ประวัติศาสตร์ฟิสิกส์

ประวัติศาสตร์ของฟิสิกส์คือ การศึกษาการเติบโตของฟิสิกส์ไม่ได้นำมาเพียงแค่การเปลี่ยนแปลงแนวคิดพื้นฐานเกี่ยวกับโลกแห่งวัตถุคณิตศาสตร์และปรัชญาเท่านั้น แต่ยังเกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีและการเปลี่ยนรูปแบบของสังคมฟิสิกส์ถูกพิจารณาในแง่ของทั้งตัวเนื้อความรู้และการปฏิบัติที่สร้างและส่งผ่านความรู้ดังกล่าวการปฏิวัติวิทยาศาสตร์ซึ่งเริ่มต้นประมาณปีค.ศ. 1600เป็นขอบเขตง่าย ๆ ระหว่างแนวคิดโบราณกับฟิสิกส์คลาสสิก ในปีค.ศ. 1900จึงเป็นจุดเริ่มต้นของฟิสิกส์ยุคใหม่ ทุกวันนี้วิทยาศาสตร์ยังไม่มีอะไรแสดงถึงจุดสมบูรณ์ เพราะการค้นพบที่มากขึ้นนำมาซึ่งคำถามที่เกิดขึ้นจากอายุของเอกภพไปถึงธรรมชาติของสุญญากาศและธรรมชาติในที่สุดของสมบัติของอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมทฤษฎีบางส่วนเป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่ฟิสิกส์ได้เสนอในปัจจุบันนี้ อย่างไรก็ตามรายนามของปัญหาที่ยังแก้ไม่ได้ของฟิสิกส์ก็ยังคงมีมากอยู่
ตั้งแต่แรกช่วงเวลาของประวัติศาสตร์ผู้คนพยายามเข้าใจพฤติกรรมของสสาร: ทำไมวัตถุจึงตกลงสู่พื้น ทำไมวัสดุต่างกันจึงมีสมบัติต่างกัน และอื่น ๆ เช่นเดียวกับปริศนาเกี่ยวกับลักษณะของเอกภพเช่น รูปแบบของโลกและพฤติกรรมของเทหวัตถุบนท้องฟ้า เช่นดวงอาทิตย์และดวงจันทร์พฤติกรรมและธรรมชาติของโลกมักถูกอธิบายเป็นแบบฉบับว่าเกิดจากการก่อกำเนิดการกระทำของพระเจ้าในที่สุดแล้วการอธิบายธรรมชาติในทางทฤษฎีถูกสร้างขึ้นมาจากการพิจารณาคำถาม เกือบทั้งหมดผิด แต่นี่เป็นส่วนหนึ่งของธรรมชาติในความกล้าได้กล้าเสียของการอธิบายอย่างเป็นระบบ และแม้กระทั่งทฤษฎียุคใหม่ เช่นกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพยังถูกพิจารณาเป็นเพียง "ทฤษฎีที่ยังไม่มีใครโค่นล้ม" เท่านั้น ทฤษฎีทางกายภาพในยุคโบราณถูกชี้นำไปในทางปรัชญาและน้อยครั้งที่จะมีการตรวจสอบด้วยการทดสอบทดลองอย่างเป็นระบบ
การปฏิวัติวิทยาศาสตร์ซึ่งเริ่มต้นจากปลายคริสต์ศตวรรษที่ 16สามารถมองเป็นการแบ่งบานของยุคเรเนสซองซ์ และหนทางสู่อารยธรรมยุคใหม่ ส่วนหนึ่งของความรู้เหล่านี้มาจากการค้นพบใหม่จากองค์ประกอบของวัฒนธรรมกรีก อินเดีย จีนและอิสลามซึ่งรักษาและพัฒนาต่อมาโดยโลกอิสลามจากคริสตรวรรษที่8ถึง15และแปลโดยพระชาวคริสต์เป็นภาษาละติน เช่นAlmagest
การพัฒนาเริ่มด้วยนักวิจัยเพียงส่วนน้อย ซึ่งเกี่ยวพันกันความกล้าได้กล้าเสียซึ่งยังต่อเนื่องมาจนถึงปัจจุบัน เริ่มต้นด้วยดาราศาสตร์ หลักการทางปรัชญาธรรมชาติได้ตกผลึกเป็นกฎทางฟิสิกส์พื้นฐานซึ่งรวบรวมและพัฒนาในศตวรรษแห่งความสำเร็จ ในคริสต์ศตวรรษที่ 19 วิทยาศาสตร์ได้แบ่งเป็นหลายสาขาโดยนักวิจัยเฉพาะทาง และสาขาทางฟิสิกส์ ถึงแม้ว่าจะดังขึ้นมาก่อนในทางตรรกะ ก็ไม่สามารถอ้างว่าเป็นเจ้าของสาขาทั้งหมดของงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์
ในคริสต์ศตวรรษที่ 16นิโคลัส โคเปอร์นิคัสได้ฟื้นแบบจำลองระบบสุริยะที่ดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลางของAristarchusในยุโรปขึ้นมา (ซึ่งอยู่รอดในตอนแรกด้วยการพูดถึงในThe Sand Reckonerของอาร์คีมีดิส) เมื่อแบบจำลองนี้ถูกตีพิมพ์ในช่วงท้ายชีวิตของเขา มันมีบทนำโดยAndreas Osianderที่ถืออย่างเคร่งครัดว่ามันเป็นเพียงรูปสะดวกทางคณิตศาสตร์ สำหรับคำนวณตำแหน่งของดาวเคราะห์ และไม่ได้เป็นธรรมชาติจริง ๆ ของวงโคจรดาวเคราะห์เหล่านั้น
ในอังกฤษวิลเลียม กิลเบิร์ต(ค.ศ. 1544-1603) ได้ศึกษาแม่เหล็กและตีพิมพ์งานต้นแบบDe Magnete(ค.ศ. 1600) ในนั้นเขาได้แสดงผลการทดลองจำนวนมากอย่างละเอียด
ในช่วงต้นคริสต์ศตวรรษที่ 17โจฮันเนส เคปเลอร์ได้เขียนสูตรของแบบจำลองระบบสุริยะบนรากฐานของPlatonic solidห้าดวงโดยพยายามอธิบายว่าทำไมวงโคจรของดาวเคราะห์จึงมีขนาดสัมพัทธ์กันอย่างที่มันเป็นอยู่ การเข้าหาข้อมูลการสังเกตทางดาราศาสตร์ที่แม่นยำสูงของไทโค บราห์ทำให้เขาสามารถพิจารณาได้ว่าแบบจำลองของเขาไม่สอดคล้องกับวงโคจรที่สังเกตได้ หลังจากเจ็ดปีแห่งความพยายามอย่างวีรบุรุษในการสร้างแบบจำลองการเคลื่อนที่ที่แม่นยำขึ้นของดาวอังคาร(ระหว่างที่เขาเริ่มค้นพบintegral calculusยุคใหม่) เขาสรุปว่าดาวเคราะห์ไม่ได้เคลื่อยที่ตามวงโคจรแบบวงกลม แต่เป็นวงรีที่มีดวงอาทิตย์อยู่ตรงโฟกัสของวงรีนั้น การค้นพบนี่เป็นการคว่ำความเชื่อนับพันปีที่ตั้งอยู่บนแนวคิดของปโตเลมีของวงโคจรวงกลม "สมบูรณ์" สำหรับวัตถุแห่งสรวงสวรรค์ "สมบูรณ์" เคปเลอร์ไปถึงการเขียนสูครกฎสามข้อของการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ของเขา เขายังเสนอแบบจำลองของดาวเคราะห์อันแรกที่มีแรงส่งออกมาจากดวงอาทิตย์ดึงดาวเคราะห์จากการเคลื่อนที่ "ธรรมชาติ" ของพวกมัน ทำให้มันเคลื่อนไปตามวงโคจรโค้ง
