从19世纪初到20世纪20年代末期，物理学基础理论发展取得了一系列重大突破，这些突破推动了我们对微观世界和宏观宇宙的认知和理解。
其中最重要的成就之一，就是人们对基本粒子的研究取得了重大发现。人们逐渐认识到原子不再是组成物质的不可分割的最小单元。
这一发现不仅推动了基础物理学的发展，还为后来的核物理学和高能物理学的诞生奠定了基础。
另一个重要的突破就是科学家们对“光”进行了深入的研究。
以爱因斯坦的相对论和普朗克的量子理论最为著名。这些研究成果颠覆了经典物理学的大厦，在牛顿的经典力学之外，发展了两个既不相关、又相互衬托的理论。这些理论揭示了光的本质，对现代通讯技术、光电子学、天体物理学等领域的发展产生了巨大的影响。
此外，在宇宙学领域，人们对于宇宙的起源和发展也有了更为深刻的认识。
基于爱因斯坦的广义相对论，人们对大爆炸的逆向推演、宇宙的起源、星系结构的演化进行深入的研究。天文学家们通过观测发现宇宙中的类星体、黑洞、暗物质等神秘的存在，这些发现激发了人们对于宇宙规模和演化的更加深刻的思考。
这些基础突破不仅在理论上贡献巨大，也为现代技术的发展和应用提供了有力的支撑。从核能到电力电子技术，从计算机到航空航天技术；同样，基础民生领域的发展都得益于基础物理学的突破性发展。这些成就不仅是物理学家们的辉煌成果，更是人类智慧和勇气的结晶，它推动了人类认知能力、想象能力的进步，也为我们探索宇宙的奥秘拓宽了视野。
物质和能量
物质由原子组成这个观点最早由古希腊人德谟克利特提出。19世纪初，英国化学家、物理学家约翰·道尔顿(John Dalton)重新提出了这一观点，道尔顿认为原子是不可分割的。
但在20世纪初，新西兰人欧内斯特·卢瑟福(Ernest
Rutherford)等科学家通过实验证明，原子内部仍然存在更加微小的结构。大约在同一时期，德国理论物理学家阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)证明了物质和能量是等价的。与此同时，物理学的一个新领域：量子理论提出光既可以表现为波，也可以表现为粒子。到20世纪20年代末，人们发现原子核是由质子和中子组成的，并且发现这两种微观粒子是由一种新发现的力：强作用力，联结在一起。同时这个时候还发现了反物质：除了带有相反的电荷外，反物质与物质完全相同，物质和反物质的结合可以发生湮灭，释放出纯能量。
原子结构的发现与不断修正
19世纪初，科学家们才真正开始了解原子的本质和构成。
1803年，约翰·道尔顿提出了原子理论。道尔顿把原子描绘成极小的球体，就像微小的台球一样，没有内部结构，不能被再细分、创造或毁灭。认为所有物质都是由不可分割的小粒子组成的。
1897年，英国物理学家约瑟夫·汤姆逊发现了电子，这是一种带负电荷的亚原子粒子。他还提出了原子的“葡萄干布丁”模型，即认为原子是由正电荷的球体和嵌在球体内部的负电荷电子组成的。
1904年，日本物理学家长冈半太郎(Hantaro Nagaoka)提出，一个原子有一个中心原子核，电子围绕原子核在一个或多个环中运行，就像土星的环一样。
1909年，欧内斯特·卢瑟福在放射性物质中发现了α粒子，并发现这些粒子会在电场中发生偏转或反弹。他由此提出了新的原子模型，即认为原子是由一个带正电荷的核心和绕核心运动的带负电的电子组成的。
1913年，丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels
Henrik David Bohr)提出了玻尔理论，描述了电子在原子中的能级结构和电子如何吸收和放出能量。这些概念对理解原子光谱和化学反应具有重要意义。
1926年奥地利物理学家埃尔温·薛定谔(Erwin Schrödinger)描述了新的原子结构，这在当时引起了极大的关注和重视。薛定谔的原子模型是基于量子力学的理论模型发展出来的，它描述了原子中电子的运动和能量状态。在模型中，原子由一个非常小的原子核和围绕它运动的电子组成。
薛定谔的原子模型与传统的玻尔原子模型有很大的不同。在传统的玻尔模型中，电子的轨道是确定的，而且电子在轨道上运动时能量也是确定的。但在薛定谔的原子模型中，电子的位置和能量状态并不是确定的，而是呈现出一种概率分布的形式。
具体来说，薛定谔的原子模型将电子描述为一种波函数。这个波函数可以用来计算电子的概率密度分布，即在空间中找到这个电子的概率。电子的能量状态则由波函数的频率和振幅决定。
通过这些发现，科学家们逐渐了解了原子的结构和组成原子的亚原子粒子都有哪些，为后来的量子力学和其他领域的发展奠定了基础。
那些遥远的恒星
时间，大约与原子理论的发展是同步的，科学家在理解宇宙的真实大小方面也取得了巨大进展。
1838年，德国天文学家弗里德里希·贝塞尔(Friedrich Bessell)使用一种称为恒星视差的方法，首次对太阳以外的恒星进行了“可靠”的距离测量。这颗恒星虽然是离太阳最近的恒星之一，但在当时似乎远得难以想象，当时测量的结果是10.3光年，也就是这颗恒星发出的光要10.3年以后才能到达地球。
受测量方法所限，直到1912年，人们才发现了一个可以用于估算更多遥远恒星距离的方法。发现者是一位名叫亨丽埃塔·莱维特(Henrietta Leavitt)的美国人。她突破性的测量方法涉及一类被称为造父变星的恒星，这种恒星的亮度会周期性变化。莱维特发现了这些恒星的周期和亮度之间的联系，这意味着如果两者都能被测量出来，人们就能更准确地估计出它们与我们的距离。几年后，人们发现一些恒星远在数万光年之外，而天空中一些模糊的螺旋状星云斑块，当时被称为“螺旋星云”，似乎也远在数百万光年之外。
1912年至1917年间，美国天文学家维斯托·斯莱弗(Vesto Slipher)研究了几个“螺旋星云”，发现其中许多星云正在高速远离地球而去，而另一些正在接近地球。他通过测量星云发出的光的一种被称为“红移或蓝移”的现象发现了这一点。这些星云相对于星系的其他部分以如此之快的速度移动，似乎很奇怪。
1920年，在维斯托·斯莱弗的推动下，一场“这些星云是否可能是我们银河系之外的独立星系”正式的辩论开始了，但辩论并没有得到结果。在几年之内，另一位美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)找到了答案。
星系的远离
光的红移，当像星系这样的物体高速后退（远离我们）时，它发出的光波就会被拉长。这导致星系光谱中的特征向红色(长波长)端移动。这是光的红移。
光的蓝移，快速靠近的物体发出的光波看起来被压扁了，这些光线在光谱中的特征就是向蓝色(短波长)端移动。这是光的蓝移。
