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不相容的，但为了说明所有可能的实验又都是必要的。这两类彼此排斥的概
念在描述微观粒子性质所具有的二重性时是互补的。
原子核物理学
1939 年 1 月 6 日，玻尔到美国出席一次物理学家会议，把原子核分裂的
消息告诉了与会的科学家们，这些人兴奋无比，很多人立即着于研究，在数
周内，一再证实了铀裂变的存在，并发现了铀裂变时原子核放出的巨大能量。
毫无疑问，链式反应的实现，会在极短的时间内放出巨大的能量，从而为制
造原子武器提供可能。
由于德国的科学家曾参与了核裂变研究，还由于当时美国的情报证实纳
粹分子正在组织人力研究链式反应，在美国的物理学家中有人感到，有必要
抢在德国之前尽快制造出原子弹。1939 年 8 月，一封由西拉德谋划、由最有
声望的科学家爱因斯坦签名的信，经一位与白宫关系密切的经济学家萨克斯
交到了美国前总统罗斯福（1882～1945）手中。1940 年，美国的物理学家们
采取了共同保守有关核裂变和链式反应研究全部秘密的紧急措施。1941 年 12
月，美国制造原子弹的“曼哈顿工程”正式上马。奥本海默（1904～1967）
被任命为洛斯—阿拉莫斯实验室主任，领导原子弹的设计和研制。1945 年 7
月，世界上第一颗原子弹在美国西部沙漠上试验成功。同年 8 月，美国在日
本的广岛和长崎共投下了两颗原子弹，它们的爆炸是人类历史上最惨烈的第
二次世界大战的巨大尾声。
第二次世界大战后，前苏联于 1949 年 2 月、英国于 1952 年 1 月，都成
功地爆炸了原子弹。1964 年 10 月，中国加入了拥有核武器国家的行列。继
中国之后，印度也于 80 年代拥有了原子弹。
1952 年 11 月，美国试验成功了第一颗核聚变武器——氢弹，9 个月后，
前苏联的氢弹也爆炸成功。1967 年，中国成功地爆炸了第一颗氢弹。
核能技术不仅被应用在武器方面。1954 年 1 月，美国人制成了世界第一
艘核动力潜艇“鹦鹉螺”号，1954 年 6 月，前苏联在奥布宁斯克建成了世界
第一座核电站，1957 年 12 月，美国人建成了希平港核电站，英、法、德等
国也都相继发展了核电站。中国自行设计的第一座核电站—一浙江秦山核电
站已经于 1992 年正式运行发电。
相对论
爱因斯坦对物理学的最大贡献是相对论。相对论提出了对宇宙的一种新
观点，爱因斯坦也因此被公认为 20 世纪最伟大的科学家。
根据狭义相对论，爱因斯坦指出：物体相对于观察者运动时，沿相对运
动的方向上，它的长度会缩短，速度越大，缩短越多，即运动的尺子要缩短；
时钟相对于观察者运动时会走得慢些；光速是物质运动的极限速度；如果两
个事件在一个惯性系中是同时但不是在同地发生的，那么它在相对于该惯性
系匀速运动的另一个惯性系中则不会是同时发生的，即同时性也是相对的；
在物体运动速度远小于光速的情况下，相对论力学就变成了牛顿力学。
在建立了狭义相对论之后，爱因斯坦又研究了引力问题。在牛顿力学中，
物体有两种质量：牛顿第二定律中的惯性质量和万有引力定律中的引力质
量。尽管牛顿推算出这两种质量是相等的，但却没有作出理论上的解释。匈
牙利人厄缶（1848～1919）曾用实验证明这两种质量是相等的。以两种质量
相等为基础，爱因斯坦在 1913～1916 年间提出了著名的等效原理和广义协变
原理，建立了新的引力理论——广义相对论。
现代天文学的发展
观测手段的进步
伽利略最先把望远镜指向太空，使天文学研究进入了望远镜观测的时
代。近代以来，望远镜的口径不断增大，观测的距离和清晰度不断增加。自
19 世纪照相术发明以来，照相方法逐步被应用到天文研究方面。由于光学的
进步，分光方法在天文研究中得到了进一步的应用。分光方法是指让星光通