อุปกรณืที่สำคัญอย่างหนึ่ง คือเวอร์เนียร์ซึ่งวัดในงานเชิงกลของมุมและระยะทางได้อย่างแม่นยำ ประดิษฐ์โดยชาวฝรั่งเศสนามPierre Vernierในค.ศ. 1631เวอร์เนียร์ถูกใช้แพร่หลายในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ และร้านเครื่องกลจนกระทั่งทุกวันนี้
Otto von Guerickeได้สร้างเครื่องสูบลมในปีค.ศ. 1650และสาธิตฟิสิกส์ของสุญญากาศและความดันบรรยากาศโดยใช้Magdeburg hemispheresต่อมาเขาหันไปสนใจในไฟฟ้าสถิตและประดิษฐ์อุปกรณ์เชิงกลที่ประกอบด้วยทรงกลมจุซัลเฟอร์ ที่เราสามารถเปิดข้อเหวี่ยงและประจุและลบประจุได้หลายครั้งเพื่อสร้างประกายไฟฟ้า
ในปีค.ศ. 1656นักฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ชาวดัตช์คริสตียาน เฮยเคินส์ได้ประดิษฐนาฬิกาเชิงกลโดยใช้เพนดูลัมที่แกว่างผ่านส่วนโค้งรูปวงรี ซึ่งใช้พลังงานจากตุ้มถ่วงที่ตก อันนำไปสู่ยุคการจับเวลาให้แม่นยำ
การหาค่าเชิงปริมาณของอัตราเร็วแสงครั้งแรกเกิดขึ้นในปีค.ศ. 1676โดยOle Rømerโดยจับเวลาการเคลื่อนที่ของบริวารดาวพฤหัส คือไอโอด้วยกล้องโทรทรรศน์
ระหว่างช่วงแรกของคริสต์ศตวรรษที่ 17กาลิเลโอ กาลิเลอิได้บุกเบิกการใช้การทดลองเพื่อตรวจสอบทฤษฎีทางฟิสิกส์ ซึ่งเป็นแนวคิดหลักในกระบวนการทางวิทยาศาสตร์การใช้การทดลองของกาลิเลโอ และการยืนยันของกาลิเลโอและเคปเลอร์ว่า ผลการสังเกตย่อมมาก่อนผลทางทฤษฎีใด ๆ (in which they followed the precepts ofAristotleif not his practice) ได้ปัดการยอมรับความเชื่อทางศาสนาออกไป และให้กำเนิดยุคที่แนวคิดทางวิทยาศาสตร์ถูกเปิดกว้างให้ถกเถียงและทดสอบอย่างแน่ชัด กาลิเลโอเขียนสูตรและทดสอบผลการทดลองได้สำเร็จในพลศาสตร์รวมทั้งกฎที่ถูกต้องของการเคลื่อนที่ที่มีความเร่ง วิถีการเคลื่อนที่แบบพาราโยลา และสัมพัทธภาพของการเคลื่อนที่แบบไม่มีความเร่ง รวมทั้งกฎของความเฉื่อยในแบบแรกเริ่ม
ในค.ศ. 1687ไอแซก นิวตันตีพิมพ์Principia Mathematica,อันมีรายละเอียดของทฤษฎีสองข้อที่ครอบคลุมและประสบความสำเร็จ คือกฎการเคลื่อนที่ของนิวตันจากสิ่งที่ทำให้เกิดกลศาสตร์คลาสสิกและกฎความโน้มถ่วงของนิวตันซึ่งบรรยายแรงพื้นฐานของความโน้มถ่วงทั้งสองทฤษฎีเข้ากับผลการทดลองได้ดี กฎความโน้มอ่วงนำไปสู่สาขาวิชาastrophysicsซึ่งบรรยายปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์โดยใช้ทฤษฎีทางฟิสิกส์
จากคริสต์ศตวรรษที่ 18เป็นต้นมา แนวคิดทางเทอร์โมไดนามิกส์ถูกพัฒนาโดยโรเบิร์ต บอยล์โทมัส ยังและคนอื่นมากมาย อีกทั้งการพัฒนาเครื่องจักรไอน้าสู่ศตวรรษถัดไป ในปีค.ศ. 1733Daniel Bernoulliได้ใช้แนวคิดเชิงสถิติกับกลศาสตร์คลาสสิกมาแสดงผลทางเทอร์โมไดนามิกส์ ซึ่งเป็นการเริ่มต้นของสาขากลศาสตร์สถิติ.เบนจามิน ทอมสันได้แสดงความแปลงงานเชิงกลที่ไม่จำกัดเป็นความร้อน
ในปีค.ศ. 1746ก้าวสำคัญในการพัฒนาด้านไฟฟ้าได้เกิดขึ้นเมื่อมีการประดิษฐLeyden jarคือตัวเก็บประจุ ที่สามารถเก็บและถ่ายประจุไฟฟ้าออกโดยวิธีที่ควบคุมได้เบนจามิน แฟรงคลินใช้มันอย่างมีประสิทธิภาพ (ร่วมกับ von Guericke's generator) ในงานวิจัยของเขาเพื่อศึกษาธรรมชาติของไฟฟ้าเมื่อค.ศ. 1752
ราวค.ศ. 1788Joseph Louis Lagrange ได้สรรค์สร้างการเขียนสูตรใหม่ทางกลศาสตร์ที่มีความสำคัญซึ่งใช้calculus of variationsprinciple of least actionและสมการEuler-Lagrange
ในจดหมายถึงRoyal Societyเมื่อค.ศ. 1800อเลสซานโดร โวลตาได้บรรยายงานประดิษฐ์แบตเตอรี่ไฟฟ้าของเขา นั่นเป็นครั้งแรกที่มีการสร้างกระแสไฟฟ้าคงที่ และเปิดสาขาใหม่ของฟิสิกส์สำหรับการค้นคว้าต่อไป
พฤติกรรมของไฟฟ้าและแม่เหล็กถูกศึกษาโดยไมเคิล ฟาราเดย์จอร์จ โอห์มฮานส์ คริสเตียน เออร์สเตดและคนอื่น ๆ ฟาราเดย์ผู้เริ่มงานทางด้านเคมีภายใต้อำนาจฮัมฟรีย์ เดวีณ Royal Institution ได้แสดงว่าปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าสถิตกิริยาของกลุ่มไฟฟ้าที่ได้รับการค้นพบใหม่หรือแบตเตอรี่ปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าเคมี และฟ้าแลบเป็นข้อบ่งชี้ในแบบต่าง ๆ กันของปรากฏการณ์ทางไฟฟ้า ฟาราเดย์ยังค้นพบอีกใน ค.ศ. 1821 ว่าไฟฟ้าสามารถทำให้เกิดการเคลื่อนที่เชิงกลแบบหมุน และในปี ค.ศ. 1831 ได้ค้นพบหลักของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าโดยการเคลื่อนที่เชิงกลสามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้ ดังนั้นฟาราเดย์จึงเป็นผู้ค้นพบทั้งมอเตอร์ไฟฟ้าและelectric generator
ในปีค.ศ. 1855James Clerk Maxwellได้รวมปรากฏการณ์สองอย่างเป็นทฤษฎีเดียวของแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งบรรยายโดยสมการของแมกซ์เวลล์ผลการทำนายของทฤษฎีคือว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าการค้นพบHall effectเมื่อค.ศ. 1879เป็นหลักฐานว่าตัวพากระแสไฟฟ้าเป็นประจุลบ
