भौतिकी

भौतिकी: भौतिकी या शास्त्रात मानवाच्या सभोवताली असलेल्या जड सृष्टीमध्ये ज्या घटना अथवा आविष्कार घडत असतात त्यांचा एका विशिष्ट दृष्टिकोनातून विचार केला जातो. काही थोडी मूलभूत, व्यापक स्वरूपाची तत्त्वे गृहीत धरून त्यांच्या साहाय्याने या आविष्कारामागील कार्यकारणभाव अथवा परस्परसंबंध याचे स्पष्टीकरण बहुतांशी गणितीय विश्लेषण रीतीचा उपयोग करून केले जाते. या शास्त्रामध्ये निरीक्षणाद्वारे अथवा काही राशींचे मापन करून त्यांमधील संख्यात्मक संबंध शोधून काढण्यावर विशेष भर दिला जातो. उदा., झाडाच्या फांदीवरून एक सफरचंद खाली पडताना न्यूटन यांनी पाहिले. या घटनेवरून सफरचंद व पृथ्वी यांमध्ये एक आकर्षणी प्रेरणा असली पाहिजे असा त्यांनी निष्कर्ष काढला. याच कल्पनेस जास्त व्यापक व मूलभूत असे स्वरूप देऊन त्यांनी या सिद्धांताप्रमाणे विश्वामधील द्रव्यमान असणाऱ्या कोणत्याही दोन वस्तूंमध्ये आकर्षणी प्ररेणा असते हा गुरुत्वाकर्षणाचा सिद्धांत मांडला. वरील उदाहरणांवरून असे दिसते की, स्पष्टीकरणाकरिता वापरलेल्या संकल्पनेमुळे या शास्त्राचे स्वरूप बऱ्याच वेळा निश्चित होते. निराळ्या तऱ्हेने हेच सांगावयाचे असल्यास असे म्हणता येते की, जड विश्वातील ज्या आविष्कारांमागील कार्यकारणभाव स्पष्ट करणे शक्य होते अशाच आविष्कारांचा अभ्यास भौतिकीशास्त्रात केला जातो. या अभ्यासाच्या बाबतीत एक सर्वमान्य अशी पद्धत दिसते. यामध्ये प्रथम इष्ट घटनेचे योग्य प्रकारे निदर्शन करणाऱ्या राशींचा शोध घेतला जातो. अशा राशींची संख्या एक किंवा एकापेक्षा जास्त असू शकते (सफरचंदाच्या उदाहरणामध्ये निरनिराळ्या कालखंडांच्या शेवटी उदग्र–उभ्या-दिशेत फळाने काटलेले अंतर ही राशी त्याच्या गतीचे वर्णन करण्याकरिता योग्य ठरते). भौतिकीमध्ये या राशींचे नियंत्रित परिस्थितीत (उदा., वारा वाहत नसेल तेव्हा) अचूक संख्यात्मक रीत्या निरीक्षण करून त्याबद्दल संपूर्ण प्रदत्त (माहिती) मिळविला जातो. तर्कशास्त्र व योग्य गणितीय पद्धती (उदा., बीजगणितीय पद्धती) यांच्या सहाय्याने मिळालेल्या प्रदत्ताचे विश्लेषण करून निरीक्ष्य घटनेकरिता यथार्थ व भौतिकी तत्त्वास अनुरूप अशा तात्त्विक परिकल्पनेचा शोध घेतला जातो. न्यूटन यांच्या

गुरुत्वाकर्षण सिद्धांताप्रमाणे M₁व M₂द्रव्यमानांच्या वस्तूंमध्ये जरR एवढे अंतर असेल, तर त्यांमधील प्रेरणा

F =	G.M₁.M₂
	R²

या सूत्राने मिळते. येथे G वैश्विक गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक आहे. वरील उदाहरणात असे म्हणता येते की, पृथ्वी व सफरचंद यांमध्ये परस्पर आकर्षण करणारी प्रेरणा आहे, हे जसे गृहीत धरले तशीच प्रेरणा अनुक्रमे पृथ्वी व चंद्र किंवा पृथ्वी व सूर्य यांमध्ये असावयास पाहिजे, हे क्रमप्राप्त होते. चंद्राची पृथ्वीभोवतालची गती व पृथ्वीची सूर्याभोवतालची गती यांचे प्रत्यक्ष निरीक्षण करून हा निष्कर्ष यथार्थ आहे, याबद्दल पुरावा मिळविता येतो. अशा तऱ्हेने सिद्धांत, निरीक्षण व प्रयोग यांचा परस्पर सहयोग होऊन (अथवा त्यमधील पुनःप्रदाय क्रियेमुळे) लहान अथवा मोठ्या अशा टप्प्याने भौतिकीशास्त्रात वाढ अथवा प्रगती होत असते. या पद्धतीला मिळालेल्या यशामुळे भौतिकी जगातील अनेक साध्या किंवा जटिल (गुंतागुंतीच्या) घटनांचा अर्थ समजून घेणे शक्य झाले आहे. एवढेच नव्हे, तर भविष्यात घडणाऱ्या संभाव्य घटनांबद्दल अंदाजसुद्धा बांधता येतो, असा विश्वास निर्माण झाला आहे.

भौतिकीच्या विभागांचे वर्गीकरण: भौतिकीशास्त्राचा अभ्यास करण्याच्या सोयीकरता भौतिकीचे निरनिराळे विभाग (अथवा शाखा) पाडले आहेत. हे वर्गीकरण विविध प्रकारे करता येते. भौतिकीमध्ये ⇨यामिकी व ⇨क्षेत्र सिद्धांत हे दोन मूलभूत महत्त्वाचे असे विभाग आहेत. प्रेरणा लावली असता तीमुळे वस्तूला मिळणाऱ्या गतीचा अभ्यास यामिकीमध्ये केला जातो, तर क्षेत्र सिद्धांतामध्ये या प्रेरणेचे स्वरूप, तिचे मान व पल्ला यांविषयीची माहिती मिळते. भौतिकीमध्ये गुरुत्वाकर्षणीय, विद्युत् चुंबकीय, अणुकेंद्रीय व इतर प्रकारची क्षेत्रे आढळतात. यामिकी व क्षेत्र सिद्धांत या दोहोंचा समन्वय केला असता भौतिकीशास्त्रातील बहुतेक सर्व आविष्कारांचे स्पष्टीकरण करता येते. कार्यान्वित करणाऱ्या परस्परक्रियेनुसार भौतिकीशास्त्राचे ⇨विद्युत्,⇨चुंबकत्व,⇨प्रकाश,⇨उष्णता इ. असे विभाग पाडता येतात. विसाव्या शतकापूर्वी भौतिकीच्या प्रत्येक विभागातील आविष्काराचे विशदीकरण करण्याकरिता भिन्न भिन्न विभागांकरिताच यथार्थ अशी विशिष्ट मूलभूत तत्त्वे गृहीत धरली जात असत. उदा., प्रकाशाचे प्रसारण तरंगाच्या स्वरूपात होते असे मानले जात असे, तर विद्युत्‌मध्ये विद्युत् भाराच्या गतीमुळे विद्युत् प्रवाह निर्माण होतो असे धरले जाते असे. या दोन गृहीतांमध्ये त्या वेळी काहीही परस्परसंबंध दिसत नव्हता, त्यामुळे या दोन विभागांचा अभ्यास स्वतंत्रपणे केला गेला. आधुनिक सिद्धांताप्रमाणे प्रकाश हा ⇨विद्युत् चुंबकीय तरंगाच्या स्वरूपात प्रसारित होतो असे मानले असल्यामुळे हे दोन विभाग भिन्न मानण्याकरिता आता काही एक तात्त्विक असे कारण उरले नाही पण विद्युत् चुंबकीय तरंगांचे वर्णन करण्याकरिता लागणारे गणित थोडे जास्त कठीण असल्यामुळे अजूनसुद्धा कित्येक प्रकाशीय आविष्कारांचे स्पष्टीकरण प्रकाश तरंगाच्या स्वरूपात देणे सुलभ ठरते. या कारणाकरिता ऐतिहासिक दृष्ट्या भौतिकीच्या विभागांचा ज्या स्वरूपात विकास व वर्गीकरण झाले ते अजूनसुद्धा उपयोगात आणले जाते. या शास्त्रातील विभागाचे वर्गीकरण आणखी एका दुसऱ्या तऱ्हेने करता येते. एका बाजूला रूढ यामिकी, ⇨खगोलीय यामिकी, ⇨प्राक्षेपिकी, ⇨प्रकाशकी यांसारखे (बहुतांशी न्यूटन प्रणीत) रूढ भौतिकीच्या तत्त्वांनुसार हाताळता येण्यासारखे विषय असतात तर दुसऱ्या बाजूस ⇨आणवीय भौतिकी, ⇨अणुकेंद्रीय भौतिकी, ⇨रेणवीय भौतिकी यांसारख्या विषयांचे फक्त ⇨पुंज सिद्धांत आणि ⇨सापेक्षता सिद्धांत यांचा वापर करूनच विवेचन करता येते. आणवीय भौतिकीमध्ये अणुकेंद्राबाहेरील आणवीय इलेक्ट्रॉनांच्या गतीचे वर्णन, त्यांच्या द्वारे प्रारणाचे (तरंगरूपी ऊर्जेचे) उत्सर्जन व शोषण या गोष्टींचा समावेश केला जातो. रेणवीय भौतिकीमध्ये आंतररेणवीय प्रेरणा, रासायनिक बंध ⇨घन अवस्था भौतिकी या विषयांचा विचार केला जातो.

भौतिकीमधील विविध आविष्कारांचे अचूक वर्णन करण्याकरिता व त्यांमागील कार्यकारणभावाविषयीचे ज्ञान करून घेण्याकरिता त्यामध्ये द्रव्यमान, लांबी, विद्युत् भार, तापमान यांसारख्या अनेक राशींचा उपयोग केला जातो. या राशींचे मापन करणे हा भौतिकीशास्त्राचा एक महत्त्वाचा असा भाग मानला जातो म्हणूनच काही वेळा भौतिकी म्हणजे मापनविज्ञान अशीही एक व्याख्या या शास्त्राकरिता दिली जाते. राशीचे मापन करण्यासाठी तिच्याकरिता लागणारी एकके अगोदर निश्चित करणे आवश्यक असते. या कार्याकरिता वापरात असलेल्या सर्वसामान्य एककांविषयीची माहिती ⇨एकके व परिमाणे आणि ⇨मेट्रिक पद्धती या नोंदींत दिलेली आहे, तर विशिष्ट भौतिकी विभागाकरिता उपयुक्त अशा मापनपद्धतीच वर्णन निरनिराळ्या नोंदींत आढळेल. उदा., ⇨दाब व दाबमापन, ⇨विद्युत् राशिमापक उपकरणे, ⇨तापमापन, ⇨ प्रकाशमापन. पदार्थाच्या प्रकाशविषयक गुणधर्मांचे ज्ञान करून घेण्याकरिता व तदनुरूप राशींचे मापन करण्याकरिता ⇨प्रणमनांकमापन, ⇨विवर्तनजालक, ⇨ध्रुवणमिती, ⇨व्यत्तिकरणमापन या प्रकाशकीय पद्धतींचा उपयोग करतात.

कालानुसार बदलणाऱ्या राशींचे निरीक्षण किंवा मापन करण्याकरिता ऋण किरण दोलनदर्शक इलेक्ट्रॉनीय मापनाकरिता उपयोगी पडतो [⟶ इलेक्ट्रॉनीय मापन], तर कंप्रतामापनाकरिता (एका सेकंदात होणाऱ्या कंपनांच्या संख्येच्या मापनाकरिता) ⇨आवृत्तिदर्शक वापरला जातो. साधारण दूर अंतरावर असणाऱ्या वस्तूंचे निरीक्षण करण्याकरिता ⇨दूरदर्शक (दुर्बिण) वापरतात, तर त्याहूनही दूर अंतरावर असणाऱ्या वस्तूकरिता (उदा., अवकाशातील तारे व अभ्रिका) ⇨रेडिओ दूरदर्शक जास्त उपयुक्त ठरतो. सूक्ष्म वस्तूंचे निरीक्षण करण्याकरिता ⇨सूक्ष्मदर्शक उपयुक्त ठरतो, तर अतिसूक्ष्म वस्तूंचे निरीक्षण ⇨इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शकाच्या साहाय्याने करतात. प्रोटॉन, न्यूट्रॉन इ. मूलकण हे याहूनही सूक्ष्म असल्यामुळे त्यांचे अभिज्ञान करून घेण्याकरिता (अस्तित्व ओळखण्याकरिता) विविध ⇨कण अभिज्ञातकांचा उपयोग करतात. कालमापनाकरिता नेहमीच्या यांत्रिक व इलेक्ट्रॉनीय घड्याळांऐवजी ⇨आणवीय कालमापक वापरणे जास्त अचूक ठरते [⟶ कालमापक काललेखक घड्याळ].

मागे नमूद केल्याप्रमाणे सुरुवातीच्या काळात भौतिकीमधील विविध विभागांतील आविष्कारांचे विशदीकरण करण्याकरिता एकीकृत मीमांसा उपलब्ध नव्हती. अजूनही हीच परिस्थिती थोड्याफार प्रमाणात आढळते. यांपैकी कोणत्याही एका विभागातील आविष्काराचे स्पष्टीकरण त्याच विभागकरिता यथार्थ अशा तत्त्वाच्या साहाय्याने केले जाते. अशा विभागांविषयीची माहिती ‘उष्णता’, ‘ऊष्मागतिकी’, ‘ध्वनि’, ‘ध्वनिकी’, ‘प्रकाश’, ‘प्रकाशकी’, ‘विद्युत् चुंबकत्व’ या नोंदींत दिली आहे.

