物理学是研究物质、运动、能量和力的自然科学，也研究构成宇宙的基本组分之间的基本相互作用。它的研究对象小至亚原子粒子，大至宇宙的大尺度结构。物理学家通常用数学形式表述物理定律，并通过实验和观测加以检验。物理学常被视为最基础的自然科学，化学、生物学的许多领域、地球科学和工程学都以它的原理为基础。现代社会的许多技术都源于物理学，包括电力、电子技术、激光和核能。西文中“物理学”一词（如英语 physics）源自希腊语 physikē（epistēmē），意为“关于自然的知识”，其词根 physis 意为“自然”。
起源与早期历史
人类自史前时代起就开始研究自然界的规律，其中最显著的是日、月和星辰的运行。在古希腊，哲学家试图通过理性推理来解释自然界的变化。德谟克利特提出物质由不可分割的原子构成。亚里士多德建立了一套关于运动和元素的宏大理论，此后近两千年间深刻影响了西方和伊斯兰世界的思想。阿基米德总结出杠杆原理和浮力原理的定量规律，是数学物理的早期范例。中世纪伊斯兰世界的学者，包括在阿拔斯王朝治下从事研究的学者，保存并发展了希腊的学术成果。11世纪初，伊本·海赛木写成《光学之书》，将实验与对光和视觉的几何分析结合起来。古代和中世纪的中国也留下了大量关于光学、磁学和力学的观察记录，其中最著名的成果之一就是指南针。
科学革命与经典物理学
物理学在16至17世纪的科学革命中形成了现代形态。尼古拉·哥白尼提出了太阳系的日心说模型，约翰内斯·开普勒总结出行星运动的经验定律。伽利略·伽利莱把受控实验与数学描述结合起来，并率先用望远镜观测天空，他的研究方式为科学方法的确立奠定了基础。1687年，艾萨克·牛顿出版《自然哲学的数学原理》，提出了三大运动定律和万有引力定律，用同一套原理解释了地面上的落体运动和行星的轨道运动。牛顿与戈特弗里德·威廉·莱布尼茨各自独立创立了微积分，微积分从此成为物理学的主要数学语言。
18至19世纪，欧拉、拉格朗日和哈密顿等数学家以更普遍的形式重新表述了经典力学。在蒸汽机和工业革命的部分推动下，科学家建立了研究热、功和能量转化的热力学。迈克尔·法拉第等人的实验揭示了电与磁之间的深刻联系。19世纪60年代，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦用他的电磁学方程组统一了电与磁的现象，并证明光是一种电磁波。路德维希·玻尔兹曼等人创立了统计力学，借助大量粒子的统计规律来解释热力学行为。到1900年前后建立起来的物理学体系称为经典物理学。它能够非常精确地描述低速运动的日常尺度物体，以及热、声、电、磁和光等现象。
现代物理学
1900年前后，有若干实验结果无法用经典理论解释，包括黑体辐射、光电效应，以及始终探测不到“光以太”。这些难题催生了两个新的理论框架。1905年，阿尔伯特·爱因斯坦提出狭义相对论，改变了人们对空间和时间的认识，并证明质量与能量是等价的。他于1915年提出的广义相对论则将引力描述为时空的弯曲。二者合称相对论。马克斯·普朗克于1900年提出量子假说，开启了一系列研究；经过尼尔斯·玻尔、维尔纳·海森堡、埃尔温·薛定谔、保罗·狄拉克等人的工作，量子力学在20世纪20年代建立起来。量子力学描述的是原子、电子和光在微观尺度上的行为。
20世纪，欧内斯特·卢瑟福发现了原子核，由此开辟了核物理学领域，并进一步带来了核裂变、核电和核武器。量子场论将量子力学与狭义相对论结合起来，最终发展出粒子物理学的标准模型。该模型描述了已知的所有基本粒子以及四种基本力中的三种。希格斯玻色子是标准模型预言的最后一种粒子，于2012年在欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机上被发现。2015年，LIGO天文台首次直接探测到引力波，证实了广义相对论一项由来已久的预言。
主要分支
物理学通常按研究对象和尺度划分为以下分支：
- 经典力学：研究物体在力作用下的运动，包括流体力学和声学。
- 热力学与统计力学：研究热、温度、熵以及大量粒子的集体行为。
- 电磁学与光学：研究电场和磁场、电磁辐射以及光。
- 相对论：研究高速运动、强引力和时空结构。
- 量子力学：研究原子和亚原子尺度上的物质与辐射。
- 原子、分子与光物理学：研究原子、分子及其与光的相互作用。
- 核物理学与粒子物理学：研究原子核和夸克等基本粒子，以及它们之间的基本相互作用。
- 凝聚态物理学：研究固体和液体，包括超导体、磁体，以及支撑现代电子技术的半导体材料。按研究人员数量计，它是物理学中最大的分支。
- 天体物理学与宇宙学：研究恒星、星系，以及宇宙的起源与演化。
交叉学科包括生物物理学、地球物理学、化学物理学、医学物理学和材料科学等。
研究方法
物理学在理论与实验的相互作用中不断发展。理论物理学家建立能够给出定量预言的数学模型；实验物理学家则设计测量来检验这些预言，精度往往极高。20世纪后期以来，计算物理学已成为物理学的第三大支柱，它借助计算机模拟那些过于复杂、无法求得解析解的系统。评判物理理论的标准是其预言能力和适用范围。牛顿力学等较早的理论即使已被更普遍的理论取代，在各自的适用范围内仍然可以作为近似成立。
未解问题
物理学中仍有许多重大问题有待解答。广义相对论与量子力学尚未统一为一个自洽的量子引力理论。宇宙学观测表明，普通物质只占宇宙能量组成的约5%，其余部分归因于暗物质和暗能量，而二者的本质至今不明。其他未解问题还包括中微子质量的来源、物质与反物质的不对称，以及对湍流和高温超导的完整理解。
参考来源
- History of physicsen.wikipedia.org
- Physicsbritannica.com
- 1.1 Physics: Definitions and Applicationstexasgateway.org