19世纪后期，已经显现出未来科学繁荣的曙光。一个世纪积累起来的丰富科 学瑰宝必将成为 20世纪科学繁荣的基础。也许19世纪的科学大师们并没有想到，虽然他们创立了完备的体系，作出了重大的发现，但是与新世纪的接班人相比，那些只不过是姹紫嫣红的花园的一角。世纪之交， X光、天然放射性和电子的发现，把人类带入到一个科学的新天地，更凸显了这片无止境的疆域的神奇和广袤，激励着一代又一代执著探索自然奥秘的勇士。

20世纪的科学家们竭尽全力探寻万物之理的法则，讨究造化之炉的奥秘，破译生命之谜的谜底，构建新的自然图景，创造巧夺天工的业绩，推动了科学技术在20世纪突飞猛进的发展。今天，科学文明已渗透到世界每一个角落，影响着人们生活的方方面面。诺贝尔科学奖的设立就是要表彰那些为了增进人类的福祉，而孜孜以求，辛勤耕耘，并有所创造、有所发明的科学家们，使他们成为世人景仰的明星。

进入电力时代（一）

　　法拉第 1831年发现了磁铁同导线相对运动时，导线中有电流产生。他所发现的电磁感应定律， 成为发电机的理论基础。法拉弟的发现为人类开辟了一种新的能源，电力时代的大门由此开启。

1864年，年青的麦克斯韦利用当时数学家们在理论力学方面的研究成果，用一组偏微分方程来概括全部电磁现象，把法拉第的思想用数学语言表述出来。从此，电学、磁学、光学融合成一体，物理学完成了第三次伟大的综合。

进入电力时代（二）

1888年，物理学家赫兹发现了电磁波。他的实验研究除观察到电磁波是由电波和磁波组成外， 还进一步观察到电磁波的反射、折射、干涉和衍射，从而全面证实了麦克斯韦的理论。

　　电磁波的发现，为无线电通信开辟了道路。同时，对电的研究导致了电的广泛应用，如电报通讯、电镀和电灯等。 19世纪末无线电的发送、接收技术和20世纪初电子管的发明，开创了对20世纪科学技术突飞猛进的发展产生重大关键作用的新技术－－电子技术及其产业的发展。

分子运动论的确立

1858年意大利化学家康尼查罗发表论文令人信服地指出，只要接受50年前阿伏伽德罗提出的分子假说， 测定原子量、确定化学式的困难就可迎刃而解。这一思想迅速得到了各国化学家的赞同，现代原子－分子论终于瓜熟蒂落。

人们根据原子量，通过分析测试可以确定分子式，再按原子价和化学性质就可描绘出分子的结构式，并进而看出结构与性能之间的关系。但原子、分子是否真正存在的争论却一直持续到20世纪初。

揭示化学元素周期率

1869年，化学家门捷列夫通过对当时已知的63种化学元素的分析，机敏地发现了这些元素的性质与原子量的关系，提出了化学周期律。他依据这个规律，大胆预言了十几种未知元素的存在和它们的性质，后来被一一证实。

能量守恒定律

法国工程师沙第.卡诺第一个对蒸汽机的效率进行了精密的物理和数学分析。建立卡诺原理。

德国医生迈尔 1840年从荷兰到爪哇的船员静脉血的颜色的不同，发现体力和体热来源于食物中所含的化学能，提出如果动物体能的输入同支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上就必定守恒。1847年，德国物理学家赫耳姆茨于发表《论力的守恒》，第一次系统地阐述了能量守恒原理，从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示其运动形式之间的统一性，它们不仅可以相互转化，而且在量上还有一种确定不易的关系。能量守恒与转化使物理学达到空前的综合与统一。

现代原子论的提出

1803年，化学家道尔顿提出：化学元素是由非常微小的，不可再分的微粒－原子所组成。他的原子论为许多经验性的化学定律提供了清晰的理论解释，使人们认识到隐藏在纷纭复杂的化学现象背后的统一本质。

走向银河系

1783年至1802年，天文学家威廉.赫歇耳首次发现了太阳的自行，并确定了太阳所在的恒星系统－－银河系的形状和大小，证明太阳仍然不是宇宙的中心，从而使人类的认识又从太阳系扩展到银河系。

“科学世纪”的来临

以牛顿力学为代表的科学精神和方法的传播，导致了18世纪英国的工业革命、法国的政治革命和德国的哲学革命，从而形成了“技术机械化和人类理性化”的时代。科学进入19世纪后继续在征服蒙昧的过程中乘风破浪、扬帆远航。

