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我们已经考察了物理学的重要发展——它的各个分支，尤其是它的基础的重要发展。在本世纪中，经典物理学经受了三次革命。狭义相对论揭示了光速的有限性，抛弃了绝对时间的概念并在诸如惯性系之间的对称性这样的基本原理基础上建立了一个理论。这一理论由此而使麦克斯韦电磁理论摆脱了不可观察的和不必要的以太。广义相对论（和引力理论）由于摆脱了狭义相对论所受惯性系的限制而进一步向前发展，并改变了物理学家承袭下来的不加怀疑地接受的欧几里得空间和牛顿的引力理论。量子力学，至少按互补性观点，由像波—粒概念、不确定性原理这样的二难推理，进而认识到我们基本概念的本质（凭借它们的宏观起源）并用数学量代替了不可观察的轨道，等等。在从早期的粒子概念发展到场论的过程中，在处理“场”和“相互作用”时，理论借助于对称性原理和数学（群论）形式取代了素朴的形象化方法。这就是现代物理学的进展。
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相对论和量子力学已被普遍地承认是物理学的两块基石。然而却一直未能成功地使两者统一起来。泡利认为，广义相对论和量子力学之间的清晰联系迄今亦非近在眼前（1956 年）。甚至狭义相对论与量子力学之间，也依然存在着隔阂。这可以从以下的基本情况中看到。
在狭义相对论中，空间和时间形成一个四维的世界，以致在洛伦兹变换中，x，y，z，t 在它们各自的意义上是“同步的”。但在量子力学中， 虽然 p 和 q 被赋予了非经典的作用（算符和对易关系），而时间 t 则仍保留它的经典意义，而且在经典动力学中是规范共轭偶的 t 和 E 之间不存在对易关系。这就是说，对于 t 没有满足下列关系的算符
Et − tE = −
h
2πi
这是狭义相对论提示出来的。这个情况为泡利于 1933 年所指出。
- 在前面的章节中我们已经概述了爱因斯坦对待量子力学和对待物理理论的哲学。我们必定已经注意到，他的哲学在 20 年代晚期以后与他年轻时代相比已有了改变，他在年轻时代，“创造”并“发展”了相对论和量子论。然而在一个层面上，他依然没有改变，这就是，他经常十分强调不可能存在一种“归纳的理论”；一切物理理论必定建立在某些原理， 因而是演绎的基础上。就此而论，他并不是说基本原理就不可能由经验体验所提示，因为无疑，最初表述的热力学定律不可能都是不涉及经验体验的纯思维的结果。
事实上，量子力学是一种演绎的理论；它体现了很多爱因斯坦早期的精神，可是它却变得不被爱因斯坦所采纳了。
- 在物理学发展史上，人们看到，实验发现和研究与理论探索是互补的，它们共同或交替促成了物理学的进步。有的时候，是某些实验发现导致了理论工作的巨大发展，而有的时候，则是某项理论工作导致了重要的实验结果。李政道（1987 年）表述了物理学家的两个定律：
第一定律：没有实验家，理论家趋于浮泛。第二定律：没有理论家，实验家趋于摇摆。
在下面的表中，箭头表示“导致”。此表显示物理学中实验发展与理论发展之间的双向因果关系。
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孤立波的观察 （罗素， 1842 年） 气体电导；电子的发现（ 19 世 |
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孤立子理论 （ 19 世纪 90 年代； 1960 年-） 原子结构理论 |
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纪 90 年代； 1896 年） 黑体辐射的光谱分布（ 19 世纪 |
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普朗克量子论（ 1900 年） |
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90 年代） |
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黑体辐射的光谱分布 （ 19 世纪 90 年代） 黑体辐射的光谱分布 （ 19 世纪 90 年代） 迈克尔孙-莫雷实验； 菲佐实验（ 1851 年）； 特劳顿实验（ 1902 年）； |
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爱因斯坦光子理论 （ 1905 年） 玻色统计（ 1924 年） 洛伦兹变换（ 1902-1903 ） |
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诺布尔实验（ 1903 年）； 布喇德雷实验（ 1729 年）；爱里实验（ 1871 |
↓ 爱因斯坦狭义相对论 |
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年） |
（ 1905 年） |
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光电效应 （密立根， 1916 年） 康普顿效应（ 1923 年） 低温下固体的比热 |
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爱因斯坦光子理论 （ 1905 年） 爱因斯坦光子理论（ 1905 年） 爱因斯坦理论（ 1907 年） |
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——现代固体理论的开端 |
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卢瑟福α粒子散射实验 （ 1911 年） |
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玻尔的氢原子理论 （ 1913 年） |
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氢光谱的巴耳末系 （ 1885 年 ） 弗兰克-赫兹实验 |
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玻尔的氢原子理论 |
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（ 1914 年 ） 施特恩-革拉赫实验 （ 1921 年） H α线的精细结构 （ 1920 年） |
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（ 1913 年） 玻尔理论与索末菲的修正 玻尔理论与索末菲的修正 |
↓ 兰姆-雷瑟福移位 |
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量子电动力学 |
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（ 1947 年） |
（ 1946 年—） |
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放射性元素 （ 20 世纪 10 年代）； 莫塞莱实验（ 1913 年）； |
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同位素概念 |
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J.J.汤姆孙极隧射线实验 （ 1914 年） |
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佩兰实验 （ 20 世纪 10 年代）； |
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爱因斯坦的布朗运动理论 （ 1905 年） |
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确立物质由原子构成 |
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超导电性（ 1914 年） |
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B-C-S 理论（ 1957 年） |
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惯性质量和引力质量 〔牛顿；厄缶（ 1890 年）； 迪克（ 1961 年）〕 |
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爱因斯坦等效原理 （ 1907 年） |