ในปีค.ศ. 1847เจมส์ จูลยืนยันกฎการคงตัวของพลังงานในรูปของความร้อนเช่นเดียวกับพลังงานกล อย่างไรก็ตามหลักอนุรักษ์พลังงานได้ถูกนำเสนอในหลายรูปแบบ โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ฝรั่งเศส อังกฤษ และอื่น ๆ บางทีอาจจะเป็นโหลในระหว่างครึ่งแรกของศตวรรษที่ 19 ในเวลาประมาณเดียวกันนั้นเอนโทรปีและกฎข้อที่สองของเทอร์โมไดนามิกส์ถูกอธิบายอย่างชัดเจนในผลงานของรูดอล์ฟ คลาวเซียสใน ค.ศ. 1875ลุดวิก โบลซ์มานน์ได้สร้างความเชื่อมโยงระหว่างจำนวนของสถานะที่เป็นไปได้ที่ระบบจะวางตัวได้กับเอนโทรปีของมัน ด้วยการตั้งตั้นในปีค.ศ. 1876และค.ศ. 1878Josiah Willard Gibbsได้พัฒนาสูตรทางทฤษฎีมากมายสำหรับเทอร์โมไดนามิกส์และวางรากฐานในทศวรรษถัดมาอย่างชัดเจนในการค้นพบสำหรับกลศาสตร์สถิติ&mdas ส่วนใหญ่เป็นของที่ลุดวิก โบลซ์มานน์ได้ค้นพบเองก่อนแล้ว ในปีค.ศ. 1881Gibbs ยังมีอิทธิพลในการขับเคลื่อนสัญลักษณ์ทางฟิสิกส์จาก Hamilton'squaternionsไปเป็นเวกเตอร์
กลศาสตร์คลาสสิกได้ถูกเขียนในรูปใหม่โดยวิลเลียม โรวาน แฮมิลตันในปีค.ศ. 1833ซึ่งมีบทนำสู่สิ่งที่เราเรีบกกันทุกวันนี้ว่า Hamiltonian ซึ่งนำไปสู่การเขียนสูตรเชิงกลของกลศาสตร์ควอนตัมในศตวรรษถัดมา
การวิเคราะห์ไดเมนชันส์ถูกใช้เป็นครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1878 โดยลอร์ดเรลีย์ผู้พยายามเข้าใจว่าทำไมท้องฟ้าจึงเป็นสีฟ้า
ในปีค.ศ. 1887การทดลองของไมเคิลสัน-เมอร์เลย์เกิดขึ้นและการชี้ให้เห็นการต่อต้านทฤษฎีทั่วไปของโลก ที่ว่าโลกเคลื่อนที่ผ่าน "luminiferous aether"Albert Abraham MichelsonและEdward Morleyไม่ได้กล่าวชัดถึงการไม่มีจริงของอีเทอร์ เมอร์เลย์ได้ทำการทดลงเพิ่มเติมร่วมกับฃDayton Millerด้วย interferometer ปรับปรุงใหม่แต่ยังให้ผลเช่นเดิม
ในปีค.ศ. 1887นิโคลา เทสลาได้ค้นหาความจริงของรังสีเอกซ์ซึ่งใช้อุปกรณ์ของเขาเช่นเดียวกับหลอดรังสีของครูกส์ ในปีค.ศ. 1895Wilhelm Conrad Röntgenได้สังเกตและวิเคราะห์รังสีเอกซ์ ซึ่งพบว่าเป็นการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าความถี่สูงกัมมันตภาพรังสีถูกค้นพบเมื่อค.ศ. 1896โดยอองรี เบ็กเกอเรลและได้รับการศึกษาต่อมาโดยปิแยร์ กูรีกับมารี กูรีและคนอื่น ๆ นี่ถือเป็นการเริ่มต้นสาขาของฟิสิกส์นิวเคลียร์
ในปีค.ศ. 1897โจเซฟ จอห์น ทอมสันและฟิลิป เลียวนาร์ดได้ศึกษารังสีแคโทดทอมสันสรุปว่ามันเป็นอนุภาคประจุลบ ซึ่งเขาเรียกว่า "corpuscles" ต่อมาจึงเรียกว่าอิเล็กตรอนเลียวนาร์ดแสดงให้เห็นว่าอนุภาคที่หลุดออกมาจากปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกเป็นอนุภาคชนิดเดียวกับในหลอดแคโทด และพลังงานของพวกมันไม่ขึ้นอยู่กับความเข้มของแสง แต่จะมีค่ามากขึ้นสำหรับแสงตกกระทบที่มีความยาวคลื่นสั้น ๆ
ช่วงเริ่มต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20นำมาซึ่งจุดเริ่มต้นแห่งการปฏิวัติทางฟิสิกส์
ปีค.ศ. 1904ทอมสันได้เสนอแบบจำลองของอะตอมแบบแรก รู้จักในนามplum pudding modelการมีอยู่ของอะตอมซึ่งมีน้ำหนักต่างกันนำเสนอเมื่อค.ศ. 1808โดยจอห์น ดอลตันเพื่ออธิบายlaw of multiple proportionsการลู่เข้าของค่าชี้วัดของเลขอโวกาโดรเป็นหลักฐานแน่นอนสำหรับทฤษฎีอะตอม ในปีค.ศ. 1911เออร์เนสต์ รัทเธอร์ฟอร์ดสรุปจากการทดลองการกระเจิงถึงการมีตัวตนของนิวเคลียสของอะตอมที่อัดแน่นไปด้วยองค์ประกอบประจุบวกที่เรียกว่าโปรตอนแบบจำลองเชิงกลศาสตร์ควอนตัมของอะตอม คือแบบจำลองของบอห์รถูกตีพิมพ์เมื่อ ค.ศ. 1913 โดยนีล บอห์รเซอร์W. H. Braggและลูกชายของเขา เซอร์วิลเลียม ลอว์เรนซ์ แบรกก์ในปี ค.ศ. 1913 เช่นกัน ได้เริ่มแก้ปัญหาการเรียงตัวของอะตอมใน crystalline matter โดยการใช้x-ray diffractionนิวตรอนองค์ประกอบนิวเคลียสที่เป็นกลาง ถูกค้นพบในปค.ศ. 1932โดยเจมส์ แชดวิก
การแปลงแบบลอเรนซ์สมการพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพถูกตีพิมพ์ในปี ค.ศ. 1897 และ ค.ศ. 1900 และโดยJoseph LarmorกับHendrik Lorentzในปี ค.ศ. 1899 และ ค.ศ. 1904 ทั้งคู่ต่างแสดงว่าสมการของแมกซ์เวลล์นั้นไม่แปรเปลี่ยนภายใต้การแปลงดังกล่าว เมื่อ ค.ศ.1905ไอน์สไตน์ได้เขียนสูตรของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและในปีค.ศ. 1915ไอน์สไตน์ได้ขยายทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษเพื่ออธิบายความโน้มถ่วงโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปผลหลักอันหนึ่งจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปคือgravitational collapseไปเป็นหลุมดำซึ่งถูกทำนายไว้สองศตวรรษก่อนหน้า แต่ถูกขยายความโดยโรเบิร์ต ออพเพนไฮเมอร์exact solutions ที่สำคัญของสมการสนามของไอน์สไตน์ถูกค้นพบโดยKarl Schwarzschildเมื่อ ค.ศ. 1915 และRoy Kerrในปี ค.ศ. 1963 เท่านั้น
