱力學(xué)則是研究熱現(xiàn)象中物態(tài)轉(zhuǎn)變和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的學(xué)科,。熱力學(xué)包含了熵的概念，它描述了系統(tǒng)的有序和無序,，以及告訴我們不同能量類型有多有用,。

這些就是經(jīng)典物理學(xué)的全部了，在1900年代,，我們對(duì)宇宙的理解都基于這些物理學(xué)分支,。在那個(gè)時(shí)候物理學(xué)家認(rèn)為宇宙中所有東西的運(yùn)作就像時(shí)鐘，只要你能夠準(zhǔn)確的測(cè)量,，你就能夠預(yù)測(cè)未來,。

但是，并不是所有的問題都得到解決,，物理學(xué)家在實(shí)驗(yàn)/觀測(cè)中看到了一些無法解釋的事情,。比如天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)水星環(huán)繞太陽的軌道有著牛頓力學(xué)無法解釋的擾動(dòng)；同時(shí)，在微觀尺度,，電子和光子也發(fā)生了一些怪異的事情,。物理學(xué)家認(rèn)為這些問題很快就會(huì)得到妥善的解決，而在尋找答案的這個(gè)過程中卻引來了一場(chǎng)革命——相對(duì)論和量子力學(xué)的誕生,。而兩個(gè)學(xué)科的出現(xiàn)也徹底地改變了我們對(duì)宇宙的理解,。

愛因斯坦無疑是史上最偉大的科學(xué)家之一，他提出了狹義和廣義相對(duì)論,。狹義相對(duì)論預(yù)言,，對(duì)于所有的觀測(cè)者，光速都是不變的,。這意味著當(dāng)你運(yùn)動(dòng)的非?？斓臅r(shí)候，奇怪的事情開始發(fā)生了,，比如時(shí)間變慢了,。同時(shí)，愛因斯坦也將能量和質(zhì)量通過著名的方程 E=mc2 聯(lián)系了起來,。

在相對(duì)論中,，愛因斯坦將從前認(rèn)為完全是不同的空間和時(shí)間聯(lián)系在一起，稱為時(shí)空,。根據(jù)廣義相對(duì)論,，引力其實(shí)就是時(shí)空的彎曲。用一句話解釋愛因斯坦的引力理就是：“物質(zhì)告訴時(shí)空如何彎曲,，時(shí)空告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng),。”

相對(duì)論是描述宏觀世界的理論,，而其他物理學(xué)家則忙于理解對(duì)微觀尺度的量子世界進(jìn)行研究,。

原子理論專注于探索原子的本性，原子的結(jié)構(gòu)也逐漸得到了完善,，從一個(gè)帶正負(fù)電的小球（梅子布丁模型）,，到電子繞著原子核運(yùn)動(dòng)（盧瑟福模型），到能量等級(jí)（玻爾模型）,，再到電子云（量子力學(xué)模型）,。

凝聚態(tài)物理是研究固體和液體中的原子在一起的量子行為的學(xué)科，許多現(xiàn)代高科技都依賴它,，比如計(jì)算機(jī),、激光和量子信息等。

核物理研究原子中的原子核的行為,，解釋了輻射,、在核電站中運(yùn)用的核裂變,，以及在太陽中正在進(jìn)行的核聚變。物理學(xué)家希望在不就的將來能夠?qū)⒃诘厍蛏辖ㄔ旌司圩儼l(fā)電站,。

粒子物理學(xué)則是研究更基本的問題,，粒子物理學(xué)家在加速器中尋找構(gòu)成萬物的亞原子粒子，或者一些未發(fā)現(xiàn)的新離子,。目前粒子物理學(xué)中最成功的理論被稱為“標(biāo)準(zhǔn)模型”,。

量子場(chǎng)論是量子力學(xué)和狹義相對(duì)論相結(jié)合的物理理論，被廣泛應(yīng)用在粒子物理學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)中,。這是目前描述宇宙最好的理論,。不幸的是，量子場(chǎng)論并不包括引力,。物理學(xué)家還不知道怎么將量子物理和廣義相對(duì)論結(jié)合,，這就表示我們還有一片未知的鴻溝。

物理學(xué)家希望能夠找到一個(gè)描述所有物理現(xiàn)象的理論,，稱為量子引力,，而量子引力可以幫助我們填補(bǔ)這片鴻溝。已經(jīng)有許物理學(xué)家在這條道路上奮斗,，他們發(fā)展了弦理論,、圈量子引力及其他理論。但是量子引力并不是我們唯一無法理解的,，我們還對(duì)構(gòu)成宇宙95%的暗物質(zhì)和暗能量也是一無所知,。所有已知的物理都只描述了宇宙中的5%，剩下對(duì)我們來說是個(gè)巨大的謎題,。還有許多其它的未解之謎，比如大爆炸,，而超過這個(gè)我們甚至不知道我們不知道什么,。

雖然有許多物理學(xué)家嘲笑哲學(xué)，但是有許多大哲學(xué)問題促使了物理的發(fā)展,。比如真實(shí)的本性是什么,？為什么宇宙會(huì)存在？我們有自由意志嗎,？等等,，這些都是大問題，我們或許有或許永遠(yuǎn)沒有答案,，但沒人任何理由可以阻止我們?nèi)ふ掖鸢浮?/p>

這就是物理學(xué)地圖的全部,。

Walliman 想要傳達(dá)的是關(guān)于物理學(xué)的一個(gè)重要事實(shí)：當(dāng)科學(xué)家解開一個(gè)謎題時(shí)，比如運(yùn)動(dòng)定律或電磁學(xué),，他們的發(fā)現(xiàn)往往是打開了新的謎題,。例如,，經(jīng)典力學(xué)所面臨的問題直接導(dǎo)致了相對(duì)論和量子力學(xué)的誕生。

最后,，記住,，雖然這張地圖顯示了所有的物理學(xué)分支。但這或許僅僅只是一張完整地圖的冰山一角,，還有更大的一部分等待著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn),。