現代物理學

廣義上係指廿世紀開始嘅一套物理學理論，包含量子力學、狹義相對論、同廣義相對論等嘅理論框架。

背景

廿世紀初嗰陣，物理學界發現咗一啲打前嘅古典物理學理論解釋唔到嘅現象，於是有愛因斯坦同普朗克等一班有才華嘅物理學家合作諗出咗一啲新嘅理論。呢啲理論嘅特徵係，佢哋放棄咗一啲古典物理學當中有問題嘅假設，例如古典物理學假設咗能量同質量係兩樣獨立嘅嘢，而量子力學就放棄咗呢個諗法。狹義上，現代物理學嘅理論框架主要包括咗以下嘅理論：
量子力學：講原子同原子啲組成部份嘅理論，並且提出咗一個重要嘅諗法－所有物質都可以想像成波動，例如量子力學嘅呢條式：
；
呢條式當中嘅  係波長， 係普朗克常數， 係嚿物質嘅動量，而動量等如嚿物質嘅質量乘速度；呢條式顯示，一件物件可以同時具有波長以及質量－打破咗古典物理學嘅假設。
狹義相對論同廣義相對論：放棄咗絕對時空嘅諗法，探討時間、空間、同萬有引力呢啲嘢之間嘅相互關係嘅理論，好似係狹義相對論當中講嘅時間膨脹現象噉：
；
呢條式講嘅係，「一個移動緊嘅觀察者所經過嘅時間」等如「一個靜止嘅觀察者所經過嘅時間」除以「1 減移動觀察者嘅速度嘅二次方除光速嘅二次光」嘅開方；呢條式顯示，兩件物件可以因為有相對速度而過嘅時間唔同－破除咗絕對時空嘅假設。

呢啲理論解釋得到好多古典物理學理論解釋唔到嘅實驗結果，例如係：
光電效應；
黑體輻射，古典物理會推出紫外災變；
氫原子能夠存在，而佢嗰粒電子唔會喺 0.000000000001 秒之內撞落去粒質子嗰度。
... 呀噉。

量子力學 

量子力學呢套理論嘅其中一個基本諗法係：

以光電效應實驗做例子：想像有場實驗佈置似幅附圖噉；19 世紀嘅物理學上已知某啲金屬對可見光同 UV 等嘅電磁波敏感，畀電磁波射到嗰陣會有電子由嚿金屬嘅表面嗰度射出嚟；而家想像實驗者駁好嗮電極，射一束頻率  嘅電磁波落嚿金屬度，當中
發射極係射電子嗰嚿金屬；
光電子係發射極因為界光射到而射出嚟嘅電子；
A 係量度股電流有幾勁嘅架生；

實驗展示，發射極入面嘅電子的確會吸收能量，掙脫佢哋所屬嘅原子，喺個電路入面流動，產生電流。

不過實驗者搵到嘅結果，由古典物理學嘅角度有啲怪異：光電效應實驗入面有一個閾值頻率 －
如果 ，無論束光強度幾高都唔會有任何電流產生，
但如果 ，噉就算束光強度好低，都照樣可以有光電子產生，
當時嘅新進物理學家就提出咗個革新性嘅諗頭，話噉係因為啲能量係論件計嘅：光係論件計、冇得再砍件嘅能量；而一束光入面每「件」能量嘅大細同條光束嘅頻率成正比，

喺呢條式入面， 係粒光子嘅頻率。如果束光嘅頻率太低，每一「件」能量就會細過頭，搞到粒光子撞落粒電子度嗰陣，唔能夠傳達足夠嘅能量，畀粒電子掙脫佢所屬嗰粒原子。噉就成功解到光電效應。

「光嘅能量唔係斬幾細件都得嘅」呢個諗法亦都表示，光具有「有限分得」呢個本嚟認為係物質先有嘅特性。

相對論 

另一方面，相對論亦都係喺廿世紀早期崛起嘅。當時嘅物理學界俾幾個謎團困擾，其中一個係緲子之謎：緲子係一種特殊粒子，佢哋由地球地面以上幾公里嘅大氣層嗰度以超過光速 90% 嘅速度飛落地面。一般嚟講，緲子嘅半衰期淨係得 2.197 微秒左右。根據古典物理學，如果一粒緲子以光速 99% 嘅速度飛向地面，佢大概率只會飛大約 650 米咁長距離－跟住喺下一刻佢就會消失。但出乎意料嘅事實係，非常之多嘅緲子依然可以飛超過 650 米咁長距離，撞落地球表面，俾地表嘅感應器探測到－呢點同古典物理學作嘅預測唔夾。