19世纪，可以说是一个“科学总动员”的世纪。在经过了整整两个世纪的酝酿之后，科学终于登堂入室进入人类历史的正殿。19世纪，人类研究自然的视野不断拓宽，从太阳系拓展到银河系，从生物的整体深入到组成生物的基本单元细胞，从动植物到人类，从体表到体内，从物体到组成物体的基本单元分子和原子；这是一个创建理论体系的科学时代，涌现出一大批影响至今的科学理论：细胞学说，原子学说，进化学说，地质均变论，人类起源学说，电磁转换学说，能量守恒学说；这是一个科学推动技术和产业发展的世纪，化学理论的应用产生出化工产业，电磁理论的外延诞生出电力产业。当这个世纪即将结束时，已经微露出新世纪科技辉煌的曙光。普朗克的量子理论，麦克斯韦的电磁理论，为新物理学的诞生铺垫了道路，孟德尔的遗传学理论即将在新的世纪绽开绚丽的花朵。许多科学部门开始从经验的描述上升到理论的概括。科学对生产的指导作用真正开始出现，并直接导致了以电的广泛应用为主体的第二次技术革命。科学思想、科学精神和科学方法深入社会各个领域，对自然的探索也更多地转移到对人类理性的研究，科学在公民心中树立了良好的形象。19世纪真正成为“科学的世纪”。

19 世纪的三大自然发现，即达尔文生物进化论（ 1859 ）、能量守恒和转化定律，以及统一的电磁场理论，分别揭示了生命现象和物理现象的内在统一性，使人类对自然的认识和控制达到一个新的高峰。同时，就动力和生产工具而言，继蒸汽时代之后，人类又迎来了一个电力时代。正当人们惊叹于经典物理学的伟大成就，认为它已经穷尽万物之理，即将大功告成之际，科学进步的巨轮却已行进到又一个峰回路转的时刻：随之而来的 X 射线、天然放射性和电子的发现，打破了原子不可分的藩篱，将人类对自然的认识迅速推进到原子层次。科学家开始叩击原子的坚壳。原子大门的打开，足以使人类拥有无可置疑的力量迎接 21 世纪的挑战。

发现 X光

1894年，实验物理学家勒纳德在放电管的玻璃壁上开了一个薄铝窗，成功地使阴极射线射出管外。

1895年，物理学家伦琴在探索阴极射线本性的研究中，意外发现了X光。X光的发现，不仅揭开了物理学革命的序幕，也给医疗保健事业带来了新的希望。伦琴因此成为第一个诺贝尔物理学奖得主。

发现放射性
在对 X光的研究中，物理学家贝克勒尔发现只要有铀元素存在，就有贯穿辐射产生，由此证明，发射这种射线是铀原子自身的作用。放射性的发现，引起人们对原子核内部的研究的深入。学入原子内部和"分裂原子"从此，成为世纪之交时期科学领域中最振奋人心的口号。1903年，贝克勒尔与皮埃·居里和居里夫人因发现放射线荣获诺贝尔物理学奖。

更强的放射性元素

1898年，物理学家居里夫人在寻找比铀的放射性更强的物质的过程中，先发现了一种新的放射性元素，为纪念她的祖国波兰，她将其名命为"钋"。居里夫妇又花了4年时间，发现了镭，并在极端艰苦的条件下，从几吨沥清铀矿渣中分离出0.12克纯氯化镭后又终于，测出其原子量为225，其发出的射线比铀强200多万倍。这项重要工作，使她获1911年诺贝尔化学奖。

元素嬗变

1902年，物理学家卢瑟福与化学家索迪合作在对铀、镭、钍等元素的放射性研究中，提出了放射性元素的嬗变理论：放射性原子是不稳定的，它们自发性地放射出射线和能量，而自身衰变成另一种放射性原子，直至成为一种稳定的原子为止。这一理论轻而易举地解释了放射性元素为什么会放出巨大能量，并提出了"原子能"的概念。导致了对原子内部的新的认识。卢瑟福因此，获1908年诺贝尔化学奖。以后，卢瑟福和索迪等人进一步研究放射性元素递次变化（即衰变谱系）的线索，发现镭是由铀衰变而成的，铀的半衰期大约是几百万年，镭的半衰期是1千多年，随后经历了半衰期都很短的三个阶段，又变成了半衰期较长的放射钋， 最后变为稳定元素铅。索迪因此及对同位素起源和性质研究获 1921年诺贝尔化学奖。