ตามCornelius Lanczosแล้ว กฎทางฟิสิกส์ที่สามารถเขียนตามvariational principleจะบรรยายพจน์ซึ่งเป็นself-adjointหรือHermitianดังนั้นพจน์ดังกล่าวจึงบรรยายinvariantภายใต้การแปลงแบบ HermitianFelix Klein'sErlangen programพยายามบ่งชี้ invariants ภายใต้กลุ่มของการแปลงดังกล่าวNoether's theoremบ่งชี้เงื่อนไขภายใต้สิ่งที่Poincaré groupของการแปลง (คือที่เราเรียกกันทุกวันนี้ว่าgauge group) สำหรับทฤษฎีสัมพัทธภาพบรรยายกฎการอนุรักษ์ความสัมพันธ์ของ invariants เหล่านี้ (สมมาตรภายใต้กลุ่มของการแปลง) และที่เราเรียกกันทุกวันนี้ว่า conserved currents ขึ้นอยู่กับ variational principle หรือaction principleงานของ Noether สร้างความต้องการกฎการอนุรักษ์ได้อย่างแม่นยำ  Noether's theorem ยังคงถูกต้องอยู่ในการพัฒนาทางฟิสิกส์กระทั่งทุกวันนี้
ในช่วงต้นของค.ศ. 1900แมกซ์ พลังค์อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์นีลส์ บอห์รและคนอื่น ๆ ได้พัฒนาทฤษฎีควอนตัมเพื่ออธิบายผลการทดลองที่ต่างออกไป เช่นปรากฏการณ์โฟโตอิเล็กตริกและสเปกตรัมของวัตถุดำโดยการเสนอระดับพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องกันและในปีค.ศ. 1925วูล์ฟกัง เพาลีได้ตั้งหลักการกีดกันของเพาลีและแนะนำการมีอยู่ของสปินที่ควอนไทซ์กับเฟอร์มิออนในปีนั้นErwin Schrödingerได้เขียนสูตรกลศาสตร์คลื่นซึ่งได้ให้กลักการทางคณิตศาสตร์สำหรับบรรยายสถานการณ์ทางฟิสิกส์จำนวนมากเช่นอนุภาคในกล่องและquantum harmonic oscillatorซึ่งเขาแก้เป็นครั้งแรกเวอร์เนอร์ ไฮเซนเบิร์กได้บรรยายเมื่อ ค.ศ. 1925 ถึงหลักการทางคณิตศาสตร์ที่แหวกแนวเช่นกัน เรียกว่าmatrix mechanicsซึ่งพิสูจน์ว่าเทียบเท่ากับกลศาสตร์คลื่น  ในปีค.ศ. 1928พอล ดิแรกได้สร้างสูตรเชิงสัมพัทธภาพมาจาก matrix mechanics ของไฮเซนเบิร์ก และทำนายการมีอยู่ของโพซิตรอนกับค้นพบquantum electrodynamics
ในกลศาสตร์ควอนตัม ผลที่ได้จากการวัดทางฟิสิกส์ต้องขึ้นอยู่กับความน่าจะเป็นโดยปกติ  ทฤษฎีได้บรรยายการคำนวณความน่าจะเป็นหล่านี้ มันประสบความสำเร็จในการบรรยายพฤติกรรมของสสารในระดับความยาวเล็ก ๆ
กลศาสตร์ควอนตัมยังได้ให้เครื่องมือทางทฤษฎีในการทำความเข้าใจcondensed matter physicsซึ่งศึกษาพฤติกรรมทางกายภาพของของแข็งและของเหลว รวมทั้งปรากฏการณ์เช่น การนำไฟฟ้าในโครงสร้างผลึกมีผู้บุกเบิก condensed matter physics มากมายรวมทั้งFelix Blochผู้เขียนคำบรรยายเชิงกลศาสตร์ควอนตัมของพฤติกรรมอิเล็กตรอนในโครงสร้างผลึกเมื่อค.ศ. 1928พฤติกรรมของของแข็งจำนวนมากถูกไขปริศนาภายในไม่กี่ปีด้วยการค้นพบFermi surfaceซึ่งตั้งอยู่บนแนวคิดของหลักการกีดกันของเพาลีซึ่งประยุกต์มาใช้กับระบบที่มีหลายอิเล็กตรอน ความเข้าใจในเรื่องสมบัติการส่งผ่านในสารกึ่งตัวนำดังที่บรรยายในElectrons and holes in semiconductors, with applications to transistor electronicsของWilliam Shockleyทำให้เกิดการปฏิวัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของคริสต์ศตวรรษที่ยี่สิบด้วยการพัฒนาทรานซิสเตอร์ซึ่งหาได้ง่ายและราคาถูก
เมื่อค.ศ. 1929เอ็ดวิน ฮับเบิลได้ตีพิมพ์การค้นพบของเขาว่า อัตราเร็วที่กาแลกซีถอยห่างจากกันนั้นเพิ่มขึ้นสัมพันธ์กับระยะห่างของพวกมัน นี่เป็นพื้นฐานในการเข้าใจว่าเอกภพกำลังขยายตัว ดังนั้นเอกภพต้องเล็กกว่านี้และร้อนกว่านี้ในอดีต ในปีค.ศ. 1933Karl Janskyที่ Bell Labs ได้ค้นพบการเปล่งคลื่นวิทยุจากทางช้างเผือกและจึงเริ่มต้นวิทยาศาสตร์ของดาราศาสตร์วิทยุในช่วงค.ศ. 1940นักวิจัยเช่นจอร์จ กามอฟได้เสนอทฤษฎีบิงแบงtheory,evidence for which was discovered in1964;เอนริโค เฟอร์มีและเฟรด ฮอยล์เป็นผู้ต่อต้านในช่วงปีค.ศ. 1940และค.ศ. 1950ฮอยล์ได้ขนานนามทฤษฎีของกามอฟบิก แบงเพื่อจะลบล้างมัน ทุกวันนี้มันเป็นผลลัพธ์หลักอย่างหนึ่งของcosmology
ในค.ศ. 1934นักฟิสิกส์ชาวอิตาลีเอนริโค เฟอร์มีได้ค้นพบผลประหลาดเมื่อทำการชนยูเรเนียมด้วยนิวตรอนซึ่งเขาเชื่อในครั้งแรกว่าได้สร้างธาตุtransuranicในปีค.ศง 1939นักเคมีออตโต ฮาห์นและฟิสิกส์Lise Meitnerได้ค้นพบว่าสิ่งที่เกิดขึ้นจริง ๆ นั้นคือกระบวกการของปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันเมื่อนิวเคลียสของยูเรเนียมได้แตกตัวเป็นสองซึ่งปลดปล่อยพลังงานจำนวนหนึ่งในกระบวนการนั้น ถึงจุดนี้นี้มันชัดเจนสำหรับนักวิทยาศาสตร์แล้วว่ากระบวนการนี้สามารถควบคุมให้ได้มาซึ่งพลังงานปริมาณมหาศาล อาจจะเป็นแหล่งพลังงานแห่งอายธรรมหรืออาวุธก็ได้Leó Szilárdได้จดสิทธิบัตรของแนวคิดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์เมื่อ ค.ศ. 1934 ในอเมริกา คณะโดยเฟอร์มีและ Szilárd ประสบความสำเร็จในการสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์โดยมนุษยชาติเป็นครั้งแรกในปีค.ศ. 1942ในnuclear reactorเครื่องแรกของโลก และในปีค.ศ. 1945ระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรกของโลกถูกจุดขึ้นที่Trinity SiteทางเหนือของAlamogordo, New Mexicoหลังจากสงคราม รัฐบาลกลางกลายเป็นผู้สนับสนุนหลักของฟิสิกส์ ผู้นำทางวิทยาศาสตร์ของโครงการร่วม นักฟิสิกส์ทฤษฎีโรเบิร์ต ออพเพนไฮเมอร์ได้บันทึกความเปลี่ยนแปลงของบทบาทในอุดมคติของนักฟิสิกส์ เมื่อเขาได้กล่าวในสุนทรพจน์ว่า