⇨श्यानता, ⇨विसरण, ⇨स्थितिस्थापकता, ⇨घर्षण, ⇨पृष्ठताण यांसारख्या पदार्थांच्या स्थूलमानीय गुणधर्मांचे मापन करण्यावर भौतिकीमध्ये प्रथमतः बराच भर दिला जात असे. या पदार्थांचा औद्योगिक क्षेत्रात वापर करण्याच्या दृष्टीने या गुणधर्मांचे मापन महत्त्वाचे आहे याबद्दल काहीही शंका नाही. या आविष्कारामागील कार्यकारणपरंपरेचा शोध घेण्याच्या दृष्टीने अशा प्रदत्ताचा कितपत उपयोग झाला हे मात्र सांगणे कठीण आहे पण या प्रकारच्या मापनानेच भौतिकीशास्त्राचा प्रथम पाया घातला गेला, याबद्दल, कोणाचेही दुमत होणार नाही. आधुनिक भौतिकीमध्ये स्थूलमानीय आविष्काराचे विशदीकरण त्यामधील अणु-रेणूंमध्ये असणाऱ्या परस्परक्रियेच्या संदर्भात करावयाचा नेहमीच प्रयत्न केला जातो. भौतिकी आविष्कारामागील सूक्ष्मस्तरीय कार्यकारणाभावाचा शोध घेणे हे भौतिकीशास्त्राचे एक उद्धिष्ट असते. उदा., रबर ताणले जाते कारण त्याला उत्तम प्रतीची स्थितिस्थापकता असते. रबराच्या अणु-रेणूंमध्ये होणाऱ्या परस्पर आकर्षणामुळे हे गुणधर्म त्यास कसे प्राप्त होतात, याचे विशदीकरण आधुनिक भौतिकीत मिळत. सोडियम व क्लोरीन या मिठाच्या दोन घटक अणूंमध्ये आकर्षण असते त्यामुळे मीठ हे संयुग निर्माण होते. या प्रयोगाने आढळणाऱ्या घटनेमागील कार्यकारण परंपरेची मीमांसा आधुनिक भौतिकीमध्ये सापडते. इलेक्ट्रॉन विनिमयामुळे धन विद्युत् भारित सोडियम अणू व ऋण विद्युत् भारित क्लोरीन अणू यांमध्ये प्रथम रूपांतर झाल्यामुळे या दोघांमध्ये विद्युत् स्थितिक आकर्षण निर्माण होते व परिणामी त्यांमध्ये रासायनिक बंध निर्माण होतो, ही कार्यकारण परंपरा भौतिकीमुळे स्पष्ट होते [⟶ संयुजा].

प्रारण व द्रव्य यांमधील परस्परक्रियांच्या अभ्यासामुळे आधुनिक पुंज भौतिकीचा पाया घातला गेला. या महत्त्वाच्या विभागाविषयीची माहिती ‘वर्णपटविज्ञान’,‘रामन परिणाम’, ‘इलेक्ट्रॉन विवर्तन’, ‘कॉम्पटन परिणाम’, ‘उष्णता प्रारण’, ‘विश्वकिरण’, ‘प्रकाशविद्युत्’ या नोंदींत दिली आहे. ‘आणवीय भौतिकी’, ‘रेणवीय भौतिकी’, ‘किरणोत्सर्ग’, ‘अणुऊर्जा’, ‘अणु व आणवीय संरचना’, ‘द्रव्य आणि प्रतिद्रव्य’, ‘द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान’ या नोंदींमध्ये अणूविषयीची महत्त्वाची माहिती मिळेल.

‘अणुकेंद्र’, ‘न्यूट्रॉन’, ‘प्रोटॉन’, ‘इलेक्ट्रॉन’, ‘मूलकण’, ‘अणुकेंद्रीय भौतिकी’ या नोंदीमध्ये अणूपेक्षाही सूक्ष्म असलेले अणुकेंद्र व त्यामधील मूलकण घटक यांविषयीची उपलब्ध माहिती दिली आहे.

‘निर्वात’, ‘क्ष-किरण’, ‘आयनद्रायु भौतिकी’, ‘नीच तापमान भौतिकी’, ‘तापायनिक उत्सर्जन’, ‘अतिसंवाहकता’, ‘पृष्ठविज्ञान’ या भौतिकीमधील नोंदी औद्योगिक क्षेत्रातील त्यांच्या उपयुक्ततेच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या आहेत.

प्रयोगशाळेत मिळालेल्या विविध परिणामांचे स्पष्टीकरण देण्याच्या प्रयत्नात भौतिकीमध्ये अनेक मूलभूत स्वरूपाच्या संकल्पना प्रस्थापित झाल्या. या संकल्पनांचे भौतिकीमधील स्थान महत्त्वाचे आहेच पण यांपैकी अनेक संकल्पनांमुळे मनुष्याच्या तत्त्वज्ञानविषयक दृष्टिकोनातही क्रांतिकारक असा बदल घडवून आणला आहे. भौतिकीय घटना ज्या सातत्यकाच्या संदर्भात घडतात, त्याविषयीचे विवेचन ⇨ अव-काश-कालमध्ये मिळेल. कालसुद्धा सापेक्ष आहे, हे ⇨सापेक्षता सिद्धांतामध्ये दाखविले आहे. ‘गुरुत्वाकर्षण’, ‘विद्युत् चुंबकीय तरंग’, ‘एट्रॉपी’ या आणखी काही महत्त्वाच्या भौतिकीय संकल्पनांवरील नोंदी आहेत. ⇨द्रव्य आणि ऊर्जा यांची अक्षय्यता, ⇨समता यांमध्ये महत्त्वाच्या तत्त्वांचे विवेचन मिळेल. ⇨स्फटिकविज्ञानामध्ये स्फटिकांची संरचना आणि त्यांमधील अणूंची अवकाशातील मांडणी यांविषयीची माहिती दिलेली आहे. भौतिकीय जगातील सूक्ष्मस्तरावर घडणाऱ्या घटनांकरिता पुंज सिद्धांताचा उपयोग करणे आवश्यक ठरते. द्रव्य व प्रारण यांमधील परस्परक्रियांचे विवेचन करण्याकरिता पुंज सिद्धांत मांडला गेला. याविषयीची माहिती ‘पुंज सिद्धांत’, ‘पुंजयामिकी’ व ‘पुंज क्षेत्र सिद्धांत’ या नोंदींमध्ये दिलेली आहे. अनेक कणांपासून बनलेल्या समूहांच्या भौतिकीय गुणधर्मांचे वर्णन करण्याकरिता आवश्यक अशा तत्त्वांचा ऊहापोह ‘सांख्यिकीय भौतिकी’ व ‘द्रव्याचा गत्यात्मक सिद्धांत’ या नोंदींत केलेला आहे. ‘अनिश्चिततेचे तत्त्व’ व ‘अनुस्पंदन’ नोंदीमध्ये भौतिकीमधील दोन महत्त्वाच्या तत्त्वांचे विवेचन केलेले आहे. प्रयोगशाळेत करावयाच्या प्रयोगाचे योग्य अभिकल्पन (आराखडा तयार करणे) व त्यापासून मिळणाऱ्या प्रदत्ताचे मूल्यमापन यांविषयीची माहिती ‘प्रयोग’ या नोंदीत सापडेल.

भौतिकीय राशींमधील परस्परसंबंध हा गणितीय स्वरूपात मांडला असता अचूक, सुस्पष्ट व असंदिग्ध असा होत असल्यामुळे आधुनिक भौतिकीत गणिताचा उपयोग मोठ्या प्रमाणात केला जातो. भौतिकीमधील बहुतेक सर्व मूलभूत तत्त्वे किंवा गृहीते यांचे गणितीय स्वरूपातच सूत्रीकरण केले जाते. सूत्रामध्ये येणाऱ्या सर्व राशींना भौतिकीय अर्थ देता येतोच असे नाही. त्यामुळे भौतिकीय घटनांचे गणितीय सूत्रांद्वारे वर्णन हे नेहमीच जास्त व्यापक स्वरूपाचे असते, असे म्हणता येते. गणितीय भौतिकीविषयीची महिती ‘यामिकी’, ‘खगोलीय यामिकी’, ‘द्रायुयामिकी’, ‘वायुयामिकी’, ‘विद्युत् गतिकी’, ‘चुंबकीय द्रवगतिकी’, ‘पुंजयामिकी’, ‘ऊष्मागतिकी’, ‘हरात्मक विश्लेषण’ या नोंदींत दिलेली आहे. ‘द्रव्याचा गत्यात्मक सिद्धांत’ या नोंदीमध्ये वायूमधील कण स्थिर नसून गतिमान आहेत, या गृहीताचा उपयोग करून वायूच्या अनेक गुणधर्मांचे व ते पाळत असलेल्या नियमांचे संख्यात्मक विशदीकरण केले आहे.

आधुनिक काळात मनुष्याच्या दैनंदिन जीवनात भौतिकीय तत्त्वांवर आधारलेल्या प्रयुक्तींचा मोठ्या प्रमाणात वापर होऊ लागला आहे. ‘छायाचित्रण’, ‘रेडिओ संदेशवहन प्रणाली’, ‘दूरचित्रवाणी’, ‘रडार’, ‘तारायंत्रविद्या’, ‘दूरध्वनिविद्या’, ‘ध्वनिमुद्रण व पुनरुत्पादन’ या नोंदींमध्ये अशा काही प्रयुक्तीविषयीची माहिती दिली आहे.

भौतिकीच्या सीमारेषेपाशी अनेक नवीन विज्ञान-विभाग आकार घेत आहेत. या विज्ञान-विभागांत भौतिकीय मापन पद्धतींचा बऱ्याच मोठ्या प्रमाणात वापर केला जातो. अशा संबंधित विज्ञान-विभागांवरील विशेष महत्त्वाच्या नोंदी ‘वातावरणविज्ञान’, ‘तडित्’, ‘प्रारणपट्ट’, ‘प्रारण जीवविज्ञान’, ‘आयनांबर’, ‘भूभौतिकी’, ‘भूचुंबकत्व’, ‘जीवभौतिकी’, ‘रसायनशास्त्र, भौतिकीय’ या होत.

भौतिकीच्या विकासास ज्या शास्त्रज्ञांनी विशेष हातभार लावला आहे, त्यांच्यावर स्वतंत्र चरित्र नोंदी दिलेल्या आहेत. एकोणिसाव्या शतकाच्या पूर्वीचे भौतिकीविज्ञ आर्किमिडीज, गॅलिलीओ, न्यूटन, हायगेन्झ व कार्नों हे होत. न्यूटन यांनी भौतिकीच्या अनेक विभागांत महत्त्वाचे संशोधन केले असून मिळालेले निष्कर्ष सुस्पष्ट अशा गणितीय स्वरूपात प्रथम मांडण्याचे श्रेय त्यांच्याकडेच जाते.

एकोणिसाव्या शतकात फॅराडे, कुलंब, मायकेलसन यांनी महत्त्वाचे प्रयोग करून भौतिकीच्या ज्ञानात भर घातली तर केल्व्हिन, बोल्टस्‌मान, मॅक्सवेल, लोरेन्ट्स, रॅली यांनी भौतिकीच्या क्षेत्रात महत्त्वाचे असे कार्य केले आहे. मॅक्सवेल यांनी ऊष्मागतिकी व विद्युत् चुंबकीय सिद्धांत यांकरिता लागणारी मूलभूत समीकरणे शोधून काढली [⟶ मॅक्सवेल विद्युत् चुंबकीय समीकरणे]. द्रव्याच्या गत्यात्मक सिद्धांतास मॅक्सवेल यांनी सांख्यिकीय दृष्टिकोनाची जोड दिली. पहिला मूलकण इलेक्ट्रॉन याचा शोध जोझेफ जॉन टॉमसन यांनी लावला.

विसाव्या शतकात सापेक्षता सिद्धांत व पुंज सिद्धांत यांची जोड भौतिकीशास्त्रास मिळाली. हे महत्त्वाचे कार्य आइन्स्टाइन, प्लांक, श्रोडिंजर, हायझेनबेर्क, डिरॅक, फेर्मी, पाऊली आणि बोर्न यांनी केले. अणू संरचनेविषयीची प्रतिमाने (मॉडेल्स) निश्चित करून अणुकेंद्रीय भौतिकीचा पाया रदरफर्ड व नील्स बोर यांनी घातला. चंद्रशेखर व्यंकट रामन, सत्येंद्रनाथ बोस, कार्यमाणिक्कम श्रीनिवास कृष्णन, मेघनाद साहा, सुब्रह्मण्यम चंद्रशेखर (सध्या अमेरिकेत स्थायिक), होमी जहांगीर भाभा या भारतीय भौतिकीविज्ञांनी या शास्त्रात महत्त्वाची भर घातली आहे.

भौतिकी या विषयात महत्त्वपूर्ण कार्य केल्याबद्दल ज्यांना नोबेल पारितोषिकाचा बहुमान मिळालेला आहे त्या बहुतेक सर्व भौतिकीविज्ञांवर विश्वकोशात स्वतंत्र चरित्र नोंदी दिलेल्या असून या भौतिकीविज्ञांची यादी ‘नोबेल पारितोषिके’ या नोंदीत दिलेली आहे. याखेरीज महत्त्वाच्या अशा बहुतेक भौतिकीविज्ञांवरील (उदा., स्टोक्स, स्नेल, व्होल्टा, व्हीट्स्टन, डाल्टन, गिब्ज, गिल्बर्ट इ.) चरित्र नोंदींचा अंतर्भाव केलेला आहे.

इतिहास: वर उल्लेखिलेल्या भौतिकीच्या विविध विभागांतील (उदा., उष्णता, ऊष्मागतिकी, प्रकाश, विद्युत्) प्रगतीचा इतिहास त्या त्या विभागावरील नोंदींत व अन्य नोंदींतही दिलेला आहे. येथे भौतिकीतील प्रारंभिक प्रगतीच्या व मग फक्त ज्या विभागांत मूलभूत महत्त्वाच्या संकल्पना विकसित करण्यात आलेल्या आहेत, अशा विभागांतील प्रगतीच्या इतिहासाचा सर्वसाधारण आढावा घेतलेला आहे.