愛因斯坦喺呢段時期提出咗狹義相對論。呢個理論框架假設咗一樣嘢：無論一個觀察者嘅速度係點，佢所見到嘅光速都會係一樣嘅；由呢一點當中，愛因斯坦推導咗一柞公式出嚟，描述時間同速度之間嘅關係，包括咗時間膨脹嘅概念。根據時間膨漲，一件物體郁動速度趨近光速嗰陣時，佢過緊嘅時間會變慢，而嗰件物體過緊嘅時間同佢嘅速度之間嘅關係可以用一條方程式嚟表達：

；當中  代表光速。

呢條式解釋得到緲子之謎：根據狹義相對論，當一粒緲子以光速 99% 嘅速度飛行嗰陣，佢過緊嘅時間會變慢－令佢可以喺自己消失之前飛到超過 650 米嘅距離。後嚟啲物理學研究者用條式計咗一計，發現呢條式真係準確噉預測到緲子嘅行為，為愛因斯坦個理論提供咗實證支持。

衝擊 
現代物理學個理論框架顛覆咗好多當時物理學界嘅固有諗法，令物理學界發現古典物理學查實係一套唔完整嘅世界觀－雖然古典物理學喺好多場合度都仲係有用，但係喺某啲情況下就會失效。一般嚟講，物理學界認為喺當研究嘅對象
明顯大過原子；同
速度明顯低過光速；

嗰陣時，古典物理學先至會啱用。根據條時間膨脹方程式，一件嘢郁動速度明顯低過光速嗰陣、 就接近零－於是乎件嘢過緊嘅時間就近似外界嘅時間。

另一方面，量子力學入面「光係一束束嘅能量」呢個諗頭源自波粒二象性嘅諗法。呢個諗法指出，微觀粒子同時會有波動同粒子嘅特性。例如係光噉，光喺古典物理學當中俾人當係波動嘅一種，而唔係物質；但量子力學就話，光有某啲粒子先至有嘅特性－好似係光電效應所顯示咗嘅「冇得砍件」呢樣特質。而事實係，後嚟嘅實驗又發現咗，電子－本嚟俾人認為係粒子嘅一種－都好似波動噉樣、曉得繞射。於是乎就產生咗一個問題：本嚟物理學界諗住波動同粒子－能量還能量，物質還物質－係完全唔同嘅兩樣嘢，但而家知道咗之前認為佢係粒子嘅嘢可以出現好似波動噉嘅行為，而之前認為佢係波動嘅嘢可以出現好似粒子噉嘅行為，噉到底代表咗啲乜？

哥本哈根詮釋係廿一世紀初最常見嘅量子力學詮釋。根據呢個詮釋，一粒粒子嘅波動係表示緊嗰粒粒子喺唔同位置嘅機會率－喺做量度前，粒粒子會喺空間入面有個波動，每個位置嘅波動大細表示「嗰粒粒子喺嗰個位嘅機會率」，當一粒粒子喺某個位置有大幅度嘅波動嗰陣，噉就表示佢有好大機會喺嗰個位置嗰度，而如果佢喺某個位置嘅波動幅度細嘅話，即係表示佢喺嗰個位置嘅機會好細。當有個觀察者做量度嗰陣，個波動會崩塌，然後粒粒子會出現喺其中一個位置。呢個諗法好大膽，而且又引致一個問題：如果呢個詮釋係啱嘅，噉即係話宇宙入面至少有一啲現象喺本質上係隨機嘅。呢點令到古典嘅決定論大受打擊。到咗今日，雖然仲有唔少物理學家詏緊應唔應該接受哥本哈根詮釋，但一般都認為古典嘅決定論已經崩潰－現代物理學改革咗世人對宇宙本質嘅了解。

攷

物理