　　元素嬗变理论打破了自古希腊以来人们相信的原子永远是不生不灭的传统观念，而认为一种元素的原子可以变成另一种元素的原子。开始，连卢瑟福本人也感到犹豫，因为这太像早已被化学家否定了的炼金术。　

发现 α射线

　　卢瑟福 1898年发现铀和铀的化合物所发出的射线有两种 不同类型：一种是极易吸收的，他称之为 α射线；另一种有效强的穿透能力，他称之为β射线。后来法国化学家维拉尔又发现具有更强穿透本领的第三种射线γ射线。由于组成α射线的α粒子带有巨大能量和动量，就成为卢瑟福用来打开原子大门、研究原子内部结构的有力工具。
　　 卢瑟福用镭发射的α粒子作“炮弹”，用“闪烁法”观察被轰击的粒子的情况。1919年，终于观察到氮原子核俘获一个α粒子后放出一个氢核，同时变成了另一种原子核的结果，这个新生的原子核后来被证实为是氧17原子核。这是人类历史上第一次实现原子核的人工嬗变，使古代炼金术士梦寐以求的把一种元素变成另一种元素的空想有可能成为现实。当时卢瑟福写了一本书就取名为《新炼金术》。

发现电子

　　 电子是在研究阴极射线的本质过程中得到的，阴极射线究竟是什么？物理学家汤姆逊设计了一个巧妙的实验装置，证实了阴极射线是由带负电荷的粒子组成的，并推算出其质量和电荷比值。得出来源于各种不同物质的阴极射线粒子都是一样的，而且是比原子小得多的粒子，其质量只是氢离子的千分之一。汤姆逊认定这种粒子必定是 “建造一切化学元素的物质”，也就是一切化学原子所共有的组成部分。

　　期间，物理学家佩兰利用当时刚问世的借助于散射光，分辨率比普通显微镜高 20倍的超显微镜开展了一系列检验布朗运动理论的实验，于1909年发表了《布朗运动和分子实在性》的论文，引起强烈的反响，佩兰1926年获物理奖。至此，各国科学家一致认为，分子和原子的实在性已没有怀疑的余地了。正如爱因斯坦所说的那样“分子和原子是否存在的问题是他在大学时代关心和讨论的一个重大问题，而今天再也没有物理学家为这个问题而操心了”。

分子和原子论的确立

　　 分子和原子论的确立经历了18、19两个世纪，产生过激烈争论。玻耳兹曼不仅从哲学上和方法论上，而且例举了气体分子运动论的最新实验证据，坚信原子论学说。1890年， 他就声言： "理论的任务在于构造外在世界的图像，这种图像只存在于我们的头脑之中，用以指导我们的一切思想和一切实验。""理论研究愈抽象，也就会愈有力。"但当时，反对者的力量很强大，他几乎孤立无援，1898年他在自已编写的《气体理论讲义》第二卷序言中伤感而愤慨地宣告："我意识到，单凭个人孤军奋战，不足以抗击时代的潮流"，"如果气体理论由于一时对它的敌视态度而暂被遗忘，科学将出现大灾难，（光的）波动论由于受到牛顿权威的影响（而一度被遣忘）就是先例"。长期以来对当时科学思想界状况的那种愤世嫉俗的情绪使他非常抑郁，成为他自杀的重要原因。普朗克在他的《科学自传》中回顾了原子论确立的斗争历史后，很有感慨地说："科学的重大革新很少通过说服反对者并使他们转变立场来实现，索耳是难以变成保耳的。事实上倒是，反对者逐渐死去，新生的一代一开始就熟悉新思想"。

离经叛道提出能量子概念

　　人们知道：当物体受热，温度不太高时，只能发射出人眼看不见的热射线，被称为红外线；温度升到一定高度，就会发出红光，即物体变红；温度继续升高时，物体会发亮，发出强烈的白光，即发出了大量波长比红光更短的光；温度更高，就会发出大量蓝光。在对这个现象做精密的实验观测和理论研究中，物理学家普朗克 1900年提出了一个大胆假说：物体在产生和吸收辐射时，能量不是连续变化的，而是以一定数量值整数倍跳跃式地变化的。也就是说，在辐射的发射或吸收过程中，能量不是无限可分的，而是有一最小的单元。这个不可分的能量单元，普朗克称它为“能量子”或“量子”，即普朗克常数。这一大胆的理论长期以来得不到承认。普朗克直到1918年才获诺贝尔物理学奖。