แม้ว่ากระบวนการเกิดขึ้นจากการประดิษฐ์เครื่องไซโคลตรอนโดยเออร์เนสต์ ลอว์เรนซ์ในช่วงคริสต์ศตวรรษที่ 1930 ฟิสิกส์นิวเคลียร์ในช่วงหลังสงครามเข้าสู่ช่วงของสิ่งที่นักประวัติศาสตร์เรียกว่า "Big Science" ซึ่งต้องการเครื่องเร่งและเครื่องตรวจจับอนุภาคที่ราคาสูงลิ่ว กับห้องปฏิบัติการร่วมขนาดใหญ่เพื่อทดสอบและเปิดสู่ขอบเขตใหม่ ผู้อุปถัมภ์หลักของฟิสิกส์กลายเป็นรัฐบาลกลางผู้รู้ว่าการสนับสนุนงานวิจัย "พื้นฐาน" บางครั้งก็สามารถนำมาสู่เทคโนโลยีที่มีค่าทางทหารหรืออุตสาหกรรม กระทั่งช่วงท้ายคริสต์ศตวรรษที่ยี่สิบ ด้วยความร่วมมือของชาติยุโรปทั้ง 20 ชาติCERNกลายเป็นห้องปฏิบัติการทางฟิสิกส์อนุภาคที่ใหญ่ที่สุดในโลก
"big science" อีกอย่างหนึ่งคือวิทยาศาสตร์ของ ionized gasesพลาสมาซึ่งเริ่มต้นด้วย Crookes tubes ในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 19 ความร่วมมือระหว่างชาติขนาดใหญ่ในช่วงครึ่งหลักคริสต์ศตวรรษที่ยี่สิบได้เริ่มดำเนินความพยายามอันยาวนานเพื่อผลิตไฟฟ้าเพื่อการค้าโดยพลังงานฟิวชันซึ่งยังคงเป็นจุดหมายที่ไกลนัก
ด้วยความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับฟิสิกส์ของโลหะ สารกึ่งตัวนำและฉนวนได้ทำให้คณะของชายสามคนแห่ง Bell labs,William ShockleyWalter BrattainและJohn Bardeenเมื่อค.ศ. 1947ได้ค้นพบทรานซิสเตอร์เป็นครั้งแรกและรูปแบบอื่นที่สำคัญมากมาย โดยเฉพาะand then to many important variations, especially thebipolar junction transistorการพัฒนาเพิ่มเติมของการใช้วัตถุผสมและการย่อขนาดของintegrated circuitsในหลายปีนั้นทำให้เกิดคอมพิวเตอร์ที่ใช้เนื้อที่น้อยและทำงานรวดเร็ว อันนำมาซึ่งการปฏิวัติวิถีทางของฟิสิกส์—simulations และการคำนวณทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนสามารถเป็นเป็นได้ โดยแม้ในไม่กี่สิบปีหน้าก็ไม่อาจคาดฝัน
การค้นพบnuclear magnetic resonanceเมื่อค.ศ. 1946นำมาซึ่งวิธีใหม่ ๆ มากมายสำหรับศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลและกลายเป็นอุปกรณ์ที่ใช้อย่างแพร่หลายใน analytical chemistry และมันได้กำเนิดเทคนิคการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่สำคัญ คือmagnetic resonance imaging.
ตั้งแต่ค.ศ. 1960การจัดตั้งทางทหารของอเมริกาเริ่มต้นนาฬิกาอะตอมเพื่อสร้างglobal positioning systemซึ่งในค.ศ. 1984ได้วางโครงร่างทั้งหมดโดยดาวเทียม 24 ดวงในวงโคจรระดับต่ำรอบโลกเป็นผลสำเร็จ  และมันมีความสำคัญต่อคนทั่วไปและงานทางวิทยาศาสตร์เช่นเดียวกัน
ตัวนำยิ่งยวดซึ่งค้นพบเมื่อ ค.ศ. 1911 โดยKamerlingh Onnesได้ถูกแสดงเป็นผลทางควอนตัมและถูกอธิบายเป็นที่น่าพอใจเมื่อ ค.ศ. 1957 โดยBardeenCooperและSchriefferกลุ่มของhigh temperature superconductorsอันมีฐานมาจาก cuprate perovskite ซึ่งถูกค้นพบเมื่อ ค.ศ. 1986 และความเข้าใจเหล่านั้นยังคงเป็นความท้าทายที่โดดเด่นอย่างหนึ่งสำหรับนักทฤษฎี condensed matter
ทฤษฎีสนามควอนตัมถูกสร้างขึ้นในการขยายกลศาสตร์ควอนตัมเพื่อให้สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ มันอยู่ในรูปใหม่ในที่สุดในช่วงปลายค.ศ. 1940ในผลงานของริชาร์ด ไฟยน์แมนJulian Schwinger,Sin-Itiro TomonagaและFreeman Dysonนี่กลายเป็นข่ายงานของฟิสิกส์อนุภาคยุคใหม่ซึ่งศึกษาแรงพื้นฐานและelementary particlesในปีค.ศ. 1954Yang Chen NingและRobert Millsได้พัฒนา class ของgauge theoriesซึ่งนำมาซึ่งขอบข่ายของStandard Modelซึ่งสมบูรณ์เป็นส่วนใหญ่ในช่วงค.ศ. 1970และประสบความสำเร็จในการอธิบายอนุภาคมูลฐานเกือบทั้งหมดที่ค้นพบในช่วงนั้น
เมื่อค.ศ. 1974สตีเฟน ฮอว์คิงค้นพบสเปกตรัมของการแผ่รังสีซึ่งแผ่ออกมาระหว่างการยุบตัวของวัตถุในหลุมดำวัตถุลึกลับเหล่านี้กลายเป็นวัตถุที่เป็นจุดสนใจอย่างยิ่งสำหรับ astrophysicists และแม้กระทั่งสาธารณชนในช่วงหลังของคริสตวรษที่ยี่สิบ
ความพยายามที่จะร่วมกลศาสตร์ควอนตัมเข้ากับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำให้เกิดความก้าวหน้าที่สำคัญในช่วง ค.ศ. 1990 ช่วงท้ายศตวรรษTheory of everythingยังไม่ได้มาอยู่ในมือ แต่ลักษณะบางอย่างเริ่มก่อรูปร่างทฤษฎีสตริงloop quantum gravityและblack hole thermodynamicsล้วนทำนายquantizedspacetimeในระดับพลังค์
ความพยายามใหม่มากมายในการเข้าใจโลกทางฟิสิกส์เกิดขึ้นในช่วงหลังของคริสต์ศตวรรษที่ยี่สิบซึ่งกำเนิดสิ่งที่น่าสนใจอย่างกว้างขวางfractalsและscaling,self-organized criticality,complexityและchaos,กฎยกกำลังและnoise,networks,non-equilibrium thermodynamics,กองทราย,นาโนเทคโนโลยี,cellular automataและanthropic principleเป็นเพียงส่วนน้อยของหัวข้อที่สำคัญเหล่านี้เท่านั้น