विज्ञानाचा प्रारंभ प्राचीन काळात चाक, कप्पी, तरफ इ. प्रयुक्तींच्या शोधापासून सुरू झाला असे मानावयास हरकत नसावी. या प्राथमिक यंत्रांच्या कार्यामागील कार्यकारणभावाविषयी त्या काळी कोणास ज्ञान होते की नाही, याबद्दल निश्चित माहिती उपलब्ध नसली तरी अशा यंत्रांच्या साहाय्याने मनुष्याचे कष्ट कमी करता येतात हे नक्कीच ठाऊक होते, असे अनुमान करता येते. ईजिप्त देशात पुरातन काळी (इ. स. पू. सु. ३०००-२००० वर्षे) बांधलेली प्रचंड पिरॅमिडे आढळतात, त्यांवरून हा निष्कर्ष काढता येतो. भौतिकीशास्त्र हे मुख्यत्वेकरून मापनशास्त्रावर आधारित आहे. या अर्थाने भौतिकीचा प्रारंभ पुरातन काळी कालमापन करण्याच्या प्रयत्नात झाला असला पाहिजे, असे वाटते. निरीक्षण करून मिळालेल्या ज्ञानाचे संकलन व सुसूत्रीकरण हा कोणत्याही विज्ञानाच्या प्रगतीतील पहिला टप्पा असतो. अशा प्रकारचे पद्धतशीर प्रयत्न ईंजिप्त, भारत, ग्रीस, चीन यांसारख्या पुरातन संस्कृतींत इ. स. पू. ३००० वर्षांपासून सुरू झालेले आढळतात.

कालमापनाकरिता मनुष्याने पृथ्वीच्या स्वतःभोवताली व सूर्याभोवताली भ्रमण करण्याच्या आवर्ती (ठराविक कालावधीने पुन्हा-पुन्हा एकाच क्रमाने होणाऱ्या) गतीचा, तसेच चंद्राच्या आवर्ती भ्रमण गतीचा उपयोग केला, हे उघड आहे. एका वर्षात ३६५ दिवस असतात किंवा प्रत्येकी ३० दिवस असलेले १२ महिने असून व त्यानंतर शेवटी अधिक धरावयाचे असे पाच दिवस असतात, अशी कालमापनाची पद्धत ईजिप्त देशात (इ. स. पू. सु. ५०००-२००० वर्षे) प्रचलित होती. दोन घटनांमधील कालावधीचे मूल्य ठरविण्याकरिता तेथील लोकांनी वरील कालमापनपद्धतीचा विशेष उपयोग केला. कालमापनामध्ये वापरलेली दिवस, महिना व वर्ष ही तीन एकके अनुक्रमे सूर्याची भासमान आवर्ती गती, चंद्राची आवर्ती गती (उदा., अमावस्या किंवा पौर्णिमा ज्या प्रत्यक्ष निरीक्षणाने निश्चित करता येत होत्या) व सूर्योदयाच्या वेळी व्याध तारा क्षितिजावर दिसणे या तीन गतींवरून निश्चित केल्या गेल्या असल्या पाहिजेत, हे कळून येते. गणनपद्धती त्या वेळी प्रगत नसल्यामुळे अशा प्रकारे टप्प्याटप्प्याने वर्षातील दिवसांची गणती करणे स्वाभाविकच सुलभ जात असावे. व्याधताऱ्याशी संबंधित रीतीबरोबरच, दरवर्षी नाईल नदीला पूर येत असे या आवर्ती घटनेचा उपयोग ईजिप्त देशात वर्षगणनाकरिता करण्यात आला होता. बॅबिलोनियन लोकांनी दर महिन्यात अमावस्या कोणत्या दिवशी येते हे निश्चित करण्याकरिता एक जटिल गणितीय रीत इ. स. पू. सु. ४०० पर्यंत संशोधून काढली होती, असा निश्चित पुरावा उपलब्ध आहे. या पद्धतीमधील वैशिष्ट्य हे की, यामध्ये आधुनिक भौतिकीत ज्याप्रमाणे केला जातो अशा कोणत्याही भूमितीय प्रतिमानाचा उपयोग केला गेला नव्हता.

भारतामध्ये वेदांग ज्योतिष या ग्रंथात (इ. स. पू. सु. १५००-५०० वर्षे) चांद्रमास हा २९^१/_२ दिवसांचा असतो, तर सौरवर्ष ३६६ दिवसांचे असते, असे विधान आढळते. त्या कालातील भौतिकीय ज्ञानाची पातळी ठरविण्यास उपयुक्त अशी अनेक विधाने या प्राचीन ग्रंथात आढळतात. भारतातील ब्राह्मण या प्राचीन ग्रंथांत (इ. स. पू. सु. ३०००-५००) चंद्र स्वयंप्रकाशी नसून त्यास सूर्यापासून प्रकाश मिळतो, अमावास्येला चंद्र व सूर्य एकत्र असतात, पृथ्वी गोलाकार असून ती अवकाशात निराधार आहे अशा अर्थाची विधाने आढळतात.

मायलीटस येथील थेलीज (इ. स. पू. सातवे –सहावे शतक) या ग्रीक तत्त्ववेत्त्यांना अयस्कांत (लोडस्टोन) या खनिजाचे चुंबकीय गुणधर्म माहीत होते. अंबर ही वनस्पतिजन्य राळ केसाळ कातड्यावर (फरवर) घासली असता ती हलक्या वस्तू आकर्षित करते (म्हणजे तीत स्थिर विद्युत् निर्माण होते), ही गोष्टसुद्धा त्यांना माहीत होती. पायथॅगोरस (इ. स. पू. सु. ५७५-४९५) हे एक थोर ग्रीक गणितज्ञ होते. कोणतेही द्रव्य आप, पृथ्वी, वायू, तेज याच चार मूलद्रव्यांपासून निर्माण झालेले असते, असे त्यांचे मत होते. चंद्र हा स्वयंप्रकाशित नसून सूर्यांचा त्यावर पडणारा प्रकाश तो फक्त परावर्तित करतो, सूर्य स्वतः एक प्रकाशगोल असून पृथ्वी ही चंद्र व सूर्य यांमध्ये आल्यास त्यामुळे चंद्रग्रहण होते या कल्पना ॲनॅक्सॅगोरस (इ. स. पू. सु. पाचवे शतक) यांनी मांडल्या. कोठलेही द्रव्य विशिष्ट अणुघटकांपासून बनलेले असते व त्याचा सर्वस्वी नाश करणे अशक्य आहे, असेही त्यांचे मत होते. ॲरिस्टॉटल (इ. स. पू. ३८४-३२२) यांचा प्रभाव ग्रीक भौतिकीशास्त्रावर सतत अनेक शतकांपर्यंत राहिला. पृथ्वीचा आकार गोल आहे सूर्य, ग्रह व इतर तारे स्थिर पृथ्वीभोवती निरनिराळ्या वर्तुळाकार कक्षांत फिरत असतात, या सिद्धांतावर त्यांचा विश्वास होता.

वस्तूच्या गतिविषयक सिद्धांताबद्दलच्या ॲरिस्टॉटल यांच्या कल्पना सध्या प्रचलित असलेल्या निष्कर्षाच्या तुलनेने पाहता खूपच भिन्न होत्या. स्थिर वेगाने जेव्हा वस्तू मार्ग आक्रमित असते तेव्हा तिच्यावर प्रेरणा सतत कार्य करीत असली पाहिजे असे ॲरिस्टॉटल यांचे मत होते. जड वस्तू नैसर्गिकपणे गतिमान होऊन खाली पडतात, तर हलक्या वस्तू नैसर्गिक रीत्या वरच्या दिशेत गतिमान होतात, तर ग्रह, तारे यांसारख्या आकाशातील वस्तू मात्र नैसर्गिक रीत्या वर्तुळाकार गतिमार्ग आक्रमित असतात, असे त्यांचे काही इतर गतिविषयक सिद्धांत होते. प्रयोग व निरीक्षण यांचा उपयोग करून गतिकी व द्रायुस्थितिकी [⟶ द्रायुयामिकी] या शाखांमध्ये मूलभूत प्रगती करणारे आर्किमिडीज (इ.स.पू.सु. २८७-२१२) हे पहिले ग्रीक भौतिकीविज्ञ होत. त्यांनी घनता व सापेक्ष घनता या दोन संकल्पना भौतिकीत रूढ केल्या. द्रवात वस्तू बुडवली असता तिच्या वजनात घट होते व ही घट त्या वस्तूने बाजूस सारलेल्या द्रवाच्या वजनाइतकी असते हे संख्यात्मक तत्त्व त्यांनी शोधून काढले. भौतिकीमध्ये निरनिराळ्या राशींमधील संबंध सूत्ररूपाने अचूक दर्शविण्याच्या पद्धतीचे हे तत्त्व पहिलेच उदाहरण होय. तरफेच्या कार्याबद्दलचे संपूर्ण सैद्धांतिक ज्ञान त्यांना होते व या ज्ञानाच्या साहाय्याने त्यांनी व्यवहारात उपयोगी अशा अनेक यांत्रिक प्रयुक्ती बनविल्याचा उल्लेख सापडतो. प्रकाशकिरणाच्या परावर्तनाचे नियमही त्यांना अवगत होते, असा पुरावा मिळतो.

या काळातील तत्त्ववेत्त्यांच्या कल्पना किंवा विधाने बऱ्याच वेळा अनुमानपद्धतीच्या म्हणजे अटकळवजा असत (आर्किमिडीज यांचा एक महत्त्वाचा अपवाद होता). त्यांना प्रत्यक्ष निरीक्षण किंवा प्रयोगाद्वारा पडताळा असा आधार क्वचितच असे. ही विधाने बऱ्याच वेळा निव्वळ तर्कशास्त्रावरच आधारलेली असत त्यामुळे की काय या संकल्पनांपासून प्रत्यक्ष उपयुक्त असे फारच थोडे निष्कर्ष त्यांपासून पुढे निघत असत. त्यामुळे भौतिकीमधील प्रगतीला त्यांचा विशेष हातभार लागला असे विधान करणे कठीण होते. उदा., अणू सिद्धांताचे आद्य प्रणेते म्हणून ग्रीसमधील डीमॉक्रिटस (इ. स. पू. सु. पाचवे शतक) व भारतातील कणाद (इ.स.पू.सु. सहावे शतक) यांना श्रेय दिले जाते. वरील दोन तत्त्वज्ञांनी अणूचा सिद्धांत निव्वळ तर्कशास्त्राचा उपयोग करून काढला असल्यामुळे यापासून नवीन सर्जनशील कल्पना अथवा प्रयोग सुचविले गेले नाहीत. या अर्थाने एकोणिसाव्या शतकात जॉन डाल्टन यांनी जेव्हा प्रयोगाद्वारे निरनिराळ्या अणूंना वेगवेगळा विशिष्ट द्रव्यभार असतो असे सिद्ध केले तेव्हाच अणू सिद्धांताची खरी स्थापना केली, असे म्हटले पाहिजे. कारण या एका मूलभूत कल्पनेपासून महत्त्वाचे असे दुसरे अनेक शोध यानंतर लागले.

सूर्यमाला: मागे वर्णन केल्याप्रमाणे मनुष्याने सूर्य व ग्रह यांच्या गतीचे निरीक्षण करून त्यांच्या गतीचा उपयोग कालमापनाकरिता केला. भौतिकीशास्त्रातील प्रगती प्रथम खगोल भौतिकी किंवा विशेषेकरून सूर्यमालेच्या संदर्भातच झाली याचे हे कारण समजण्यासारखे आहे. आकाशातील ग्रह पृथ्वीभोवती फिरत नसून, पृथ्वी व इतर ग्रहच सूर्याभोवती प्रदक्षिण घालतात अशी कल्पना काही लोकांनी प्राचीन काळीसुद्धा पुढे मांडली असल्याचा उल्लेख मिळत असला, तरी सर्वसाधारणपणे मध्ययुगापर्यंत (इ. स. पाचव्या ते पंधराव्या शतकापर्यंत) ग्रहमालेचा केंद्रबिंदू पृथ्वी हीच समजली जात असे. कोपर्निकस यांनी प्रथम (इ. स. १५४३ मध्ये प्रसिद्ध झालेल्या ग्रंथाद्वारे) पृथ्वी व इतर ग्रह सूर्याभोवती निरनिराळ्या परिभ्रमणकक्षांत फिरत आहेत ही कल्पना पुढे मांडली. या कल्पनेप्रमाणे सर्व ग्रहांच्या गतीचे वर्णन समजण्यास अधिक सुलभ होते, असे त्यांनी दाखविले. ट्यूको ब्राए (१५४६-१६०१) या डॅनिश ज्योतिर्विदांनी (तो पावेतो ज्ञात असलेल्या सर्वच) ग्रहांच्या गतीबद्दल अचूक व विस्तृत असा प्रदत्त निरीक्षण करून मिळविला. योहानेस केप्लर (१५७१-१६२९) यांनी या प्रदत्ताचे परिशीलन करून त्यापासून महत्त्वाचे असे तीन नियम (केप्लर नियम या नावाने सुप्रसिद्ध असलेले नियम) शोधून काढले : (१) सर्व ग्रह सूर्याभोवती निरनिराळ्या विवृत्तीय (दीर्घवर्तुळाकार) कक्षांत फिरत असतात, (२) प्रत्येक ग्रहकक्षेचा त्रिज्यासदिश (ग्रह आणि सूर्य यांना जोडणारी केंद्ररेषा) समकालखंडात सममूल्याचे क्षेत्रफळ प्रसर्पित करतो (कापतो) व (३) प्रत्येक ग्रहाला सूर्याभोवती एक प्रदक्षिणा घालावयास लागणाऱ्या आवर्तकालाचा वर्ग हा त्याच्या सूर्यापासूनच्या अंतराच्या तृतीय घाताच्या सम प्रमाणात असतो [⟶ खगोलीय यामिकी]. इटलीमध्ये गॅलिलीओ (१५६४-१६४२) यांनी दूरदर्शक उपकरण शोधून काढले. यामुळे आकाशातील ग्रह व त्यांचे उपग्रह यांचे अचूकपणे निरीक्षण करता येऊ लागले. या उपकरणाच्या साहाय्याने निरीक्षण करून त्यांनी गुरू हा ग्रह व त्याचे चार उपग्रह हे सूर्यमालेच्या प्रणालीचे प्रतिमान असले पाहिजे, असे मत पुढे मांडले. दूरदर्शकाच्या साहाय्याने शुक्राच्या कला पाहता, शुक्र ग्रह सूर्याभोवती परिभ्रमण करीत असला पाहिजे असाही निष्कर्ष त्यांनी काढला. गॅलिलीओ यांनी यामिकीशास्त्राचा पाया प्रस्थापित केला असे म्हणता येते. कोणतीही वस्तू जर एकसमान अथवा स्थिर वेगाने एका सरळ रेषेत गतिमान होत असेल, तर तिच्यावर प्रेरणा कार्य करीत नाही, असे त्यांनी दाखविले. ग्रह व उपग्रह हे ज्या परिभ्रमण कक्षांत फिरत असतात त्या सरळ रेषाकार नसल्यामुळे त्यांवर प्रेरणा सतत कार्य करीत असली पाहिजे, हा महत्त्वाचा निष्कर्ष या नियमापासून निघतो. निरनिराळ्या द्रव्यमानांच्या वस्तू एकाच मूल्याच्या प्रवेगाने पृथ्वीवर खाली पडतात, हे गॅलिलीओ यांनीच प्रथम प्रयोग करून सिद्ध केले.