　　能量的变化竟然是不连续的，这不仅对古典物理理论是离经叛道的，而且也为常识所不容。量子论的出现，物理学界最初的反应是极其冷淡的。人们只承认普朗克那个同实验一致的经验性的辐射公式，而不承认他的理论性的量子假说。在当时的环境下，就连普朗克本人也对自己的冒昧行动惴惴不安，甚至一有机会就想倒退到古典立场。用他的话说，这 “完全是一种孤注一掷的行动”，“由于当时考虑到这个问题对于物理具有根本的重要性”，“必须不惜任何代价去找出理论解释。”

伟大的科学家爱因斯坦

　　 1905年，爱因斯坦发表题为“论动体的电动力学”的著名论文，提出根本不同于传统观念的空间、时间理论。其核心是空间和时间的统一性。闵可夫斯基1909年在为相对论的空时观作的一次题为《空间和时间》的报告开头即说“我要向你们介绍的空间和时间观念，是从实验物理学的土壤中生长起来的，而这正是它们的力量所在。它们是带有根本性的变革的。从今以后，空间和时间本身都消失在阴影之中了，只有两者的一种统一体才仍然是一种独立的实在。”三个月后爱因斯坦提出了关于物体的质量和能量相当性的推论，即著名的质能关系公式：E＝mc 2 。揭示了物体的质量是它所含能量的量度。这使当时无法解释的放射性元素特别是镭为什么能够不断释放出如此强大能量的现象，以及太阳能的来源问题，都得到了合理解说。这是以后原子核物理学和粒子物理学的理论基础。并且在理论上预示了原子能时代的到来。

　　狭义相对论不仅揭示了作为物质存在形式的空间和时间的统一性，还进一步揭示了物质和运动的统一性，加深并发展了物质和运动不可分割的原理，揭露了两种运动量度（动量和能量）的统一。

爱因斯坦光量子概念
爱因斯坦 1905年写的一篇论文中，没有满足普朗克把能量不连续性只局限于辐射的发射和吸收过程，而认为即使在空间中传播的过程中，辐射也是不连续的，是由不可分割的能量子组成的。这一观点同19世纪已取得绝对胜利并为大量实验所证实的光波动论和麦克斯韦的电磁理论是完全对立的，但爱因斯坦充分认识到量子概念所带来的将是整个物理学的根本变革，需要建立新的理论。他指出：关于光的产生和转化的瞬时现象，波动论的结论同经验不相符；要解释这类现象，只能假设光是由能量子所组成，即"光量子"，以后人们称其为"光子"。这是人类认识自然界历史上第一次揭示了微观客体的波动性和粒子性的对立统一，即"波粒二象性"。这是整个微观世界的最根本的特征，也是微观物理理论的最基本的概念。

　　早在 1887年，赫兹无意中观察到，当接受电磁波的装置受到紫外线照射时就容易出现电火花。在发现电子后，才知道这是由于紫外线把空气分子中的电子驱逐出来的结果。1902年勒纳德用各种频率的光照射钠汞合金，发现只有频率高于一定下限的光才能放逐电子；而被放逐出的电子的速度只同光的频率有关，同光的强度无关。这种现象麦克斯韦理论根本无法解释。爱因斯坦的光量子理论却可以轻而易举地给以完美说明。光电效应的研究以后发展成光电池、有声电影、电视等技术，对现代人类文明生活和太阳能的利用有十分密切的关系。

　　密立根和康普顿的精密实验研究终于确立了光量子论的地位，他们因此分别获 1923年和1927年诺贝尔物理学奖。

原子模型

1903年，汤姆逊发展了他前一年提出的原子构造模型：原子是一个半径大约为10 -10 米的球体，正电荷均匀地分布于整个球体，电子则稀疏地嵌在球体中，这是一个类似葡萄干面包的原子模型。同年，物理学家长冈半太郎认为正负电子不可能相互渗透，提出了电子均匀地分布在一个环上，环中心是一个具有大质量的带正电的球，被他称为“土星型模型”结构。1911年，卢瑟福借助于α粒子散射研究，提出原子正电荷必定集中在半径10 -15 米的范围内，而原子半径却有10 -10 米，因此原子里面绝大部分是空虚的，从而证明汤姆逊的模型更接近于物理真实。

