Наука значительно продвинулась вперед в течение 20-го века. В физических науках и науках о жизни произошли новые и радикальные изменения, основанные на прогрессе 19-го века.

Теория относительности и квантовая механика

Начало 20-го века положило начало революции в физике. Было показано, что давние теории Ньютона не верны при всех обстоятельствах. Начиная с 1900 года Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Нильс Бор и другие разрабатывали квантовые теории для объяснения различных аномальных результатов экспериментов путем введения дискретных уровней энергии. Квантовая механика не только показала, что законы движения не действуют в малых масштабах, но и общая теория относительности, предложенная Эйнштейном в 1915 году, показала, что фиксированный фон пространства-времени, от которого зависели как ньютоновская механика, так и специальная теория относительности, существовать не может. В 1925 году Вернер Гейзенберг и Эрвин Шредингер сформулировали квантовую механику, которая объяснила предыдущие квантовые теории. Наблюдение Эдвина Хаббла в 1929 году о том, что скорость, с которой удаляются галактики, положительно коррелирует с их расстоянием, привело к пониманию того, что вселенная расширяется, и формулировке теории Большого взрыва Жоржем Леметром. В настоящее время общая теория относительности и квантовая механика несовместимы друг с другом, и предпринимаются усилия по их объединению.

Большая наука
В 1938 году Отто Хан и Фриц Штрассман открыли ядерное деление с помощью радиохимических методов, а в 1939 году Лиз Мейтнер и Отто Роберт Фриш написали первую теоретическую интерпретацию процесса деления, которая позже была усовершенствована Нильсом Бором и Джоном А. Уилером. Дальнейшие события произошли во время Второй мировой войны, что привело к практическому применению радара и разработке и использованию атомной бомбы. Примерно в это же время Цзянь-Шиунг Ву был нанят Манхэттенским проектом для оказания помощи в разработке процесса разделения металлического урана на изотопы U-235 и U-238 методом газовой диффузии. Она была экспертом-экспериментатором в области бета-распада и физики слабых взаимодействий. Ву разработал эксперимент (см. Эксперимент Ву), который позволил физикам-теоретикам Цунг-Дао Ли и Чен-Нин Янгу экспериментально опровергнуть закон четности, за что им была присуждена Нобелевская премия в 1957 году.

Хотя этот процесс начался с изобретения циклотрона Эрнестом О. Лоуренсом в 1930-х годах, физика в послевоенный период вступила в фазу того, что историки назвали “Большой наукой”, требующей огромных машин, бюджетов и лабораторий для проверки своих теорий и выхода на новые рубежи. Главным покровителем физики стали правительства штатов, которые признали, что поддержка “фундаментальных” исследований часто может привести к технологиям, полезным как для военного, так и для промышленного применения.

Большой взрыв
Джордж Гамов, Ральф Альфер и Роберт Герман вычислили, что фоновая температура Вселенной должна свидетельствовать о Большом взрыве. В 1964 году Арно Пензиас и Роберт Уилсон обнаружили фоновое шипение в 3 Кельвина в своем радиотелескопе Bell Labs (рупорная антенна Холмделя), которое подтвердило эту гипотезу и легло в основу ряда результатов, которые помогли определить возраст Вселенной.

Освоение космоса
В 1925 году Сесилия Пейн-Гапошкин определила, что звезды состоят в основном из водорода и гелия. Астроном Генри Норрис Рассел отговорил ее от публикации этого открытия в ее докторской диссертации из-за широко распространенного убеждения, что звезды имеют тот же состав, что и Земля. Однако четыре года спустя, в 1929 году, Генри Норрис Рассел пришел к тому же выводу, используя другие рассуждения, и открытие в конечном итоге было принято.

В 1987 году астрономы на Земле наблюдали сверхновую SN1987A как визуально, так и с помощью детекторов солнечных нейтрино в Камиоканде, что стало триумфом нейтринной астрономии. Но поток солнечных нейтрино был лишь частью его теоретически ожидаемого значения. Это несоответствие привело к изменению некоторых значений в стандартной модели для физики элементарных частиц. новости