ฟิสิกส์ตะวันตกเริ่มต้นโดยนักปรัชญาชาวกรีกยุคก่อนโซเครติสที่มีชื่อเสียงเช่นเธลีสอานักซีมันเดร์และน่าจะเป็นพีทากอรัส,เฮราคลิตุส,อานักซากอรัส,เอมเพโดเคลสและฟีโลลาอุสหลายคนเกี่ยวข้องกับโรงเรียนต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น อานักซีมันเดรและธาเลสอยู่ที่สำนักเลเซียน
เพลโตและอริสโตเติลได้สานต่อการศึกษาธรรมชาติจากงานของนักปรัชญาเหล่านั้นซึ่งเป็นบทความสมบูรณ์แรกสุดที่ยังหลงเหลืออยู่ที่กล่าวถึงปรัชญาธรรมชาติเดโมเครตุสบุคคลร่วมสมัยในยุคนั้นก็เป็นแหล่งศึกษาของAtomistผู้พยายามอธิบายธรรมชาติของสสาร
เนื่องจากการขาดอุปกรณ์ทดลองชั้นสูง เช่นกล้องโทรทรรศน์และเครื่องมือจับเวลาที่แม่นยำ การทดสอบสมมุติฐานโดยการทดลองจึงเป็นไปได้ยากหรือไม่เกิดประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ยังมีข้อยกเว้นและมีการเกิดผิดยุคเช่น นักคิดชาวกรีกนามอาร์คีมิดิสได้ให้คำอธิบายทางกลศาสตร์เชิงปริมาณที่ถูกต้องจำนวนมากและในเรื่องอุทกสถิตยศาสตร์(hydrostatics) เช่นกัน เมื่อเรื่องราวดำเนินไป เขาสังเกตว่าได้ว่าร่างกายของเขาแทนที่ปริมาตรของน้ำขณะที่เขากำลังแช่ตัวในอ่างอาบน้ำในวันหนึ่ง อีกตัวอย่างที่น่าสนใจคือ งานของเอราทอสเธเนสผู้สรุปว่าโลกเป็นทรงกลม และคำนวณเส้นรอบวงได้อย่างแม่นยำโดยใช้ยาวของแท่งไม้ที่ปักในแนวดิ่งเพื่อวัดมุมระหว่างจุดสองจุดที่ห่างกันมาก ๆ บนผิวของโลก นักคณิตศาสตร์ชาวกรีกกยังเสนอวิธีหาค่าปริมาตรของวัตถุ เช่นทรงกลมและกรวยโดยแบ่งมันเป็นจานบาง ๆ และรวมปริมาตรของแต่ละจาน ซึ่งใช้วิธีการเหมือนกับแคลคูลัสเชิงปริพันธ์
ความรู้ยุคใหม่ของแนวคิดแรก ๆ เหล่านี้ในฟิสิกส์ และบทขยายไปยังวิธีที่ใช้ทดสอบโดยการทดลองมีเพียงคร่าว ๆ บันทึกโดยตรงเกือบทั้งหมดสูญเสียไปเมื่อหอสมุดแห่งอเล็กซานเดรียถูกทำลายเมื่อประมาณค.ศ. 400บางทีแนวคิดที่น่าสังเกตที่สุดที่เรารู้จากยุคนี้คือ ข้อสรุปของAristarchus of Samosว่าโลกเป็นดาวเคราะห์ที่เคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์รอบละหนึ่งปี และหมุนรอบตัวเองรอบละหนึ่งวัน (นับจากฤดูกาลและวัฏจักรกลางวันกลางคืน) และดวงดาวอื่น ๆ นั้นก็คือดวงอาทิตย์ที่อยู่ไกลมาก ซึ่งก็มีดาวเคราะห์บริวารของพวกมันเช่นกัน (และเป็นไปได้ว่าจะมีสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์เหล่านั้น)
การค้นพบAntikythera mechanismชี้ให้เห็นความเข้าใจในรายละเอียดเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของเทหวัตถุ เช่นเดียวกันกับการใช้รถไฟระบบเกียร์ซึ่งในยุคแรกแหล่งความเจริญทีอื่นก็รู้จักการใช้เกียร์จากที่นี่ ยกเว้นของจีนโบราณ
แบบแรกเริ่มของเครื่องยนต์ไอน้ำaeolipileของวีรบุรุษแห่งอเล็กซานเดรียเป็นเพียงข้อสงสัยที่ไม่สามารถแก้ปัญหาของการเปลี่ยนรูปพลังงานการหมุนมาเป็นรูปที่ใช้งานดีกว่านี้ แม้กระทั่งเกียร์ก็ตามสกรูของอาร์คีมีดิสยังใช้กันอยู่ทุกวันนี้สำหรับดึงน้ำจากแม่น้ำมายังพื้นที่นาทดน้ำ เครื่องกลอย่างง่ายไม่ได้รับการสนใจนัก ยกเว้น (อย่างน้อยที่สุด) งานพิสูจน์ของอาร์คีมีดีสอันสวยงามเกี่ยวกับกฎของคานทางลาดถูกนำมาใช้เพื่อสร้างพีระมิดหลายพันปีก่อนอาร์คีมีดิสแล้ว
น่าเสียใจที่ว่า ช่วงยุคของการตั้งคำถามเกี่ยวกับธรรมชาติของโลกนั้นถูกระงับเนื่องจากการยอมรับอย่างเอนเอียงในแนวคิดของนักปรัชญา มากกว่าที่จะสงสัยและทดสอบแนวคิดเหล่านั้น แม้แต่ปีทากอรัสเองก็เคยถูกกล่าวไว้ว่าพยายามหยุดยั้งความคิดเกี่ยวกับการมีอยู่ของจำนวนอตรรกยะซึ่งค้นพบโดยนักเรียนของเขาเอง เพราะว่าแนวคิดนั้นไม่เข้ากับความเชื่อในจำนวนของเขา แม้หนึ่งพันปีหลังการทำลายหอสมุดแห่งอเล็กซานเดรียไปแล้ว แบบจำลองของปโตเลมี(อย่าสับสนกับEgyptian Ptolemies) ที่ว่าโลกเป็นศูนย์กลางของเอกภพโดยดาวเคราะห์แต่ละดวงเคลื่อนที่ในวงกลมเล็ก ๆ ที่เรียกว่าepicycleซึ่งเคลื่อนที่ไปตามวงกลมใหญ่ที่เรียกว่าdeferentอีกทีนั้น ได้รับการยอมรับว่าเป็นความจริงโดยสัมบูรณ์
ในLothal(ก่อนคริสต์ศตวรรษ 2400 ปี)เมืองท่าโบราณของอารยธรรมฮารัปปัน หรืออารยธรรมลุ่มน้ำสินธุ วัตถุมีเปลือกทั้งหลายนำมาใช้เป็นเข็มทิศในการวัดมุมของการแบ่งแนวเส้นขอบฟ้าเป็น 8-12 ทบส่วนและแบ่งท้องฟ้าเป็นจำนวนเท่าของ 40-360 องศา และใช้บอกตำแหน่งของดวงดาว ในยุคพระเวทช่วงท้าย (ประมาณก่อนคริสต์ศตวรรษ 900 ปี-ก่อนคริสตศตรวรรษ 600 ปี)นักดาราศาสตร์อินเดียชื่อ ยัชนวัลกยะ ได้ให้แนวคิดในตำราศตปาฐ พราหมณะเกี่ยวกับheliocentrismของโลกที่มีสัญฐานกลมและดวงอาทิตย์เป็น "ศูนย์กลางของทรงกลม" เขาได้วัดระยะทางของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ไปยังโลกได้เป็น 108 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางวัตถุแห่งสรวงสวรรค์เหล่านั้น ซึ่งใกล้เคียงกับค่าสมัยใหม่ที่มีค่าเป็น 110.6 สำหรับดวงจันทร์และ 107.6 สำหรับดวงอาทิตย์
