狭义相对论（１９０５年）等４则

1905年，阿尔伯特·爱因斯坦取消了空间和时间，他所做的一切就是将二者统一起来。

我们都知道，根据不同的参照物，物体的移动速度会不同。比如，当我们在高速飞行的飞机上漫步时，相对于地面上的人来说，我们正在以飞机的速度移动。但是，光速却不适合这种理论，无论光来自哪里或者是谁测量它，光的速度永远保持不变。

爱因斯坦不得不抛弃牛顿的绝对空间和时间学说，才能解释清楚这个事实。长度和时间取决于测量它的人。对于你来说，飞速行进的宇航船上的宇航员好似被压扁的生灵，这种现象叫做“罗伦兹收缩”。由于时间膨胀的原因，他们行动异常地缓慢。在宇航船上的人员看来，你同他们一样也被压扁，行动迟缓。狭义相对论中的所有运动都是相对的。没有什么“优先的框架”。

根据狭义相对论，当相对速度达到光的速度，也就是极限速度时，时间膨胀和罗伦兹收缩才能达到极限。物理学家看到加速器里的飞速颗粒每天按照规定的相对速度运行。天文学家看到远处的星系飞速地离我们远去，又好像放慢了速度。

将相对论的观点运用于能量，爱因斯坦发现了他著名的公式E=mc²。公式认为大量的能量隐藏在物质中，相当于物质乘以光的速度的平方。1千克能量足以烧沸1万亿桶水或者毁坏一座城市。

广义相对论(1915年)阿尔伯特·爱因斯坦(1879～1955年)

回避了绝对空间和时间，爱因斯坦得以将宇宙塑造成一个奇异的新形状。根据牛顿重力定律，任何距离都会产生作用力。但是在狭义相对论看来，没有什么物质的速度能够超越光的速度。爱因斯坦想消除这一矛盾说法。1907年，他意识到一个坠落的人不会感觉到自身的重量，加速与重力应该是相等的。1915年，他根据这个想法提出物理学历史上最富有创新性的理论。在广义相对论中，所有空间和时间都呈曲线状，而且包括地球和太阳在内的所有物体都会在空间上留下一个凹痕。当它们在起伏地运行时，我们会发现它们留下的曲线性运动轨迹，这是对地球绕太阳旋转的最好解释。该理论预测光因为重力的原因而弯曲。1919年，阿瑟·爱丁顿宣称由于太阳重力的作用，他看到星星偏离原来的位置。这表明广义相对论已得到科学家和普通大众的认可。

还有比这更加令人震惊的预测当足够的物质非常拥挤的时候，空间将达到其破裂点。一眼无限深的井在空间里构成一个连续的统一体，重力使得宇宙中的一切物质无法逃逸，这就是黑洞。天文学家们认为宇宙里充斥着庞大的怪物，在星系中心有一个巨大的黑洞。新的实验正在寻找其他怪异的结果。巨大的地下探测器在寻找黑洞形成时会产生的重力波以及空间脉冲。广义相对论还可以解释整个宇宙的形态及其进化情况。根据最新测算，爱因斯坦相对论方程中一个简单的常量可以解释扩张的地球为何处于加速状态。

扩张的宇宙(1929年)埃德温·鲍威尔·哈勃(1889～1953年)

1914年，利用安装在帕萨迪那的威尔逊山天文台是上的2，5米虎克望远镜，美国天文学家埃德温·哈勃证实了维斯托·梅尔文·斯里弗所获得的光谱数据，这些数据表明，那些被称为星云的模糊不清的光区，其实是和银河系一样的遥远的星系。哈勃进而将这些星系分为标准螺旋、条形螺旋、椭圆形及不规则形。他起初认为，这些结构图代表着演化的次序，但后来他自己对此也产生了怀疑。今天，我们已经知道的确并非如此。

斯里弗花费数百小时测算来自遥远的模糊的螺旋星云的光谱，朝向光谱红色一端的“多普勒红移”表明，所有的星云离我们都越来越远。1925年，他利用这种”红移”计算出44种辐射速度。最高的速度超过1000千米／秒。斯里弗肯定这种星云位于银河系以外。哈勃花费了大量精力估算它的距离。到1929年，哈勃和同事收集了49片星云(现在称为星系)的数据资料。他惊奇地发现，星系越远，红移速度就越快，也就是说远离的速度越快。这种相对关系表明宇宙在扩张，而且有着确定的起源时间。这些发现与爱因斯坦的广义相对论的预测相吻合。

速度一距离比例后来被称为哈勃常数，也就是宇宙扩张的速度。而距离一速度的比例则为宇宙的年龄，即大爆炸后流逝的时间。令人遗憾的是，哈勃最初估计宇宙的年龄只有几十亿年，甚至比地球还年轻。如今，人们一致的看法是130亿年。

核能(1942年)

奥托·哈恩(1879～1968年)，弗里兹·斯特拉斯曼(1902～1980年)，里斯·迈特纳(1878～1968年奥托·罗伯特·弗里希(1904～1979年)，恩瑞克·费米(1901～1954年)

二战爆发前几个月，物理学家们找到了一种将原子核的能量释放出来的方法。德国科学家奥托·哈恩和弗里兹·斯特拉斯曼用中子轰击铀，结果获得了一些新的原子，看起来是钡——一种比铀轻得多的元素。1939年初，里斯·迈特纳和奥托·弗里希意识到原子核分裂成了两部分。根据他们的测算，这种核裂变释出的能量是巨大的。

然而裂变过程中某种物质逃逸了。物理学家们发现裂变的铀原子核将两三个中子排斥出去。而中子的逃逸又引起其他铀原子的核裂变，导致更多中子的逃逸。在这种连锁反应中，整块整块的铀将内部的能量释放出来。

二战期间，同盟国方面担心希特勒统治下的德国可能会利用核裂变制造出毁灭性武器，因而投入巨大的人力物力，以便抢在德国之前研制成功。1942年12月2日，芝加哥大学的恩瑞克·费米和他的研究小组率先成功地进行了独立的核反应实验。费米设计核反应堆的目的在于获得钚，一种裂变的人造元素。第一颗原子弹所用的主要原料就是钚，1945年7月16日在新墨西哥的特里尼蒂试爆成功，爆炸当量为18000吨TNT。而后来的两颗，即“小男孩”和“大胖子”，在同年8月份被分别投在了广岛和长崎，夺去了几十万人的生命。如今全球电力供应大约有1／5来自核裂变反应堆。