电子环绕原子核运动

1913年，玻尔把卢瑟福的原子模型和普朗克的量子论巧妙地结合起来，并且把原来只用于能的量子概念加以推广，为以后各种物理量的量子化打开了大门，提出了新的原子结构理论。其理论要点是，一电子只能在一些特定的轨道上运行，二电子在特定轨道上运行时，不发射也不吸收能量；三当电子从一个具有较高能量的轨道跃迁到具有低能量的轨道时，就要发射出能量，反之吸收。这个理论显然是违反古典理论的，由古典理论估算，电子在绕核运行时，必定不断损失能量，轨道会来越小，而终于落到核中，并计算出在一个直径为10－10米的原子，在10－12秒时间内就会崩溃。但他在大量研究和计算的基础上，坚持真理，为长期以来一直无法解释的经验公式做出了统一的理论解释。玻尔因此而获1922年诺贝尔物理学奖。

解释微观世界

　　 玻尔的理论取得了很大成功，但它只能用于氢原子，对于带两个电子的普通的氦原子却困难重重。　　

1923年，物理学家德布罗意提出了电子作为粒子，应该具有波动的性质，他在自己晚年回忆这段经历时说"经过长期的孤寂的思索和遐想之后，在1923年我蓦然想到：爱因斯坦在1905年所作出的发现，应当加以推广，把它扩展到一切物质粒子，特别是电子。"他提出了物质波理论，预言电子波的衍射，并获1929年诺贝尔物理学奖。1925年，物理学家薛定 谔把德布罗意的理论大大向前推进，建立了波动力学体系，加深了对微观客体的波粒二象性的理解，为数学上解决原子物理学、核物理学、固体物理学和分子物理学问题提供了一种有力的理论工具。他于 1933年获诺贝尔物理学奖。1927年戴维孙和汤姆逊发现了晶体对电子的衍射和电子照射晶体的干涉现象，证实了德布罗意的预言，他们因此获1937年诺贝尔物理学奖。

量子力学体系建立

1925年，海森伯（1932年获诺贝尔物理学奖）为建立新力学理论的数学方案，抛弃了玻尔的电子轨道概念及其有关的古典运动学的量，而代之以可观察到的辐射频率和强度这些光学量，并充分利用了数学家创造出的先进的数学工具－矩阵论。同时的玻恩（1954年获诺贝尔物理学奖）也做了大量工作。1925年，狄拉克使用了一种比矩阵更为方便和普适的数学工具，轻而易举地把这个能用极其简单的形式描述古典力学的基本方程改造成为量子力学方程。他们所提出的量子力学新思想与波动力学相结合，建立起了完整的量子力学的理论体系，1927年海森伯又提出了微观领域所特有的"测不准关系"概念，它们成功地揭示了微观世界的基本规律，极大地加速了原子物理学和固态物理学的发展，为核物理学和（基本）粒子物理学准备了理论基础；而且通过化学键理论，为众多化学规律提供了物理理论基础；同时，对分子生物学的产生也产生启迪作用，使生物 学逐步出现新的面貌。因此，量子力学可以说是 20世纪最迷人的科学理论。

玻尔：谁如果在量子面前不感到震惊，他就不懂得现代物理学；同样如果谁不为此理论感到困惑，他也不是一个好的物理学家。

探索原子核奥秘的钥匙－中子

1932年，物理学家查德威克发现了其质量同质子相当的中性粒子，这正是1920年卢瑟福猜想原子核内可能存在的一种中性的粒子，即中子。他因此获1935年诺贝尔物理学奖。1932年，海森伯和伊凡宁柯各自独立地提出了原子核是由质子和中子组成的核结构模型。由于中子不带电荷，不受静电作用的影响，可以比较自由地接近以至进入原子核，容易引起核的变化，因此，它立即被用来作为轰击原子 核的理想 "炮弹"。

　　中子的发现为核物理学开辟了一个新的纪元，它不仅使人们对原子核的组成有了一个正确的认识，而且为人工变革原子核提供了有效手段。它可以说是打开原子核奥秘的 "钥匙"，在开发原子能的伟大事业中大显

开启能量宝库的大门

　　 中子可以引起裂变链式反应，科学家们根据爱因斯坦质能公式，即 E=mc 2 ，估算出一个铀核裂变时会释放出2亿电子伏的能量，这比一个碳原子氧化成二氧化碳分子时所释放的能量（煤燃烧时的化学能） 大 5000万倍。

1942年，费米建成了第一个反应堆。这是人类第一次实现人工自控链式反应，开创了可控核能释放的历史。目前人类正探索着热核聚变反应，其燃料氘可直接从海水中提取，为人类能源开辟了相当广阔甚至可以说是用之不竭的来源。