गुरुत्वाकर्षण व न्यूटनप्रणीत यामिकी: वरील सर्व कल्पना आणि निरीक्षणे एकत्रित करून न्यूटन (१६४२-१७२७) यांनी पृथ्वीवर गुरुत्वाकर्षणाने उदग्र दिशेत गतिमान होणाऱ्या वस्तू आणि आकाशात फिरणारे ग्रह व तारे या सर्वांकरिता यथार्थ अशा यामिकीचा विकास केला. विश्वातील कोणत्याही दोन द्रव्यमान असलेल्या वस्तूंमध्ये आकर्षणी गुरुत्वाकर्षणी प्रेरणा असते हे त्यांनी गृहीत धरले. पृथ्वी सूर्याभोवती परिभ्रमण का करते याचे कारण पृथ्वी व सूर्य यांमध्ये आकर्षण असते, हे आहे. उंचावरून कोणतीही वस्तू सोडली असता ती खाली का पडते? तर वस्तू व पृथ्वी यांमध्ये तशीच आकर्षणी प्रेरणा असली पाहिजे हे होय. वरील उदाहरणामधील सैद्धांतिक विश्लेषण अचूक करण्याकरिता न्यूटन यांनी ⇨कलनशास्त्र या एका विशिष्ट गणितीय पद्धतीचा शोध लावला. पृथ्वीवरील प्रयोगांद्वारे सुचलेल्या गुरुत्वाकर्षण या संकल्पनेचे सबंध विश्वाकरिता व्यापकीकरण केले व गणितीय विश्लेषण पद्धतीचा उपयोग करून सूर्याभोवतील ग्रहांच्या कक्षा, त्यांमधील त्यांचा वेग व ते पाळीत असलेले केप्लर नियम या सर्वांचे संख्यात्मक स्पष्टीकरण प्रथम मिळविले. एक मूलभूत तात्त्विक सिद्धांत गृहीत धरला असता त्यामुळे पृथ्वीवरील गतिमान वस्तू व अवकाशात परिभ्रमण करणारे ग्रह या सर्वांच्या गतीचे विशदीकरण एकाच विश्लेषण पद्धतीने करता येते, असे त्यांनी दाखविले. विश्लेषणाकरिता न्यूटन यांनी तीन गतिनियम गृहित धरले होते. या गतिविषयक नियमांवरून आधुनिक रूढ भौतिकीची स्थापना करण्यात आली आहे, असे मानले जाते. न्यूटन यांच्या या नियमांपैकी काही नियम गॅलिलीओ यांना अगोदरच माहीत होते, असा पुरावा उपलब्ध आहे. न्यूटन यांच्या पहिल्या नियमाप्रमाणे जर प्रेरणा लावली नसेल, तर प्रत्येक वस्तू तिच्या मूळ स्थिर अवस्थेत राहते अथवा ती एकसमान वेगाने सरळ रेषेत गतिमान होत राहते. या नियमाला निरूढीचा (जडत्वाचा) नियम असे म्हणतात. निरूढीमुळे वस्तू आपल्या गती अवस्थेत होऊ घातलेल्या कोणत्याही बदलाला नेहमीच विरोध करते. पृथ्वीवर प्रयोग करून हा नियम प्रयोगाने सिद्ध करणे अवघड आहे कारण पृथ्वीवरील वस्तूवर गुरुत्वाकर्षण व घर्षण प्रेरणा या नेहमीच कार्य करताना आढळतात. जिच्यावर कोणतीही प्रेरणा कार्य करीत नाही अशी वस्तू सापडणे अवघड आहे. विशेष योजना वापरून घर्षण ज्यामध्ये कमी केले आहे अशा परिस्थितीत क्षैतिज (क्षितिजसमांतर) पातळीवर (ज्याकरिता गुरुत्वाकर्षण प्रेरणा गतीच्या लंब दिशेत कार्य करते) गतिमान होणाऱ्या वस्तूच्या प्रत्यक्ष गतीच्या अभ्यासास बहिर्वेशन तत्त्वाची [⟶ अंतर्वेशन व बहिर्वेशन] कल्पनेने जोड दिली असता, या नियमाच्या यथार्थतेबद्दल खात्री करून घेणे मात्र शक्य होते. या नियमावरून प्रेरणा म्हणजे काय याविषयीचा खुलासा मिळतो. आधुनिक सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे ऊर्जेला सुद्धा निरूढी असते. न्यूटन यांचा हा नियम व गॅलिलीओ यांचा नियम हे दोन्ही एकरूप आहेत, हे लक्षात घेण्याजोगते आहे. न्यूटन यांच्या दुसऱ्या नियमाप्रमाणे प्रेरणा लावली असता वस्तूच्या संवेगात (वस्तूचे द्रव्यमान व तिचा वेग यांच्या गुणाकाराने निदर्शित होणाऱ्या राशीत) बदल होण्याची त्वरा ही प्रेरणेच्या समप्रमाणात असते. प्रेरणा ज्या दिशेत कार्य करीत असेल त्याच दिशेत हा बदल घडून येतो. दुसऱ्या

गतिनियमावरून प्रेरणेचे मूल्य निश्चित करण्याकरिता मिळणारे सूत्र खालीलप्रमाणे

⟶	=	→
F		d (mv)
		dt

येथेF प्रेरणा, m वस्तूचे द्रव्यमान, v वस्तूचा वेग व^d/_dtकाल (t) सापेक्ष अवकलज[⟶अवकलन व समाकलन]दर्शवितात. न्यूटन यांनी मांडलेले वरील सूत्र हे मधल्या काळात वापरल्या गेलेल्या त्यांच्या

⟶	=	→
F		M d (v)
		dt

या स्वरूपापेक्षा आधुनिक कल्पनांशी जास्त मिळतेजुळते आहे, ही गोष्ट लक्षात घेण्याजोगती आहे. न्यूटन यांच्या तिसऱ्या नियमाप्रमाणे क्रिया व प्रतिक्रिया या समान मूल्याच्या पण विरुद्ध दिशेत असतात, या नियमात रेषीय संवेगाच्या अक्षय्यतेच्या तत्त्वाचा अंतर्भाव आहे. उदा., सूर्य जर पृथ्वीला R या मूल्याच्या प्रेरणेने आपल्याकडे ओढत असेल, तर पृथ्वी सूर्याला तितक्याच मूल्याच्या प्रेरणेने आपल्याकडे आकर्षित करीत असते, असा निष्कर्ष मिळतो. पृथ्वीच्या संवेगात (एका कालखंडात) होणारा बदल हा सूर्याच्या संवेगात होणाऱ्या बदलाएवढ्या मूल्याचा असून त्यांच्या दिशा मात्र परस्पर विरुद्ध असतात.

न्यूटनप्रणीत यामिकीचा विकास जे. एल्. लाग्रांझ (१७३६-१८१३) व पी. एस्. लाप्लास (१७४९ – १८२७) या फ्रेंच शास्त्रज्ञांनी केला. लाग्रांझ यांच्या गणितीय सूत्रीकरणात प्रेरणेऐवजी ऊर्जेचा उपयोग केलेला असतो. कोणत्याही प्रणालीकरिता लाग्रांझ फलन खालील सूत्राने मिळते.

L = T – V

हे सूत्र लाग्रांझ यांनी प्रथम दिले. यामध्ये T = गतिज ऊर्जा, V = स्थितिज ऊर्जा. लाग्रांझ यांची पद्धत गणितीय दृष्ट्या जास्त व्यापक स्वरूपाची आहे. न्यूटन यांच्या विश्लेषणात गतीच्या रेषीय व कोनीय संवेगांच्या अक्षय्यतेचा अंतर्भाव होता, तर लाग्रांज्ञ यांच्या पद्धतीमध्ये ऊर्जा अक्षय्यता तत्त्वाचाही समावेश होतो, असे दाखविता येते. संवेग व ऊर्जा अक्षय्यता हे भौतिकीमधील दोन महत्त्वाचे सिद्धांत आहेत [⟶ द्रव्य आणि ऊर्जा यांची अक्षय्यता संवेगाची अक्षय्यता]. भौतिकीमध्ये द्रव्यमान, विद्युत् भार इ. राशींसुद्धा अक्षय्यता नियमाचे पालन करतात. डब्ल्यू. आर्. हॅमिल्टन (१८०५-६५) यांनी न्यूटन यांच्या विश्लेषणाला आणखी व्यापक असे स्वरूप दिले. लाग्रांझ फलनामध्ये जर काल सुव्यक्तपणे येत नसेल, तर वस्तूकरिता मिळणारे हॅमिल्टन फलन H वस्तूच्या संपूर्ण ऊर्जेचे (H = T + V) निर्देशन करते. सध्या ज्याला रूढ यामिकी असे म्हणतात त्या शास्त्रामध्ये हॅमिल्टन अथवा लाग्रांझ यांनी दिलेल्या स्वरूपात न्यूटन यांच्या मूलभूत तत्त्वाचा उपयोग केला जातो. न्यूटनप्रणीत यामिकीचा उपयोग करून जेव्हा ग्रहाच्या गतीचे विश्लेषण केले गेले तेव्हा सैद्धांतिक रीत्या मिळालेली गती व प्रत्यक्ष निरीक्षण करून आढळणारी गती यांमध्ये थोडा फरक येतो असे आढळले. या फरकाच्या कारणाचा शोध घेण्याच्या प्रयत्नात वरूण (नेपच्यून) या नव्या ग्रहाचा शोध लागला. स्थूलमानाने विचार करता बहुतेक सर्व गणितीय कृत्यांकरिता न्यूटनीय विश्लेषण ढोबळमानाने यथार्थ ठरते. उदा., प्रक्षेपणास्त्रे व कृत्रिम उपग्रह यांच्या गतीचे वर्णन किंवा विश्लेषण करण्याकरिता न्यूटनीय पद्धती वापरली असता त्यापासून पुरेशी अचूक उत्तरे मिळतात. सूक्ष्म परिणामाचे स्पष्टीकरण करण्याकरिता पुंजयामिकी, तर वस्तूचा गतिवेग प्रकाशवेगाच्या मूल्याच्या जवळपास येतो तेव्हा सापेक्षता विश्लेषण वापरणे अपरिहार्य ठरते.

प्रगतीचे टप्पे: वरील विवेचनावरून भौतिकीशास्त्रात प्रगती कशाप्रकारे होत गेली, याविषयीची चांगली कल्पना येते. या प्रक्रियेत भौतिकीय घटनांचे प्रथम निरीक्षण करून प्रदत्त मिळविला जातो. प्रदत्ताचे विशदीकरण करण्याकरिता एक सिद्धांत संकल्पना गृहीत धरली जाते. निरीक्षण व सैद्धांतिक विश्लेषण यांमध्ये परस्परक्रिया होत असते. सैद्धांतिक विश्लेषणाद्वारा अपेक्षित परिणाम व प्रत्यक्ष निरीक्षण करून आढळणारे परिणाम यांमध्ये बहुश: फरक आढळतातच. या फरकाची मीमांसा करण्याकरिता नवीन प्रयोग सुचविले जातात. या नव्या प्रयोगामुळे आणखी नवीन शोध लागतात. कित्येक वेळा या फरकाचे विशदीकरण करण्याकरिता परत पहिल्यापासून मूलभूत संकल्पनेतच योग्य असा बदल घडवून आणावा लागतो. कोणत्याही सिद्धांताचे भवितव्य शेवटी प्रयोगानेच ठरविले जाते, हे वरील विवेचनावरून स्पष्ट होते. सिद्धांतापासून निघणाऱ्या निष्कर्षांना जर प्रयोगापासून पडताळा मिळत नसेल, तर (मग तो सिद्धांत तात्त्विक दृष्ट्या कितीही आकर्षक असो) त्या सिद्धांताचा त्याग केला जातो. अशा परिस्थितीत पुढे आलेला नवा सिद्धांत हा बहुतेक नेहमीच पहिल्या सिद्धांतापेक्षा जास्त व्यापक स्वरूपाचा असा असतो. त्यापासून अनेक नव्या प्रयोगांकरिता प्रेरणा मिळते व तो अशा रीतीने जास्त उत्पादनक्षम ठरतो. भौतिकीय सिद्धांत कधीच परिपूर्ण नसतो हे त्याचे एक वैशिष्ट्य असते. उपकरण योजनेत सारखी प्रगती होत असते त्यामुळे नवीन व जास्त अचूक असा प्रदत्त सारखा उपलब्ध होत असतो. याकरिता कोणताही सिद्धांत अंतिम सत्याचे दर्शन घडवितो, असे विधान करणे योग्य ठरत नाही. कोणत्याही आविष्काराचे विशदीकरणही याच न्यायाने अंतिम स्वरूपाचे आहे, असे मानता येत नाही.

कोणत्याही भौतिकीय आविष्काराविषयीची जी अंगे प्रयोगाद्वारे उपलब्ध होतात, त्या सर्वांचे सयुक्तिक विशदीकरण करणारे प्रतिमान मीमांसेद्वारे निश्चित होते असे म्हणता येते. सहा अंध मनुष्यांना हत्तीला प्रत्यक्ष हाताने तपासून त्याच्या स्वरूपाचे वर्णन करावयास सांगितले, तर त्या प्रत्येकाचे वर्णन आपआपल्या परीने सत्य पण वास्तविकपणे भिन्न असू शकते. याच न्यायाने कोणत्याही मीमांसेद्वारे मिळणारे प्रतिमान संपूर्ण सत्याचे दर्शन करू शकत नाही हे स्पष्ट होते.