过棱镜或光栅，使之按波长大小排列，形成光谱进而研究的方法。牛顿用棱
镜分解日光是分光方法的开始。50 年代以来，随着航天技术的发展，人们已
经不再局限于在大气层以内进行天文观测了，而开始了大气层外的天文观测
活动。在这方面最著名的例子是 1990 年 4 月由美国人通过航天飞机送入太空
的哈勃望远镜。
20 世纪天文研究方面具有革命性意义的是射电天文学的出现。射电天文
学使天文观测的范围从可见光频率扩展到了所有电磁波谱的频率范畴，开辟
了对不可见天体的研究，在某种意义上导致了 20 世纪天文学的革命性进展。
宇宙有多大
现代天文学的进展最后趋向了可观测的宇宙有限的结论，而这一宇宙有
限的观点正是随着天文学家所能观测到的宇宙范围越来越广而提出来的。
1923～1924 年间，美国人埃德温·哈勃（1889～1953）用当时世界上最大的
反射式光学望远镜（口径为 2．5 米）确认仙女座大星云不是银河系的弥漫星
云，而是银河系以外的恒星系统。目前，用最大的反射式光学望远镜，可以
看到 30 亿光年远的宇宙，但是，由于射电天文学的出现，光学望远镜所能达
到的极限已不能作为人类认识宇宙广度的界限了。
目前用光学望远镜看到的 30 亿光年远的星系，已达到了可观测宇宙 1／3
的深度，而用射电望远镜所看到的 100 亿光年远的星系，已经达到可观测宇
宙的边际了。
宇宙演化理论
爱因斯坦、德西特的宇宙与弗里德曼和勒梅特的膨胀宇宙开始引起天文
学家们的广泛注意和研究。
弗里德曼和勒梅特的宇宙是一个膨胀着的宇宙，而膨胀总是从物质密度
无穷大时开始的。1932 年，勒梅特从他的模型出发，提出了一个宇宙演化学
说，认为整个宇宙的物质最初集中在一个超原子宇宙蛋里，后来发生猛烈爆
炸，碎片向四面八方散开，形成了今天的宇宙。但他当时还没有完全足够的
核物理学知识来描述宇宙蛋爆炸后宇宙演化的具体过程和细节。另外，勒梅
特还低估了宇宙的年龄，这是因为当时哈勃所给出的宇宙尺度只有 20 亿光
年。后来巴德研究河外星系时得到了新的结论，宇宙的尺度增加了 20 倍，宇
宙的年龄也由勒梅特的 20 亿年增至 50～60 亿年。
尽管如此，大爆炸宇宙论还不是一个完善的理论，它还不能从物理学的
观点说明宇宙初始点的条件，也不能有把握地预言宇宙的终结。
现代地学的发展
大陆漂移说和地幔对流说
近代欧洲人研究了岩石的成因。在这方面产生了两种主要的观点：水成
论和火成论。
1893 年，美国人威廉斯（1847～1918）提出了地质年代学的概念，企图
按地质构造来确定地壳岩层的年龄。但这方面的认真研究是 20 世纪才开始
的。由于放射性元素有一个固定的半衰期，在半衰期内、核数目会减少到原
有数目的一半。所以，研究地壳岩石中元素的各种稳定和不稳定同位素的丰
度和它们之间比值的变化，便可以确定矿物、岩石的地质年龄。
但一般来说，人们普遍认为地球表面的大陆是静止的，没有运动。近代
的地质科学还没有关于大陆运动的思想。
1912 年 1 月，德国人魏格纳（1880～1930）在马尔堡科学协进会作了题
为《大陆的水平位移》的演讲，提出了关于大陆漂移的假说。1915 年，魏格
纳利用服兵役的病假期写成了《海陆的起源》一书，从地球物理学、地质学、
古生物学和生物学、古气候学、大地测量学等 5 个方面详细论述了他的大陆
漂移说。这是第一个关于大陆运动的系统学说。魏格纳认为，全世界的所有
大陆原来是一个被整海（泛大洋）包围着的整陆（泛大陆），由于潮汐和地
球自转的作用，巨大的大陆岩体分裂成几块，慢慢分开，漂浮在玄武岩底的
海洋上，向各个方向移动，经过几亿年的时间，这些移动形成了世界各大洋
大洲今日的面貌。
1928 年，英国人霍尔姆斯提出了著名的地幔对流说。霍尔姆斯认为，地
壳下的地幔物质可以发生热对流，上