ชาวอินเดียในยุคพระเวทนั้น ได้จัดประเภทของสารในโลกออกเป็นห้าธาตุ คือ ดิน ไฟ อากาศ น้ำ และอีเทอร์/สเปซ จากก่อนคริสตศตรวรรษ 600 ปีเป็นต้นมา พวกเขาได้เขียนสูตรทฤษฎีอะตอมที่เป็นระบบซึ่งเริ่มต้นโดย ความคิดเรื่องอะตอมของกณาทและปกุธ กัตยายนะชาวอินเดียชื่อว่าอะตอมมีได้ถึงเก้าธาตุ และแต่ละธาตุมีได้ถึง 24 คุณสมบัติ พวกเขาพัฒนาทฤษฎีที่มีรายละเอียดบรรยายวิธีที่อะตอมรวมตัวกัน ทำปฏิกิริยา สั่น เคลื่อนที่และทำกิริยาอื่น ๆ เช่นดียวกับทฤษฎีอันประณีตที่ว่าถึงวิธีที่อะตอมสร้างแบบของโมเลกุลเชิงคู่ซึ่งรวมตัวกันเป็นโมเลกุลที่โตขึ้น ไปถึงวิธีที่อนุภาคเริ่มต้นรวมกันเป็นคู่ และรวมกลุ่มเป็นสามจากสองซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของสสารที่มองเห็นได้ สิ่งเหลานี้คล้ายคลึงกับโครงสร้างของทฤษฎีอะตอมยุคใหม่ซึ่งมีควาร์กพื้นฐานอยู่กันเป็นคู่หรือสามตัว รวมตัวกันเพื่อสร้างรูปของสสารอันเป็นแบบอย่าง ทฤษฎีเหล่านั้นยังแนะถึงความเป็นไปได้ที่จะแยกอะตอม ดังที่เรารู้ในทุกวันนี้แล้วว่า เป็นแหล่งกำเนิดของพลังงานเชิงอะตอม
หลักสัมพัทธภาพ(อย่าสับสนกับทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์) เกิดขึ้นในรูปที่ยังไม่สมบูรณ์ตั้งแต่ก่อนคริสต์ศตวรรษ 600 ปีในแนวคิดเชิงปรัชญาของอินเดียโบราณของ "สเปกษวาท" นั่นก็คือ "ทฤษฎีสัมพัทธภาพ" ตามตัวอักษร ในภาษาสันสกฤตนั่นเอง
สำนักสางขยะและไวเศษิกะได้พัฒนาทฤษฎีว่าด้วยแสงตั้งแต่ 500 ปีก่อนคริสตกาล สำนักสางขยะนั้น ถือว่าแสงเป็นหนึ่งในธาตุพื้นฐานทั้งห้า ซึ่งเป็นผลผลิตจากธาตุใหญ่ และถูกทำให้เกิดขึ้นเป็นความต่อเนื่อง ส่วนสำนักไวเศษิกะ นิยามการเคลื่อนที่ ในรูปของ การเคลื่อนไหวแบบไม่ต่อเนื่องของอะตอมทางฟิสิกส์ ลำแสงถูกส่งออกมาจากในรูปของลำอะตอมไฟความเร็วสูงซึ่งแสดงพฤติกรรมต่าง ๆ กันไปขึ้นอยู่กับความเร็วของการเรียงตัวของอนุภาคเหล่านี้ชาวพุทธนามทิคนาค(คริสต์ศตวรรษที่ 5) และธรรมกีรติ(คริสตศตรวรรษที่ 7) ได้พัฒนาทฤษฎีขอแสงที่เกิดขึ้นจากอนุภาคพลังงาน ซึ่งเหมือนกับแนวคิดเรื่องโฟตอน
นักอินเดียวิทยาชาว Veteran Australian นามA. L. Bashamสรุปว่า "สิ่งเหล่านี้เป็นคำอธิบายในจินตนาการอันหลักแหลมของโครงสร้างทางกายภาพของโลก และในระดับใหญ่ ๆ แล้วมันสอดคล้องกับการค้นพบทางฟิสิกส์ยุคใหม่ด้วย"
ในปีค.ศ. 499นักคณิตศาสตร์-นักดาราศาสตร์ชาวอินเดียอารยภรตเสนอแบบจำลองในรายละเอียดของระบบสุริยะของความโน้มถ่วงที่มีดวงอาทิตย์เป็นศูนย์กลาง โดยดาวเคราะห์หมุนรอบแกนของมันทำให้เกิดกลางวันกลางคืนและเคลื่อนไปทางวงโคจรวงรีรอบดวงอาทิตย์ทำให้เกิดปี และบรรดาดาวเคราะห์รวมทั้งดวงจันทร์ไม่มีแสงในตัวเองแต่สะท้อนแสงของดวงอาทิตย์ อารยภรตยังอธิบายสาเหตุของสุริยุปราคาและจันทรุปราคาได้อย่างถูกต้องและทำนายเวลาที่เกิดขึ้น บอกค่ารัศมีของวงโคจรดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ และวัดความยาวของวันปีดาราคติเส้นผ่านศูนย์กลางและเส้นรอบวงของโลกได้อย่างแม่นยำพรหมคุปต์ได้ระลึกถึงความโน้มถ่วงว่าเป็นแรงดึงดูด และเข้าใจกฎของความโน้มถ่วงในพรหม สปุต สิทธานตะของเขาเมื่อปีค.ศ. 628อีกด้วย
สิ่งที่ได้มาจากอินเดียที่สำคัญอย่างยิ่งคือเลขฮินดูอารบิกฟิสิกส์ยุคใหม่คงแทบจะไม่สามารถจินตนาการขึ้นมาได้หากปราศจากการคำนวณพื้นฐานที่ง่ายพอที่จะขยายไปสู่การคำนวณที่โตเท่าที่จะเป็นไปได้ระบบตัวเลขบอกตำแหน่ง(ระบบตัวเลขฮินดูอารบิก) และศูนย์ถูกพัฒนาเป็นครั้งแรกในอินเดีย เช่นเดียวกับฟังก์ชันตรีโกณมิติเช่น ไซน์และโคไซน์ การพัฒนาทางคณิตศาสตร์เหล่านี้รวมทั้งการพัฒนาทางฟิสิกส์ในอินเดียถูกปรับเปลี่ยนโดยชาวมุสลิมและกาหลิบเมื่อพวกเขากระจายไปทางยุโรปและส่วนอื่น ๆ ของโลก
ด้วยอารยธรรมที่นำโดยจักรวรรดิโรมันแพทย์ชาวกรีกจำนวนมากเริ่มทดลองใช้ยาเพื่อเศรษฐีชาวโรมัน แต่น่าเศร้าที่วิทยาศาสตร์กายภาพไม่ได้รับการสนับสนุนนัก หลังจากการล่มสลายของจักรวรรดิโรมัน ชาวยุโรปเห็นการลดความสนใจในวัฒนธรรมดั้งเดิมซึ่งบางคนเรียกว่ายุคมืดแม้ว่าปราชญ์ยุคใหม่จะไม่ใช่คำนี้และบทความทางวิทยาศาสตร์ตกต่ำลงจนหยุดชะงัก
อย่างไรก็ตามในตะวันออกกลาง นักปรัชญาธรรมชาติชาวกรีกและ Hellenistic สามารถหาการสนับสนุนสำหรับงานของพวกเขาได้ และปราชญ์ชาวอิสลามได้สร้างงานจากงานก่อนหน้าในวิชาดาราศาสตร์และคณิตศาสตร์ ในขณะที่พัฒนาศาสตร์ใหม่เช่น วิชาเล่นแร่แปรธาตุ  (เคมี) หลังจากชาวอาหรับเอาชนะเปอร์เซียแล้ว นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากเกิดขึ้นท่ามกลางชาวเปอร์เซีย
นักวิทยาศาสตร์ชาวเปอร์เซียMohammad al-Fazariได้ประดิษฐ์astrolabeอันเป็นเครื่องมือทางดาราศาสตร์และคอมพิวเตอร์แบบอนาลอกที่มีความสำคัญในการบอกและทำนายตำแหน่งของดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ ดาวเคราะห์ และดาวฤกษ์มุฮัมมัด อิบน์ มูซา อัลเคาะวาริซมี(Muḥammad ibn Mūsā al-Ḵwārizmī) ได้ให้ชื่อของเขากับสิ่งที่เราเรียกกันทุกวันนี้ว่าขั้นตอนวิธี(algorithm) และพัฒนาพีชคณิต(algebra) ยุคใหม่ ซึ่งแปลงมาจากคำภาษาอารบิกal-jabrจากชื่อบทความของเขาHisab al-jabr w’al-muqabala.