अपेक्षित अचूकतेला अनुसरून अशी गणितीय प्रतिमान किंवा विश्लेषण पद्धती भौतिकीमध्ये वापरली जाते. परिणामाचे विवेचन जर सूक्ष्म स्वरूपात करणे आवश्यक नसेल, तर वर लिहिल्याप्रमाणे न्यूटनप्रणीत किंवा रूढ यामिकीचे विश्लेषण योग्य ठरते. विवेचनामध्ये जर सूक्ष्मता हवी असेल, तरच पुंजयामिकीनुसार किंवा सापेक्षता सिद्धांतानुसार विश्लेषण करावे लागते. प्रत्येक पद्धतीच्या मर्यादा लक्षात ठेवणे मात्र आवश्यक असते. वरील उदाहरणात आसन्नपणाच्या (दिलेल्या उद्दिष्टानुसार अचूकतेच्या पुरेसे जवळ जाण्याचा) दोन पातळ्या लक्षात घेतल्या आहेत. काही उदाहरणांमध्ये अशा अनेक पातळ्या असू शकतात. प्रकाशीय आविष्काराच्या विशदीकरणाकरिता तरंग सिद्धांत व विद्युत् चुंबकीय सिद्धांत अशा दोन पर्यायी विश्लेषणपद्धती उपलब्ध आहेत. भूमितीय प्रकाशकीमध्ये (भिंग व आरसे यांचे प्रकाशीय कार्य वर्णन करण्याकरिता लागणाऱ्या शास्त्रामध्ये) प्रकाश तरंग स्वरूपात नव्हे, तर किरण स्वरूपात – सरळ रेषेत – कोणत्याही माध्यमात प्रगत होतो, एवढेच गृहीत पुरेसे होते. या गृहीतामुळे या विषयावरचे विश्लेषण गणितीय दृष्ट्या सुलभ होते व त्यापासून मिळणारी उत्तरेही पुरेशी अचूक असतात. याउलट प्रकाशविद्युत् या आविष्काराकरिता प्रकाश-ऊर्जा ही ⇨फोटॉन या पुंज स्वरूपात प्रगत होते, असे मानणे आवश्यक ठरते. प्रकाश या एकाच वस्तूकरिता कण, तरंग, विद्युत् चुंबकीय तरंग व फोटॉन अशी चार पर्यायी प्रतिमाने उपलब्ध आहेत असे दिसते व यांपैकी कोणते चित्र अंतिम सत्य समजावयाचे हा प्रश्न साहजिकच उद्‌भवतो. विचार करता हा प्रश्नच अप्रस्तुत आहे असे आढळेल कारण या चार पद्धतीत गणितीय विश्लेषणाच्या दृष्टीने सोयीस्कर अशी चार थोडीशी विभिन्न प्रतिमाने गृहीत धरली गेली आहेत. प्रतिमान व मूळ वस्तू यांमध्ये संपूर्ण एकरूपतेची अपेक्षा करणे केव्हाही योग्य नाही, हे सहज पटण्यासारखे आहे. यांपैकी कोणतेही प्रतिमान अंतिम सत्याचे सर्व परिस्थितीत निदर्शन करीत नाही, हे मात्र खरे सत्य आहे. या संदर्भात आइन्स्टाइन यांचे पुढील विधान मार्मिक आहे : ‘जोपर्यंत गणितीय नियम अथवा सिद्धांत सत्याचे निर्देशन करतात तोपर्यंत ते निश्चित असतात. ते जेव्हा निश्चित असतात तेव्हा ते (संपूर्ण) सत्याचे निर्देशन करीत नाहीत.’

आणवीय भौतिकी: पुंज सिद्धांतामुळे आणवीय व अणुकेंद्रीय भौतिकीमध्ये अत्यंत क्रांतिकारक असे बदल घडवून आणले आहेत. मागे उल्लेख केल्याप्रमाणे डाल्टन यांनी आणवीय भौतिकीची खऱ्या अर्थाने प्रस्थापना केली. काही ठराविक मर्यादित संख्येचे अणू एकमेकांजवळ येऊन जेव्हा निरनिराळ्या प्रकारे संयोजित होतात तेव्हा त्यांपासून विविध रासायनिक संयुगे निर्माण होतात, असे त्यांनी दाखविले. यानंतर विकसित केल्या गेलेल्या द्रव्याच्या गत्यात्मक सिद्धांतामध्ये पदार्थाची उष्णता धारणक्षमता व तापमान या स्थूल गुणधर्मांचे स्पष्टीकरण त्यामधील असंख्य अणूंच्या इतस्ततः गतीवरून दिले गेले. वायूच्या विविध गुणधर्मांचे संख्यात्मक विशदीकरण याच प्रतिरूपाचा उपयोग करून देण्यात येते. विचारात द्यावयाच्या अणूंची संख्या जेव्हा मोठी असते तेव्हा भौतिकीमध्ये सांख्यिकीय विश्लेषण पद्धती वापरणे अपरिहार्य होते. या पद्धतीत कोणत्याही एका विशिष्ट अणूच्या वर्तणुकीविषयी भाकीत करणे शक्य होत नाही पण समुहातील प्रातिनिधिक अणू कसा वागेल, त्याची गती कशी असेल, याविषयीची बरीचशी निश्चित अशी अनुमाने करता येतात. रूढ भौतिकीप्रमाणे (न्यूटन यांच्या नियमांवर आधारित असलेल्या भौतिकीप्रमाणे (न्यूटन यांच्या नियमांवर आधारित असलेल्या भौतिकीप्रमाणे) कोणत्याही एका अणूवर कार्य करणारी प्रेरणा माहीत असेल, तर गणितीय सिद्धांताचा वापर करून त्या अणूच्या संपूर्ण भविष्यकालीन गतीचे प्राक्कथन करता आले पाहिजे, असा निष्कर्ष मिळतो. याउलट सांख्यिकीय (संख्याशास्त्रीय) विश्लेषण वापरले, तर भविष्यात फक्त कोणती गती संभाव्य आहे हे, सांगता येते. अशा विश्लेषणापासून संपूर्णपणे निश्चित असे ज्ञान होत नाही. या गोष्टीबद्दल पुंज सैद्धांतिक व सांख्यिकीय विश्लेषणामध्ये साम्य आहे. गत्यात्मक सिद्धांतामध्ये वापरली गेलेली सांख्यिकीय पद्धती जे. सी. मॅक्सवेल (१८३१ – ७९) व लूटव्हिख बोल्टस्‌मान (१८४४ – १९०६) यांनी प्रथम उपयोगात आणली, रॉबर्ट ब्राउन यांनी १८२७मध्ये संशोधलेल्या ⇨ब्राउनीय गतीवर जे. बी. पेरँ (१८७० – १९४२) यांनी केलेले प्रयोग व आइन्स्टाइन यांनी त्याचे केलेले विश्लेषण यांमुळे द्रव्यामध्ये त्याच्या घटक अणूंची इतस्ततः सतत हालचाल होत असते या कल्पनेच्या पुष्ट्यर्थ प्रत्यक्ष प्रायोगिक पुरावा मिळाला. १८९७ सालाच्या सुमारास जे. जे. टॉमसन यांनी अणूमधील इलेक्ट्रॉन या पहिल्या मूलकणाचा शोध लावला. सर्व अणूंच्या आतील भागात एक किंवा अनेक इलेक्ट्रॉन उपस्थित असतात असे दाखविले. आर्. ए. मिलिकन (१८६८ – १९५३) यांनी विद्युत् भारित तेलकणांवर प्रयोग करून इलेक्ट्रॉनाचा विद्युत् भार e₀ = — १.६ X १०^-१९ कुलंब एवढा असून इलेक्ट्रॉन हा विद्युत् भाराचा पुंजकण आहे, असे दाखविले. याचा अर्थ असा होतो की, कोणत्याही वस्तूवरचा विद्युत् भार (धन अथवा ऋण) इलेक्ट्रॉनीय विद्युत् भाराच्या पूर्णांकी पटीत असतो. योग्य संस्थेपेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन वस्तूजवळ जमले, तर तिचा विद्युत् भार ऋण स्वरूपाचा होतो वस्तूने काही क्रियांद्वारे इलेक्ट्रॉन गमावले, तर तिचा भार

धन स्वरूपाचा होतो आणि ही देवघेव काही इलेक्ट्रॉनांच्या पूर्ण संख्येतच होते. यामुळे कोणताही विद्युत् भार = ± ne₀ या सूत्राच्या स्वरूपात लिहिता येतो. येथे n = पूर्णांक, e₀ = इलेक्ट्रॉनीय विद्युत् भार. गतिमान इलेक्ट्रॉन

(निर्वातामध्ये) धातुपटलावर पडले असता त्यांपासून क्ष-किरण या उञ्च कंप्रता असलेल्या विद्युत् चुंबकीय प्रारणाचे उत्सर्जन होते, या डब्ल्यू, सी. राँटगेन (१८४५ – १९३१) यांच्या शोधामुळे प्रारणाच्या उत्सर्जनात इलेक्ट्रॉनाचा निकट संबंध असला पाहिजे असे सूचित झाले. प्रारण उत्सर्जित करणाऱ्या अणूवर जर बाहेरून चुंबकीय क्षेत्र लावले, तर त्यापासून मिळणाऱ्या प्रारण वर्णपट रेषांच्या तरंगलांबीमध्ये बदल होतो, या पीटर झीमान (१८६५ – १९४३) यांच्या शोधांमुळे प्रारण उत्सर्जन क्रियेमध्ये आणवीय इलेक्ट्रॉनांचा दाट संबंध असावा याबद्दल आणखी पुरावा मिळाला. हा संबंध पुढील शोधानंतर जास्त स्पष्ट झाला : (१) प्रारण उर्जेच्या पुंजीकरणाबद्दलचा माक्स प्लांक यांनी १९०० साली मांडलेला सिद्धांत, (२) अणुकेंद्रीय अणू संरचनेचा अर्नेस्ट रदरफर्ड यांनी १९११ मध्ये लावलेला शोध व (३) हायड्रोजन अणू संरचनेबद्दलची नील्स बोर यांनी १९१३ मध्ये मांडलेली मीमांसा. प्लांक यांच्या सिद्धांताप्रमाणे ⇨कृष्ण पदार्थाद्वारा प्रारणाचे उत्सर्जन किंवा शोषण होते ते hv (h = प्लांक स्थिरांक, v = प्रारण कंप्रता) या पुंजकणाच्या पूर्णांक पटीतच होते [⟶ उष्णता प्रारण]. निरनिराळ्या अणूंची द्रव्यमाने सर्वसाधारणपणे एका ठराविक एककाच्या पूर्णांकी पटीतच मिळतात, असे प्रयोगाने या आधीच सिद्ध झाले होते. अणूचे द्रव्यमान वस्तूवरील विद्युत् भार यांच्याप्रमाणे प्रारणाची ऊर्जाही पुंजीकरण अट पाळते असे प्लांक यांच्या सिद्धांताप्रमाणे दिसते. आइन्स्टाइन यांनी प्रकाशविद्युत् परिणामाकरिता दिलेली मीमांसा ही यानंतरचा महत्त्वाचा टप्पा दर्शविते. योग्य ऊर्जेचे प्रकाशकिरण धातुपटलावर टाकले असता त्यापासून इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते याचे स्पष्टीकरण करण्याकरिता प्रकाश ऊर्जा ही फोटॉन ( = hv) पुंजकणाच्या स्वरूपातच प्रगत पावते असे मानावे लागते, असे त्यांनी दाखविले. आंत्वान आंरी बेक्रेल (१८५२ – १९०८), प्येअर क्यूरी (१८५९-१९०६) व मारी क्यूरी (१८६७ – १९३४) यांच्या किरणोत्सर्गावरील संशोधनामुळे अणूच्या आतील भागातील इतर घटकांचाही शोध लागला. अणुकेंद्र हा अंतिम मूलकण नसून तो इतर मूलकणांपासून बनलेला आहे अशी कल्पना ⇨आवर्त सारणीच्या (इलेक्ट्रॉन रचनेनुसार केलेल्या मूलद्रव्यांच्या कोष्टपकरूप मांडणीच्या) शेवटी-पोलोनियमांच्या पुढे-येणाऱ्या मूलद्रव्यांच्या अणूंच्या क्रियेवरून प्रथम आली. या सर्व मूलद्रव्यांची अणुकेंद्रे अस्थिर आहेत आणि त्यांचे उत्स्फूर्तपणे विघटन होऊन त्यांमधून काही किरणांचे उत्सर्जन होते. उत्सर्जित होणाऱ्या किरणात तीन प्रकार असतात. (१) आल्फा किरण : रदरफर्ड यांनी या

किरणकणाचे द्रव्यमान ४ आणवीय द्रव्यमान एकक [ए. एम्. यू. ⟶ आणवीय द्रव्यमान एकक] असून त्यावर २ e₀ एवढा धन विद्युत् भार आहे असे दाखविले. या किरणकणाचे उत्सर्जन केले असता अणुकेंद्राचे एका