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恒星光的偏转（日食观察）， 1919 年和随后的日食 |
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爱因斯坦广义相对论和 引力理论（ 1915-1916 年） |
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水星近日点的进动 （ 19 世纪资料） |
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爱因斯坦广义相对论和 引力理论（ 1915-1916 年） |
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由穆斯堡尔效应测 出的光谱线的 引力红移（ 1960 年） 哈勃红移（ 1930 年） |
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爱因斯坦广义相对论和 引力理论（ 1915-1916 年） 爱因斯坦广义相对论和理论（ 1915-1916 年） |
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尝试观察引力波 （ J.韦伯， 20 世 （纪 60 年代初） |
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爱因斯坦广义相对论和 引力理论（ 1915-1916 年） |
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自 20 世纪 60 年 |
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↓ 黑洞理论（ 1967 年） |
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代开始的观测 微波激射（ 1954 年） |
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爱因斯坦受激辐射理论 |
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激光（ 1960 年） 恒星光谱（ 20 世纪初） |
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（ 1917 年） 萨哈星体表面条件理论 （ 1922 — 1923 年） |
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元素周期表 |
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泡利不相容原理 （ 1925 年） |
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原子光谱，反常塞曼 |
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电子自旋（ 1925 年） |
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效应（ 20 世纪 20 年代） 原子光谱 |
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海森伯矩阵力学（ 1925 年） |
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电子衍射实验（戴维 孙-革末， 1927 年， G.P.汤姆孙， 1928 年） |
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德布罗意物质波理论 （ 1924 年） |
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↓ 薛定谔波动力学（ 1926 年） |
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↓ 概率诠释（ 1926 年） |
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↓ |
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海森伯不确定性 关系（ 1927 年） |
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↓ 玻尔互补原理（ 1927 年） |
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↓ |
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原子光谱和结构，分子 光谱和结构（ 20 世纪 20 |
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作为完备体系的量子力学 |
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年代-40 年代） |
（ 1927 年） |
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核子—核子散射实验 （ 100 兆电子伏能量， |
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↓ 介子理论和核子—核子相互作用理论 |
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20 世纪 40 — 50 年代） |
（ 20 世纪 40 年代） |
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核相互作用实验 （ 20 世纪 30 年代） |
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恒星内部的能量 生成理论（ 1937 年） |
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核裂变（ 1938 年） |
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裂变理论（ 1939 年） |
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裂变链式实验 （ 1941 — 1944 年），核能 |
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裂变理论（ 1939 年） |
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（自 40 年代晚期起） |
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原子束实验（拉 比等， 40 年代早期） |
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氘结构理论 （中子—质子相互作用） |
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兰姆—雷瑟福移位 （ 1947 年） 回磁比 g （库什， 1947 年） |
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量子电动力学重正化理论 （ 40 年代， 50 年代） |
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半导体（ 50 年代） |
→ |
固体量子力学 |
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核内的幻数 |
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核壳层模型（ 50 年代） |
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核光谱学（ 50 年代后期） |
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玻尔—莫特森 核模型（ 50 年代） |