นักวิทยาศาสตร์ชาวเปอร์เซียนามAlhazen Abu Ali al-Hasan ibn al-Haytham(ค.ศ. 965-ค.ศ. 1040) หรือรู้จักในนามAlhazenได้พัฒนาทฤษฎีอันกว้างขวางที่อธิบายการมองเห็นโดยใช้เรขาคณิตและanatomyซึ่งกล่าวว่าแต่ละจุดบนพื้นที่หรือวัตถุเปล่งแสงจะแผ่รังสีของแสงในทุกทิศทาง แต่ว่ามีเพียงรังสีเดียวจากแต่ละจุดซึ่งกระทบตั้งฉากกับดวงตาเท่านั้นที่จะมองเห็นได้ รังสีอื่นจะกระทบในมุมอื่นและมองไม่เห็น เขาใช้ตัวอย่างเป็นกล้องรูเข็มซึ่งให้ภาพหัวกลับ เพื่อสนับสนุนแนวคิดของเขา นี่ขัดแย้งกับทฤษฎีของปโตเลมีเกี่ยวกับการมองเห็นที่ว่าวัตถุถูกเห็นโดยลำแสงที่เปล่งออกมาจากตา Alhazen ยังถือว่ารังสีของแสงเป็นลำของอนุภาคเล็ก ๆ ที่เคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วจำกัด เขาแก้ไขทฤษฎีการหักเหของแสงของปโตเลมีและไปยังกฎของการหักเห
เขายังทำการทดลองแรกเกี่ยวกับการกระจายของแสงเป็นสีองค์ประกอบต่าง ๆ งานหลักของเขาKitab-at-Manazirถูกแปลเป็นภาษาละตินในยุคกลางเช่นเดียวกับหนังสือของเขาที่พูดถึงสีของพระอาทิตย์ตกดิน เขาไปไกลถึงทฤษฎีของปรากฏการณ์ทางกายภาพต่าง ๆ เช่น เงา คราส และรุ้ง เขาพยายามจะอธิบาย binocular vision และให้คำอธิบายที่ถูกต้องของการขยายขนาดปรากฏของดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์เมื่อยู่ใกล้เส้นขอบฟ้า ด้วยงานวิจัยที่กว้างขวางทางด้านทัศนศาสตร์เหล่านี้ จึงได้รับการพิจารณาเป็นบิดาแห่งทัศนศาสตร์ยุคใหม่
Al-Haytham ยังโต้แย้งได้ถูกต้องว่าเราเห็นวัตถุเพราะรังสีของแสงจากดวงอาทิตย์ ซึ่งเขาเชื่อว่าเป็นลำของอนุภาคเล็กจิ๋วเคลื่อนที่เป็นเส้นนตรง และสะท้อนจากวัตถุไปยังดวงตาของเรา เขาเข้าใจว่าแสงต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงแต่มีค่าจำกัด และการหักเหเกิดขึ้นจากความเร็วต่างกันในสารที่ต่างกัน เขายังศึกษากระจกทรงกลมและทรงพาราโบลา และเข้าใจวิธีการหักเหโดยเลนส์จะทำให้ภาพโฟกัสและขยายเมื่อเข้าที่ เขายังเข้าใจในเชิงคณิตศาสตร์ว่าทำไมกระจกทรงกลมจึงเกิดคามคลาดขึ้น
ในคริสต์ศตวรรษที่ 12การกำเนิดของmedieval universityและการค้นพบใหม่ของงานจากนักปรัชญาโบราณผ่านการติดต่อกับชาวอาหรับในช่วงกระบวนการReconquistaและCrusadesได้เริ่มการกลับมาใหม่ทางความรู้ของยุโรป
ในคริสต์ศตวรรษที่ 13การเริ่มต้นของกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ยุคใหม่สามารถพบเห็นได้แล้วในคำเน้นย้ำของRobert Grossetesteในเชิงคณิตศาสตร์ถึงวิธีที่จะเข้าใจธรรมชาติ และในเชิงทดลอง โดยโรเจอร์ เบคอน
เบคอนนำการทดลองมาสู่วิชาทัศนศาสตร์ ถึงแม้ว่าส่วนใหญ่จะเหมือนกับสิ่งที่เคยทำหรือกำลังทำอยู่ในเวลานั้นโดยปราชญ์ชาวอาหรับ เขาได้สร้างคุณประโยชน์หลักในยุโรปยุคกลางโดยเขียนหนังสือไปยังพระสันตปาปาเพื่อการศึกษาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติเป็นวิชาในมหาวิทยาลัย และรวบรวมงานบันทึกความรู้ทางวิทยาศาสตร์ในหลายสาขาวิชาในเวลานั้น เขาบรรยายวิธีสร้างกล้องโทรทรรศน์ที่เป็นไปได้ไว้ แต่ไม่มีหลักฐานชัดเจนว่าเขาได้สร้างมันขึ้นมาจริง เขาบันทึกวิธีที่เขาทำการทดลองด้วยรายละเอียดที่แม่นยำจนคนอื่นสามารถทำซ้ำและทดสอบผลของเขาในอย่างอิสระ - นั่นคือสิ่งสำคัญของกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และเป็นการสานต่องานของนักวิจัยเช่นAl Battani
ในคริสต์ศตวรรษที่ 14นักปราชญ์บางคน เช่นJean BuridanและNicolas Oresmeได้เริ่มตั้งคำถามถึงหลักของกลศาสตร์แบบอริสโตเติลโดยเฉพาะ Buridan ได้พัฒนาทฤษฎีของแรงกระตุ้นซึ่งเป็นก้าวแรกสู่แนวคิดยุคใหม่ของความเฉื่อย
ในส่วนของ Oresme เขาได้แสดงว่าเหตุผลในฟิสิกส์ของอริสโตเติลที่ต้านการเคลื่อนที่ของโลกนั้นใช้ไม่ได้ และยังอ้างข้อโต้แย้งอันเรียบง่ายกว่า คือ โลกเคลื่อนที่ไม่ใช่สวรรค์ คำโต้แย้งทั้งหมดในเรื่องการเคลื่อนที่ของโลกของ Oresme นั้นทั้งกระจ่างและชัดเจนกว่าที่ให้ในสองศตวรรษถัดมาโดยโคเปอร์นิคัสเสียอีก เขายังเป็นคนแรกที่ถือว่าสีและแสงเป็นของในธรรมชาติเดียวกันและยังค้นพบความโค้งของแสงเมื่อผ่านการหักเหที่บรรยากาศแม้กระนั้น จนบัดนี้ชื่อเสียงสำหรับความสำเร็จนี้ถูกยกให้กับคนถัดมา คือฮุค
ในคริสต์ศตวรรษที่ 14 ยุโรปต้องสั่นคลอนเนื่องจากBlack Deathซึ่งเกิดความไม่สงบทางสังคมอย่างใหญ่หลวง แม้ว่าจะมีการชะงักในช่วงนั้นคริสตรรษที่ 15ยังคงเป็นยุคแห่งความเจริญทางศิลปะของเรเนสซองซ์การฟื้นคืนของอักษรโบราณก็ได้รับการแก้ไขเมื่อปราชญ์ชาวByzantineจำนวนมากต้องหาที่หลบภัยในตะวันตกหลังจากกรุงคอนสแตนติโนเปิลเสียเมือง(Fall of Constantinople) เมื่อ ค.ศ.1453ในขณะนั้น การประดิษฐ์การพิมพ์เกิดขึ้นเพื่อสร้างความเท่าเทียมในการเรียนรู้และทำให้แนวคิดใหม่ๆ แพร่หลายได้รวดเร็วขึ้น ทั้งหมดนี้ปูทางไปสู่การปฏิวัติวิทยาศาสตร์ซึ่งเข้าใจได้ว่าเป็นการเริ่มใหม่ของกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางวิทยาศาสตร์หลังจากชะงักไปในราว กลางคริสต์ศตวรรษที่ 14