मूलद्रव्यापासून दुसऱ्या मूलद्रव्यात रूपांतर होते. उदा., रेडियम (द्रव्यमानांक = २२६) या मूलद्रव्यामधून आल्फा कण बाहेर पडला असता त्याचे रेडॉन (द्रव्यमानांक = २२२) या मूलद्रव्यात रूपांतर होते (द्र्व्यमानांक म्हणजे अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांची एकूण संख्या). या विक्रियेमध्ये रेडियमाच्या अणुकेंद्रावर असलेला धन विद्युत् भार दोन एककांनी कमी होतो म्हणजेच त्याचा अणुक्रमांकही (अणुकेंद्रातील प्रोटॉनांची संख्याही) याचप्रमाणे बदलतो. (२) बीटा किरण : हे वेगवान इलेक्ट्रॉन असून त्यांचे द्रव्यमान नगण्य स्वरूपाचे असल्यामुळे अणूपासून बीटा उत्सर्जन झाले असता त्याच्या अणुकेंद्राच्या द्रव्यमानात होणारा फरक महत्त्वाचा नसतो. त्याच्या अणुकेंद्रावरील धन विद्युत् भार मात्र + e₀ या मूल्याने वाढतो व त्यामुळे त्याच्या गुणधर्मांत फरक पडतो. (३) गॅमा किरण: विद्युत् चुंबकीय प्रारण स्वरूप असणाऱ्या या किरणांच्या उत्सर्जनाने अणुकेंद्राच्या ऊर्जेत फक्त बदल होतो. या विक्रियेत अणुकेंद्राचे स्वरूप (द्रव्यमान अथवा विद्युत् भार) तेच राहते. रदरफर्ड, जेम्स चॅडविक व सी. डी एलीस यांनी नायट्रोजन अणूवर नैसर्गिक किरणोत्सर्गी द्रव्यापासून मिळणाऱ्या आल्फा किरणांचा मारा केला असता त्यापासून प्रोटॉन बाहेर फेकले जातात असे दाखविले. प्रोटॉन म्हणजे इलेक्ट्रॉन विरहित हायड्रोजन अणू अथवा हायड्रोजन अणूचे अणुकेंद्र. प्रोटॉनाचे शून्यगति-द्रव्यमान (प्रोटॉनाची गती शून्य असताना म्हणजेच तो स्थिर असताना असणारे त्याचे द्रव्यमान) १.००७८ आणवीय द्रव्यमान एकक एवढे असून त्यावंर +e₀ एवढा विद्युत् भार असतो. अशाच प्रकारच्या प्रयोगात चॅडविक यांनी न्यूट्रॉन या अणुकेंद्राच्या दुसऱ्या घटकाचा शोध लावला. न्यूट्रॉनाचे शून्यगति–द्रव्यमान प्रोटॉनापेक्षा थोडे जास्त म्हणजे १.००८७ आणवीय द्रव्यमान एकक एवढे असून त्याच्यावरचा विद्युत् भार शून्य असतो. आल्फा कण हा प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांपासूनच बनलेला असतो. अणुकेंद्रामध्ये इलेक्ट्रॉन नाहीत. केंद्रातून उत्सर्जित होणारे बीटा कण उत्सर्जनाच्या क्षणीच निर्माण केले जातात असे दाखविता येते. अणूपासून उत्सर्जित झालेला प्रकाशाचा फोटॉन हा अणूचा घटक नसून तो उत्सर्जन क्रियेच्या वेळी निर्माण होतो. छेडलेल्या तारेमधून मिळणारा ध्वनी हा तारेचा घटक नसतो, याच अर्थाने उत्सर्जित बीटा कण अणुकेंद्राचे घटक असत नाहीत. या प्रयोगावरून सर्व अणूंच्या केंद्रांत फक्त प्रोटॉन व न्यूट्रॉन (निरनिराळ्या संख्येत) असतात, असे कळते. रदरफर्ड यांनी निरनिराळ्या धातूंच्या अणूंद्वारे होणाऱ्या कणांच्या प्रकीर्णनाचे (विखुरण्याच्या क्रियेचे) निरीक्षण करून प्रत्येक अणूमध्ये धन विद्युत् भार असलेले अणुकेंद्र असते व त्याबाहेर खूप मोठ्या अंतरावर ऋण विद्युत् भार असलेले इलेक्ट्रॉन असतात, असा निष्कर्ष काढला. इलेक्ट्रॉनांची संख्या अणुकेंद्राच्या धन विद्युत् भाराएवढी असते. त्यामुळे धन विद्युत् भारधारी अणुकेंद्र व ऋण विद्युत् भारधारी इलेक्ट्रॉन हे दोन्ही मिळून अणूला विद्युत् भाररहित ठेवतात. एच्. जी. जे. मोझली यांनी १९१३ मध्ये क्ष-किरण वर्णपटाचे विश्लेषण करून अणुकेंद्रावर + Ze₀ एवढा विद्युत् भार असतोअसे दाखविले (Ze₀ आवर्त सारणीतील अणुक्रमांक).

यानंतर बोर यांनी हायड्रोजन अणूकरिता आपली मीमांसा मांडली. बोर प्रतिमानानुसार हायड्रोजनाकरिता प्रोटॉन हा अणुकेंद्र असतो व त्याभोवती एक इलेक्ट्रॉन निरनिराळ्या भ्रमण-कक्षांत (सूर्यमालेतील ग्रहांच्या कक्षांप्रमाणे) फिरत असतो. या प्रतिमानात इलेक्ट्रॉनाकरिता काही ठराविक कक्षाच शक्य असतात. या कक्षा पुंजीकरण अटींनुसार मिळतात व या कक्षांत इलेक्ट्रॉन फिरत असताना तो प्रारणाचे उत्सर्जन करीत नाही, असे प्रयोगान्ती आढळणाऱ्या निरनिराळ्या वर्णपट रेषा श्रेणींचे फार चांगल्या रीतीने विशदीकरण करता आले. यामुळे श्रेणींमधील घटक वर्णपट रेषांच्या तरंगलांबींमधील संबंध दर्शविणाऱ्या स्थिरांकाचे मूल्यही काढता आले. तथापि या सिद्धांताला अनेक मर्यादा असल्यामुळे आधुनिक पुंजयामिकीनुसार बोर प्रतिमानाला सध्या फक्त ऐतिहासिक महत्त्वच उरले आहे. निरनिराळ्या कक्षांत परिभ्रमण करणारा इलेक्ट्रॉन हे प्रतिमान नव्या

गृहीत धरले जाते. अणूला योग्य मूल्याची ऊर्जा पुरविली, तरच तिचे शोषण करून इलेक्ट्रॉन कमी ऊर्जेच्या (E₂) कक्षेतून जास्त ऊर्जेच्या (E₁) कक्षेत संक्रमण करतो मात्र या क्रियेकरिता पुरविलेली ऊर्जा E₁- E₂ एवढीच असावी लागते. E₁ या जास्त ऊर्जेच्या कक्षेत इलेक्ट्रॉन फार काळ रहात नाही. १०-८ से. या सुमाराच्या कालावधीत हा इलेक्ट्रॉन उत्स्फूर्तपणे E₂ कक्षेत येऊन अतिरिक्त ऊर्जा (E₁- E₂) हिचे उत्सर्जन एका प्रारण फोटॉनाच्या (E₁- E₂ = hv) स्वरूपात करतो. या सिद्धांतानुसार हायड्रोजन अणूच्या उत्सर्जन वर्णपटात पुंजयामिकीत यथार्थ मानीत नाहीत [⟶ पुंज सिद्धांत पुंजयामिकी]. मूळ बोर मीमांसेमधील (१) इलेक्ट्रॉनाच्या ऊर्जापातळ्या व (२) इलेक्ट्रॉन संक्रमणामुळे प्रारणाचे होणारे उत्सर्जन किंवा शोषण या संकल्पना मात्र नव्या यामिकीतही आढळतात. बोर मीमांसेप्रमाणे मिळणारे निष्कर्ष व प्रत्यक्ष प्रयोगद्वारे मिळणारे निष्कर्ष यांमध्ये तफावत आढळते. बोर मीमांसेप्रमाणे ज्याचे विशदीकरण देणे कठीण असे काही परिणाम व आविष्कार प्रयोगांद्वारे सापडतात. या कारणाकरिता मूळ मीमांसेमध्ये सर्वसंग्राहक व मूलभूत असे बदल घडवून आणणे आवश्यक झाले. हे कार्य व्हेर्नर हायझेनबेर्क (१९०१-७६), एर्व्हीन श्रोडिंजर (१८८७-१९६१), माक्स बोर्न (१८८२-१९७०) व पी. ए. एम्. डिरॅक (१९०२- ) यांनी केले. हायझेनबेर्क, श्रोडिंजर व बोर्न यांनी असापेक्षीय सिद्धांताचा वापर केला आहे, तर डिरॅक यांनी सापेक्षता सिद्धांताचा अंतर्भाव करून व्यापक स्वरूपाचे सुसूत्रीकरण केले. नव्या मीमांसेमध्ये ⇨अनिश्चिततेचे तत्त्व आणि प्रारण व कण यांमधील द्वैतभाव या दोन नवीन संकल्पनांचा उपयोग केला आहे.

अणु-रेणूसारख्या सूक्ष्मकणांच्या गतिकीय अवस्थेचे निर्देशन करण्याकरिता स्थान व वेग अशा दोन राशी लागतात. हायझेनबेर्क यांच्या अनिश्चितता तत्त्वाप्रमाणे यांचे संपूर्ण अचूकतेने एकाच वेळी मापन करणे शक्य होत नाही. प्रत्यक्ष मापनक्रियेमध्ये स्थानमापनात जर काही अनिश्चितता असेल, तर वेगमापनात काही अनिश्चितता अवस्था येतेच. रूढ भौतिकीमध्ये अशा प्रकारचा निर्बंध अस्तित्त्वात नाही. कोणत्याही मापनक्रियेमध्ये विक्षोभ हा काही प्रमाणात निर्माण केला जातोच. ही परिस्थिती हा निर्बंध येण्याचे कारण म्हणून सांगता येते. विक्षोभामुळे कणाच्या अवस्थेत फरक पडतो. याचा अर्थ असा होतो की, निरीक्षण करण्यापूर्वी कणाची असणारी अवस्था व निरीक्षण केल्यानंतरची अवस्था या एकरूप रहात नाहीत. त्यांमध्ये फरक पडतो. हा परिणाम व्यापक स्वरूपाचा आहे म्हणजे तो लहान-मोठ्या अशा सर्व कणांच्या बाबतीत होतो पण मोठ्या द्रव्यमानाच्या कणाच्या अवस्थेत घडवून आणलेला फरक नगण्य असतो, तर लहान कणाच्या बाबतीत तो नगण्य असत नाही हे दाखविता येते. हे तत्त्व फक्त कणाच्या स्थान व वेग या दोन राशींबद्दलच यथार्थ अथवा लागू आहे असे नसून, अशाच प्रकारच्या राशींच्या जोड्यांकरिता (उदा., ऊर्जा व काल यांकरिता) सुद्धा हे लागू पडते, असे दाखविता येते. सैद्धांतिक दृष्ट्या या तत्त्वाचा विचार केला असता त्यामुळे कणाच्या स्थाननिश्चितीमध्ये थोडी अनिश्चितता येते अथवा कण कोठे आहे याविषयीचे अचूक ज्ञान मिळविणे शक्य होत नाही. सांख्यिकीय विश्लेषणाप्रमाणे कण एका ठराविक आसमंतात असण्याची संभाव्यता काय असेल याविषयी निश्चित अनुमान करणे फक्त शक्य होते. कणाच्या वेगाबद्दलही असेच संभाव्यतेच्या स्वरूपात वर्णन देता येते. रूढ भौतिकीप्रमाणे प्रकाश हा अवकाशात विद्युत् चुंबकीय तरंगाच्या स्वरूपात प्रगत होतो, असे समजले जात होते. पुंज सिद्धांतानुसार काही आविष्कारांकरिता (उदा., प्रकाशविद्युत् परिणाम, कॉम्पटन परिणाम) प्रकाश हा फोटॉन पुंजकणाप्रमाणे कार्य करतो. या प्रायोगिक गुणधर्माचे परिशीलन करून द ब्रॉग्ली यांनी इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रान व इतर सर्व कणांना सुद्धा काही आविष्कारांमध्ये तरंगाचे गुणधर्म असावेत, अशी कल्पना पुढे मांडली. इलेक्ट्रॉनाकरिता विवर्तन आविष्कार (अडथळ्याच्या कडेवरून जाताना दिशेत बदल होणे) सी. जे. डेव्हिसन (१८८१-१९५८) व एल्. एच्. गर्मर (१८९६ – ) यांनी १९२७ मध्ये प्रयोगशाळेत प्रथम दाखविला. ओटो स्टर्न (१८८८-१९६९) यांनी प्रोटॉनाच्या बाबतीत विवर्तन आविष्कार प्रयोगाने सिद्ध केला, तर न्यूट्रॉनाकरिता या प्रकारचा परिणाम ई. ओ. वोलान व सी. जी. शूल यांनी दाखविला. याचा अर्थ असा होतो की, ज्याप्रमाणे प्रकाशामध्ये कण व तरंग या दोघांची वैशिष्ट्ये आढळतात, त्याचप्रमाणे इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन यांसारखे कणसुद्धा कण व तरंग या दोघांचे गुणधर्म दाखवितात. कोणत्याही एका आविष्कारामध्ये इलेक्ट्रॉन (कण) अथवा प्रकाश (तरंग) हा कण किंवा तरंग याप्रमाणे कार्य करतो पण असा कोणताही प्रयोग नाही की, ज्यामध्ये तो एकाच वेळी हे दोन्हीही गुणधर्म दाखवितो, हे लक्षात ठेवण्याजोगते आहे. भौतिकीमधील नव्या मीमांसेला त्यामुळे पुंजयामिकी किंवा तरंगयामिकी या दोन पर्यायी संज्ञा आहेत. तरंगयामिकीत वस्तूच्या तरंग गुणधर्मावर विशेष जोर दिलेला असतो व हा प्रकार त्यामुळे समजण्यास सुलभ व गणितीय दृष्ट्या हाताळण्यास सोपा असा होतो. या दोन पर्यायी वर्णनांमधील परस्परसंबंध असापेक्षीय परिस्थितीकरिता खालील समीकरणांमुळे मिळतो.

λ = h/p E = hv

येथे λ= तरंगलांबी, h = प्लांक स्थिरांक, p = वस्तूचा संवेग, E = वस्तूची ऊर्जा, ν = तरंग कंप्रता. एखाद्या आविष्काराचे कोणत्याही एका पद्धतीने केलेले विश्लेषण दुसऱ्या पद्धतीने केलेल्या विश्लेषणाशी गणितीय दृष्ट्या समतुल्य असते, असे दाखविले गेले आहे.