　　中子发现后，人们认识到各种原子都是由电子、质子和中子组成，于是把这三种粒子和光子称为基本粒子。随着物理实验技术的提高，人们很快发现更多的基本粒子。

进入基本粒子的世界
1932年，物理学家夸克饶夫特和瓦尔顿用倍压线路产生的高电压加速质子，建成倍压加速器。它可以把质子加速到7*10 8 电子伏。他们用质子(H) 1 轰击锂核（ 7 Li），使之分裂成两个a粒子（ 4 He）。这是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应，他们因此获1951年诺贝尔物理学奖。

汽泡室
汽泡室是一个装满液体的容器，该液体处于压力之下，温度接近沸点。如果压力减低，液体的沸点也随着降低，但若压力的改变够快，液体回变成超热状态（温度超过沸点，但仍然维持液体状态）。假设压力改变是发生在粒子束刚经过之后，那么室内的液体将会变的不稳定，沿着电离离子的路径开始沸腾，很多小气泡因此形成，可以拍摄下来，带电粒子的轨迹于是就出现在我们眼前。

基本粒子的结构

1933年，狄拉克关于正电子存在的预言被证实，1936年安德森因此获诺贝尔物理学奖。1955年塞格雷和钱伯林利用高能加速器发现了反质子，他们因此获1959年物理奖。第二年又有人发现了反质子。1959年王淦昌等人发现了反西格玛负超子。这些都为反物质的存在提供了证据。莱因斯等利用大型反应堆，经过3年 的努力，终于在 1956年直接探测到铀裂变过程中所产生的反中微子。他因此获1995年物理学奖。到1968年，人们才探测到了来自太阳的中微子。 1947年鲍威尔利用自己发明的照相乳胶技术在宇宙线中找到了1934年汤川秀树提出的介子场理论中预言的介子。汤川秀树获1949年物理奖，鲍威尔获1950年物理奖。到50年代末，基本粒子的数目已达30种。这些粒子绝大多数是从宇宙射线中发现的。自1951年费米首次发现共振态粒子以来。至80年代已发现的共振态粒子达300多种。

夸克模型

　　 基本粒子如此之多，难道它们真的都是最基本、不可分的吗？近 40年来大量实验实事表明至少强子是有内部结构的。

1964年盖尔曼提出了夸克模型，认为介子是由夸克和反夸克所组成，重子是由三个夸克组成。他因此获1969年物理奖。1990年弗里德曼、肯德尔和泰勒因在粒子物理学夸克模型发展中的先驱性工作而获物理奖。1965年，费曼、施温格、朝永振一郎因在量子电动力学重整化和计算方法的贡献，对基本粒子物理学产生深远影响而获物理奖。温伯格和萨拉姆等以夸克模型为基础，完成了描述电磁相互作用和弱相互作用的弱电统一理论。他们因此而获1979年物理奖。目前统一场论的发展正向着把强相互作用统一起来的大统一理论和把引力统一进来的超统一理论前进。并且这种有关小宇宙的理论与大宇宙研究的结合，正在推进着宇宙学的进展。

基本粒子相互作用

　　 基本粒子按照其质量、寿命、自旋以及参与的相互作用等性质，可分为轻子、强子（重子、介子），以及相互作用的传递子等。这些基本粒子所组成的基本粒子的世界中存在着四种相互作用，即引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。引力作用在微观世界中太弱因此可以不考虑。

　　温伯格和萨拉姆等以夸克模型为基础，完成了描述电磁相互作用和弱相互作用的弱电统一理论。他们因此而获 1979年诺贝尔物理学奖。目前科学家们想把强相互作用和引力相互作用也统一进来，但困难比较大，目前最有希望的理论是超弦理论。

杨振宁、李政道

　　 1956年杨振宁、李政道提出在电磁相互作用和强相互作用中基本粒子遵循一定的对称和守恒定律，但在弱相互作用中宇称是不守恒的，他们因此获1957年物理奖。

“数学的运用能力是很重要的，因为方程式就是工具”。“研究是一件连续不断的事情”，“你不能计较早晨或黄昏，一天二十四小时都是你的工作时间。”－李政道

“我们愈研究自然，自然愈显得复杂”，在三十四岁即获得诺贝尔奖金的杨振宁相信，年轻人在科学的进展中最具有冲刺力：“当你老了，你就会变得愈来愈胆小......因为一旦你了新思想，会马上想到一大堆永无止境的争论，而害怕前进。当你年轻力壮的时候，可以到处寻求新观念，大胆地面对挑战。我有时候常常自问：是否已经丢掉自己的胆魄？。"