आणवीय व अणुकेंद्रीय संरचना: इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन व न्यूट्रॉन या मूलकणांच्या शोधानंतर विश्वात नैसर्गिक रीत्या सापडणारे निरनिराळ्या मूलद्रव्यांचे अणू (नैसर्गिक मूलद्रव्यांची संख्या = ९२) व त्यांची अणुकेंद्रे यांच्या संरचनेविषयी विशदीकरण करणे शक्य झाले. वाढत्या द्रव्यमानाप्रमाणे मूलद्रव्याची क्रमवार आवर्त सारणी तयार केल्यास त्यामध्ये जो अणूचा क्रमांक (Z) येतो तेवढे इलेक्ट्रॉन त्या अणूमध्ये असतात, असे सिद्ध केले गेले. अणुकेंद्रामध्ये अणुक्रमांकाएवढ्याच संख्येने प्रोटॉन उपस्थित असतात, त्यामुळे संपूर्ण अणूकरिता परिणामी विद्युत् भार शून्य असतो. अणूच्या द्रव्यमानाचा भरणा करण्याकरिता अणूच्या अणुकेंद्रात योग्य अशा संख्येत न्यूट्रॉन आहेत असे मानतात. प्रोटॉनाचे शून्यगति-द्रव्यमान १.००७८ आणवीय द्रव्यमान एकक, तर न्यूट्रॉनाचे हेच द्रव्यमान जवळजवळ तेवढेच म्हणजे १.००८७ एवढे असते, याचा उल्लेख मागे आला आहे. मूलद्रव्याचे द्रव्यमान जर A आणि न्यूट्रॉनांची संख्या N असेल, तर ती N = A-Z या सूत्राने मिळते. जे. जे. टॉमसन यांनी १९१३ साली प्रथम रासायनिक स्वरूपात उपलब्ध असलेली क्लोरीन (द्रव्यमान ३५.४५) व निऑन (द्रव्यमान २०.१) ही मूलद्रव्ये प्रत्यक्षात अनुक्रमे ३५ व ३७ द्रव्यमान असणाऱ्या क्लोरिनाच्या दोन आणि २० व २२ द्रव्यमान असणाऱ्या निऑनाच्या दोन समस्थानिकांच्या (अणुक्रमांक तोच पण भिन्न द्रव्यमान असलेल्या त्याच मूलद्रव्याच्या प्रकारांच्या) एका ठराविक प्रमाणात झालेल्या यांत्रिक मिश्रणामुळे तयार झाली आहेत, असे दाखविले. मूलद्रव्याच्या समस्थानिकांकरिता अणुक्रमांक एकच असल्यामुळे त्यांमध्ये प्रोटॉन व इलेक्ट्रॉन यांची संख्या तीच असते पण त्यांमधील न्यूट्रॉनांच्या संख्येत फरक असल्यामुळे त्यांच्या द्रव्यमानात भिन्नता येते. द्रव्यमान वर्णपट तंत्राच्या साहाय्याने उपलब्ध झालेल्या प्रदत्तामुळे किरणोत्सर्गी व अकिरणोत्सर्गी अशा दोन्ही प्रकारच्या मूलद्रव्यांमध्ये अनेक समस्थानिक रूपे अथवा प्रकार आढळले. मूलद्रव्ये व त्यांची विविध समस्थानिक रूपे यांच्या द्रव्यमानांचे जेव्हा अचूक मापन केले गेले तेव्हा त्यापासून निरनिराळ्या अणुकेंद्रांकरिता असलेल्या बंधन ऊर्जेचे [⟶ अणुकेंद्रीय भौतिकी] गणन करणे शक्य झाले. मूलद्रव्यात असलेल्या प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांच्या संख्येवरून यांच्या एकत्रित द्रव्यमानाचे गणन केले, तर ते मूलद्रव्याच्या द्रव्यमानापेक्षा निराळे आढळते. या दोन राशींमध्ये येणारा फरक व सापेक्षता सिद्धांतातील ऊर्जा (E) व द्रव्यमान (m) यांमधील संबंध दाखविणारे सूत्र E = mc² याचा (c = प्रकाशाचा निर्वातातील वेग) उपयोग केला असता त्यापासून अणुकेंद्रातील कण बंधनऊर्जेचे गणन करता येते. यावरून हलक्या द्रव्यमानाचे अणू (उदा., हायड्रोजन) एकत्र येऊन जर मोठ्या अणूची निर्मिती करतील, तर या विक्रियेमध्ये ऊर्जेचे उत्सर्जन होते असे दिसते. सूर्य व इतर ताऱ्यांमध्ये हायड्रोजन अणुकेंद्रे एकत्र येऊन (म्हणजे त्यांचे संघटन होऊन) त्यांपासून जास्त द्रव्यमानाच्या हीलियम या अणूची निर्मिती होत असल्यामुळे जी ऊर्जा बाहेर पडते तीमुळे त्यांचे उच्च तापमान टिकून रहाते. हायड्रोजन संघटन बाँबमध्ये याच विक्रियेचा उपयोग केलेला असतो. आवर्त सारणीच्या दुसऱ्या टोकाला असणाऱ्या युरेनियम व प्लुटोनियम यांसारख्या जड द्रव्यमानाच्या अणुकेंद्रांचे भंजन केले असता (तुकडे पाडले असता) त्यापासून ऊर्जेचे उत्सर्जन होते. या भंजन विक्रियेवर युरेनियम–प्लुटोनियम अणुबाँबचे तसेच अणुकेंद्रीय विक्रियकाचे (अणुभट्टीचे) कार्य आधारित असते. [⟶ अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी अणुबाँब].

अणूमधील इलेक्ट्रॉन अणुकेंद्रापासून निरनिराळ्या अंतरांवर असतात. इलेक्ट्रॉनाचे केंद्रापासूनचे अंतर जेवढे जास्त त्या प्रमाणात त्याची ऊर्जा जास्त असावी लागते. इलेक्ट्रॉनाला काही ठराविक ऊर्जामूल्ये धारण करणे शक्य असल्यामुळे त्याकरिता काही ठराविक मर्यादित संख्येच्या ऊर्जापातळ्या अनुज्ञात अथवा शक्य आहेत, असे मानावे लागते. जेम्स फ्रांक (१८८२-१९६४) आणि गुस्टाफ हर्ट्‌झ (१८८७-१९७५) यांनी अणूमधील इलेक्ट्रॉन ऊर्जापातळ्या पृथक् असतात, हे प्रयोगाने दाखविले. केंद्रापासूनच्या सगळ्यात जवळच्या ऊर्जापातळीमध्ये इलेक्ट्रॉनाला लघुतम ऊर्जा असते. ज्या अणूमध्ये एकापेक्षा जास्त इलेक्ट्रॉन आहेत त्यामधील सर्व इलेक्ट्रॉन या लघुतम ऊर्जा अवस्थेमध्ये एकत्रित यावेत अशी अपेक्षा प्रथमदर्शनी केली जाईल पण प्रत्यक्षात तसे घडत नाही. पहिल्या ऊर्जापातळीत २, दुसरीत ८, तिसरीत १८, चवथीत ३२ एवढेच जास्तीत जास्त इलेक्ट्रॉन राहू शकतात असा पुरावा मिळतो. याचे विशदीकरण, व्होल्फगांग पाउली (१९००-५८) यांनी विवर्जन तत्त्वाच्या साहाय्याने प्रथम दिले [⟶ अणु व आणवीय संरचना]. हे तत्त्व अत्यंत महत्त्वाचे असे समजले जाते. या तत्त्वानुसार कोणत्याही दोन इलेक्ट्रॉनांना तेच समरूप पुंजांक असू शकत नाहीत. या तत्त्वाचा उपयोग करून आवर्त सारणीमधील निरनिराळ्या मूलद्रव्यांचे विशिष्ट स्थान, त्यांचे भौतिकीय व रासायनिक गुणधर्म यांचे विशदीकरण देणे शक्य होते. अणुकेंद्रापासून सगळ्यात दूर जे इलेक्ट्रॉन असतात त्यांमुळे त्या मूलद्रव्याचे रासायनिक गुणधर्म निश्चित होतात. दोन भिन्न अणू एकमेकांजवळ आले असता त्यांमध्ये रासायनिक बंध निर्माण होऊन त्यांपासून रेणू बनतात. या विक्रियेच्या मुळाशी असलेल्या रासायनिक बंध या संकल्पनेचे विशदीकरण घटक अणूंमधील इलेक्ट्रॉन विन्यासावरून (विविध ऊर्जा पातळ्यांतील इलेक्ट्रॉनांच्या संख्यात्मक वाटणीवरून) देता येते.

मूलकण व प्रतिकण: इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन व फोटॉन या चार मूलकणांच्या अस्तित्वावर वरील सर्व विवेचन आधारित आहे, हे लक्षात येते. प्रथम दर्शनी मूलकण हे भौतिकीमधील अंतिम कण आहेत असे समजले जात होते. ही कल्पना प्रोट्रॉन, न्यूट्रॉन व इलेक्ट्रॉन या या कणांच्या बाबतीत यथार्थ वाटत होती, कारण यांपैकी कोणताही एक कण दुसऱ्या कोणत्याही कणापासून निर्माण करणे शक्य नव्हते. फोटॉन या मूलकणाला शून्यगति-द्रव्यमान शून्य असून तो नेहमीच एका गतीने म्हणजे प्रकाशाच्या वेगाने प्रगत पावत असतो असे दाखविले गेले. अणूमधील इलेक्ट्रॉन ऊर्जेचे रूपांतर काही परिस्थितीत फोटॉन या प्रारणरूपात होते, याचा उल्लेख वरील विवेचनात आलाच आहे. मुक्त न्यूट्रॉन हा किरणोत्सर्गी असून त्याचे उत्स्फूर्तपणे विघटन होते. अणूमध्ये असलेल्या न्यूट्रॉनाला मात्र काही कारणामुळे संपूर्ण स्थैर्य आहे असे दिसते. अलीकडे करण्यात आलेल्या प्रयोगात वेगवान कणाच्या आघाताने प्रोटॉनाचे न्यूट्रॉनामध्ये (किंवा न्यूट्रॉनाचे प्रोटॉनामध्ये) रूपांतर करता येते, असे आढळून आले आहे. यावरून मूलकण ही संज्ञा अत्यंत व्यापक अर्थाने येथे अभिप्रेत आहे, हे उघड होते.

मूलद्रव्याच्या दृष्टीने ठोकळमानाने विचार केल्यास प्रोटॉन, न्यूट्रॉन व इलेक्ट्रॉन हेच तीन मूलकण महत्त्वाचे असे वाटतात. मूलद्रव्याचे धन विद्युत् भारित अणुकेंद्र व त्यासभोवताली असणारे इलेक्ट्रॉन यांमध्ये विद्युत् चुंबकीय आकर्षण असते. अणुकेंद्रात प्रोटॉन व न्यूट्रॉन हे जे दोन घटक कण विविध संख्येत उपस्थित असतात, त्यांमध्ये असलेले आकर्षण हे प्रबल अणुकेंद्रीय प्रेरणेमुळे निर्माण होते. काही अणुकेंद्रांमध्ये बीटाक्षय (बीटा कण बाहेर टाकण्याची क्रिया) आढळतो. या क्रियेत एका न्यूट्रॉनाचा एक प्रोटॉन, एक इलेक्ट्रॉन व एक प्रतिन्यूट्रिनो अशा तीन घटक कणांत क्षय ज्या प्रेरणेमुळे होतो, तिला दुर्बल अणुकेंद्रीय प्रेरणा असे म्हणतात. प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांचे क्वार्क नावाचे उपघटक असतात. क्वार्क कणाच्या अनेक जाती किंवा प्रकार आहेत. त्यांपैकी फक्त दोनच जातींचे क्वार्क प्रोटॉन अथवा न्यूट्रॉन यांच्या निर्मितीकरिता उपयुक्त ठरतात.

त्यांपैकी पहिल्या प्रकारच्या क्वार्कावर जास्त घन स्वरूपाचा विद्युत् भार असून त्याचे मूल्य + २/३ e₀ एवढे असते (हे मूल्य इलेक्ट्रॉनीय विद्युत् भाराच्या २/३ पटीने धन असते). दुसऱ्या प्रकारच्या क्वार्कावर इलेक्ट्रॉनीय विद्युत् भाराच्या १/३ पटीने ऋण विद्युत् भार असतो. क्वार्क हे अल्पजीवी कण आहेत म्हणून त्यांचे प्रत्यक्ष निरीक्षण करणे अवघड असते. त्यांच्या अस्तित्वाचा अप्रत्यक्ष स्वरूपाचा भरपूर पुरावा मात्र उपलब्ध आहे. प्रोटॉनामध्ये जास्त धन विद्युत् भारित स्वरूपाचे दोन क्वार्क व एक कमी ऋण विद्युत् भाराचा क्वार्क एकत्र असतात. त्यामुळे त्यांचे परिणामी विद्युत् भार + e₀ एवढा होतो. याउलट एका न्यूट्रॉनामध्ये दोन कमी ऋण विद्युत् भारित क्वार्कांबरोबर एक जास्त धन विद्युत् भारित क्वार्क संलग्न होत असल्यामुळे त्यांचा परिणामी विद्युत् भार शून्य मूल्याचा असतो. दोन निरनिराळ्या

प्रकारचे क्वार्क एकत्र आले असता त्यांपासून विविध प्रकारचे मेसॉन निर्माण होतात. प्रोटॉन, न्यूट्रॉन व इलेक्ट्रॉन यांमध्ये ज्या विविध प्रकारच्या परस्परक्रिया होतात, त्या विशद करण्याकरिता निरनिराळ्या क्षेत्र पुंजकणांचा विनिमय अथवा देवघेव होते, असे मानले जाते [⟶ पुंज क्षेत्र सिद्धांत]. विद्युत् चुंबकीय आकर्षण हे फोटॉन या कणाच्या देवघेवीमुळे निर्माण होते, तर प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांमधील आकर्षण ग्लुऑन या कणाच्या विनिमयामुळे अस्तित्वात येते, असे मानले जाते.

बीटाक्षय क्रिया ही W या दिशिक बोसॉन कणाच्या देवघेवीमुळे होते अशी मीमांसा प्रथम देण्यात आली होती पण धन व ऋण विद्युत् भार वाहक W कण फक्त गृहीत धरले असता त्यांपासून मीमांसेद्वारे मिळणाऱ्या निष्कर्षांत काही सैद्धांतिक स्वरूपाच्या अडचणी निर्माण होतात. विद्युत् भार वाहक W कणाबरोबर या क्रियेमध्ये विद्युत् चुंबकीय प्रेरणेचा क्षेत्रकण फोटॉन व Z° या नावाचा आणखी एक विद्युत् भाररहित कण यांचा पण सहभाग असतो, असे मानले जाते. या सुधारणेमुळे वरील अडचणी तर दूर होतातच पण विद्युत् चुंबकीय व दुर्बल अणुकेंद्रीय प्रेरणा यांच्या मीमांसांचे एकीकरण सुद्धा होते.

पश्चिम यूरोपियन राष्ट्रांनी सामुदायिकपणे चालविलेल्या जिनीव्हा येथील सर्न (CERN) च्या संशोधन प्रयोगशाळेत या कणांच्या अस्तित्वाबद्दल पुष्टीकारक पडताळा मिळाला आहे. प्रत्येकी ५४० अब्ज eV गतिऊर्जा असणाऱ्या प्रोटॉन व प्रतिप्रोटॉन यांच्या परस्पर आघातात W व Z° हे कण मिळाल्याच्या घोषणा अनुक्रमे जानेवारी १९८३ व एप्रिल १९८३ मध्ये करण्यात आल्या. या कणांची प्रय़ोगाने अनुमानित केलेली द्रव्यमाने अपेक्षित मूल्याचीच आहेत, असा पण पुरावा उपलब्ध झाला आहे. त्यामुळे ही मीमांसा योग्य दिशेत प्रगत होत आहे, असे म्हणता येते.

इ. स. १९७० नंतरच्या दशकात दुर्बल व विद्युत् चुंबकीय या परस्परक्रियांचे एकीकरण करण्यात आले आहे व यामध्ये प्रबल परस्परक्रियेचा पण समावेश करता येईल असे वाटते. एकोणिसाव्या शतकात मॅक्सवेल यांनी चुंबकत्व, विद्युत् व प्रकाश या त्या वेळेपावेतो भिन्न समजल्या जाणाऱ्या अविष्कारांचे एका समाईक मीमांसेद्वारे ज्याप्रमाणे विशदीकरण केले, त्याप्रमाणे वस्तु-वस्तूमधील (गुरुत्वाकर्षण सोडता) परस्परक्रियांचे एकीकरण करण्यात येईल. आधुनिक मीमांसेप्रमाणे मुक्त न्यूट्रॉन हाच केवळ अस्थिर नसून मुक्त प्रोटॉनसुद्धा अस्थिरच आहे. प्रचलित मीमांसेप्रमाणे मुक्त प्रोटॉनाच्या उत्स्फूर्त विघटनाचा वेग कमी आहे. याकरिता असा दाखला देण्यात येतो की, एक टन वजनाच्या द्रव्यमानामधील प्रोटॉनांपैकी फक्त एका प्रोटॉनाचे विघटन दहा वर्षांत होईल. अणूमधील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांना मात्र संपूर्ण स्थैर्य असते.

प्रचलित मीमांसेप्रमाणे सर्व द्रव्यमानाकरिता शेवटी नाश हा अटळ आहे. याच मीमांसेमधून द्रव्याची उत्पत्ती प्रथम कशी झाली याकरिता उत्तर सापडण्याची शक्यता आहे. चुंबकीय एक ध्रुव अस्तित्वात असू शकतील असे भाकीत पण या मीमांसेनुसार करता येते. या अनुमानाकरिता प्रयोगाद्वारे पडताळा मिळविण्याचे प्रयत्न निरनिराळ्या प्रयोगशाळांत करण्यात येत आहेत.

दोन प्रकारचे क्वार्क, इलेक्ट्रॉन व न्यूट्रिनो असे चार प्रकारचे मूलकण (व त्यांचे प्रतिकण) गृहीत धरले असता पृथ्वीवर मिळणारी विविध मूलद्रव्ये, त्यांमध्ये होणाऱ्या प्रक्रिया, सूर्यमालेमध्ये घडणाऱ्या भौतिकीय घटना, सूर्याला ऊर्जा पुरवणारी प्रक्रिया इ. सर्व गोष्टी समाधानकारकपणे विशद करता येतात. विश्वकिरणांत (बाह्य अवकाशातून पृथ्वीवर येणाऱ्या अतिशय भेदक किरणांत) मिळणारे वेगवान कण किंवा मानवाने ⇨कणवेगवर्धकांद्वारे प्रयोगशाळेत कार्यान्वित केलेल्या प्रक्रिया या गोष्टी विशद करण्याकरिता मात्र आणखी बऱ्याच प्रकारचे मूलकण विचारात घ्यावे लागतात.

पॉझिट्रॉन, विविध मेसॉन, न्यूट्रिनो यांसारख्या अनेक मूलकणांचा १९३२ सालानंतर शोध लागला. यांपैकी अनेकांचे विशिष्ट कार्य काय आहे याविषयी अजून (१९८३ पर्यंत) निश्चित कल्पना नाही. कण व प्रतिकण यांच्या ज्या अनेक जोड्या आढळतात त्या मात्र भौतिकीच्या दृष्टीने अर्थपूर्ण व महत्त्वाच्या आहेत.

इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन ही जोडी भौतिकीय कण व प्रतिकण यांचे एक प्रारूपिक (नमुनेदार) उदाहरण आहे. पॉझिट्रॉनावर + e₀ एवढा धन विद्युत् भार असून त्याचे द्रव्यमान इलेक्ट्रॉनाच्या द्रव्यमानाएवढेच असते. एक इलेक्ट्रॉन व पॉझिट्रॉन एकत्र येऊन त्यांमध्ये विक्रिया झाली, तर त्यामध्ये कणावरील विद्युत् भार व त्यांचे द्रव्यमान यांचा संपूर्ण नाश होऊन त्यापासून १.०२ MeV एवढी ऊर्जा शुद्ध गॅमा प्रारण फोटॉनाच्या रूपात निर्माण होते. दोन द्रव्य-कण नष्ट होऊन त्यांपासून विद्युत् चुंबकीय तरंग ऊर्जा उत्पन्न होते, असा याचा अर्थ होतो. याउलट योग्य परिस्थिती असल्यास एवढ्याच ऊर्जेच्या गॅमा प्रारणाचे इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन युग्मात रूपांतर होऊ शकते [⟶ पॉझिट्रॉन]. सापेक्षता सिद्धांताने प्राक्कथित केलेल्या ‘ऊर्जेचे द्रव्यमानात रूपांतरण’ या विक्रियेचे प्रत्यक्ष प्रयोगाने मिळणारे उदाहरण, असे याचे वर्णन करता येते. सापेक्षता सिद्धांत व पुंज सिद्धांत या दोन सिद्धांतांमध्ये काही आश्चर्यजनक आणि असामान्य अशा घटनांचा अंतर्भाव होतो, हे वरील उदाहरणावरून स्पष्ट होते. प्रतिप्रोटॉन या प्रोटॉनाच्या प्रतिकणाचे अस्तित्व प्रयोगाने सिद्ध केले गेले आहे. [⟶ मूलकण].

प्रारण: प्रारण व द्रव्यवस्तू यांमधील परस्परक्रियेच्या अभ्यासामुळे आधुनिक भौतिकीचा उदय व विकास झाला असे म्हणता येते. अवकाशात स्वतंत्रपणे (कोणत्याही रूढ कणाशी संबद्ध न झालेली) प्रगत होणारी ऊर्जा म्हणजे प्रारण असे म्हणता येते. दैनंदिन जीवनात आढळणारा दृश्य प्रकाश हे प्रारण आहे. प्रकाश प्रारण अवकाशात नेहमीच प्रकाशाच्या एकाच वेगाने प्रगत होते असते. प्रकाश कणमय आहे असे न्यूटन यांचे मत होते. या कणाला वेग आहे असे मानले, तर त्यावरून प्रकाश हा नेहमीच सरळ रेषेत का जात असतो याचा सुलभ खुलासा मिळतो. कारण कोणत्याही वस्तूवर जर प्रेरणा नसेल, तर तिचा गतिमार्ग सरळ रेषेत असतो असा न्यूटनप्रणीत यामिकीचा नियम आहे. हायगेन्झ यांच्या मते प्रकाशाचे प्रसारण अवकाशातून तरंगाच्या स्वरूपात होत असते. टॉमस यंग (१७७३-१८२९) यांच्या व्यतिकरण प्रयोगाने तरंग सिद्धांत प्रस्थापित झाला असे मानले जाते. सरळ रेषेत प्रसारण, प्रणमन, विवर्तन, व्यतिकरण यांसारखे जे निरनिराळे परिणाम प्रकाशाच्या बाबतीत प्रयोगाने मिळतात, त्यांचे तरंग सिद्धांतानुसार समाधानकारक विशदीकरण ए. जे. फ्रेनेल (१७८८-१८२७) यांनी दिले. मॅक्सवेल यांनी हे तरंग विद्युत् चुंबकीय स्वरूपाचे असतात, असे दाखविले. विद्युत् चुंबकीय तरंग प्रयोगशाळेत निर्माण करून ते प्रकाश तरंग पाळीत असलेले सर्व नियम पाळतात हे एच्. आर्. हर्ट्‌झ (१८५७-९४) यांनी दाखविले [⟶ प्रकाश प्रकाशकी]. इलेक्ट्रॉन नलिकेचा [⟶ इलेक्ट्रॉनीय प्रयुक्ति] शोध लागल्यानंतर तिच्या साहाय्याने विद्युत् चुंबकीय तरंगांचे प्रसारण व ग्रहण करणे शक्य झाले. या घटनेमुळे दूरसंदेशवहन तंत्रविद्येची स्थापना झाली. यामध्ये रेडिओ, रडार, दूरचित्रवाणी इ. तंत्रांचा समावेश होतो. रेडिओ तरंगांपासून दृश्य प्रकाशाला धरून तो थेट क्ष-किरण व गॅमा किरण हे सर्व विद्युत् चुंबकीय प्रारणाचेच प्रकार आहेत, हे स्पष्ट झाले [⟶ विद्युत् चुंबकीय प्रारण]. या विविध प्रकारांत फक्त कंप्रतेचाच फरक असून अवकाशातून प्रगत होण्याचा वेग सर्वांकरिता एकाच मूल्याचा (म्हणजे c = सु. ३ लक्ष किमी./से.) आहे असे आढळते. या वर्णपटाच्या (विशेषतः उच्च कंप्रतांच्या बाजूला असणाऱ्या घटकांकरिता) प्रारण ऊर्जेचे प्रसारण फोटॉन या पुंजकणाच्या स्वरूपात होते असे मानावे लागते, हे आइन्स्टाइन यांनी प्रकाशाविद्युत् परिणामाचे स्पष्टीकरण करताना दाखविले. योग्य ऊर्जेचे प्रकाशकिरण धातुपटलावर पडले असता त्यापासून मुक्त इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन होते, असे प्रकाशविद्युत् परिणामात आढळते. सामान्यपणे विचार करता असे दिसते की, जेथे प्रारण व द्रव्य यांमध्ये परस्परक्रिया होऊन ऊर्जा-विनिमय होतो, अशा सर्व आविष्कारांकरिता रूढ भौतिकीच्या साहाय्याने विशदीकरण देणे शक्य होत नाही. या कार्याकरिता पुंज सिद्धांताचाच आधार घ्यावा लागतो.

विश्वकिरण या प्रारण घटकाचा अभ्यास करताना अनेक मूलकणांचा शोध लागला. विश्वकिरण हे अत्यंत वेगवान कण (यामध्ये काही विद्युत् भारित तर काही निर्भारित कण असतात) व उच्च ऊर्जायुक्त प्रारण यांचे मिश्रण आहे, असे प्रयोगाने दिसते. हे किरण पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर दिवसरात्र सतत वर्षाव करीत असतात. यावरून त्यांचा उगम सूर्यमालेच्या पलीकडे असलेल्या अवकाश विभागापासून होत असावा, असा तर्क आहे. यातील घटकांची ऊर्जा १०^१८ eV याहूनही जास्त आहे असे दिसते. प्रयोगशाळेत कणवेगवर्धकांच्या साहाय्याने आतापर्यंत जे जास्तीत जास्त वेगवान कण निर्माण करण्यात आले आहेत, त्यापेक्षा वरील मूल्य अनेक पटींनी जास्त आहे. ही गोष्ट लक्षात घेता उच्च ऊर्जायुक्त कणांच्या प्रक्रियांचा अभ्यास करण्याकरिता सध्या तरी

विश्वकिरणांच्या संशोधनावरच विसंबून रहावे लागणार आहे, असे दिसते. पॉझिट्रॉन या इलेक्ट्रॉन-प्रतिकणाचा शोध, इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रॉन युग्मनिर्मिती किंवा त्यांचे गॅमा किरणात रूपांतर होऊन नष्टीकरण, न्यूट्रिनो, π व μ मेसॉन, ⋀, Z, Xi यांसारख्या मूलकणांचा शोध हे विश्वकिरणांवरील संशोधनामध्येच मिळालेले महत्त्वाचे असे परिणाम होत. विश्वकिरणांद्वारे घडवून आणलेल्या प्रक्रियांत आढळलेल्या अनेक कणांचे अणूच्या अथवा अणुकेंद्राच्या संरचनेत नक्की काय कार्य आहे, हे सध्या तरी स्पष्ट झालेले नाही. प्लांक यांनी सुचविलेल्या संकल्पनेसारख्या एखाद्या क्रांतिकारी संकल्पनेचा शोध लागून त्याचे भविष्यकाळात विशदीकरण होईल, अशी आशा भौतिकीविज्ञांना वाटत आहे. यांपैकी π— मेसॉन हा अणुकेंद्रातील प्रोटॉन व न्यूट्रॉन यांना एकत्र ठेवण्याचे कार्य करतो एवढीच गोष्ट सध्या स्पष्ट झालेली आहे. ज्याप्रमाणे अणूमधील इलेक्ट्रॉन निरनिराळ्या प्रकारच्या अणूंना एकत्र आणून (रासायनिक) रेणूच्या रचनेस मदत करतात त्याचप्रमाणे अणुकेंद्रांच्या बाबतीत π— मेसॉन ही भूमिका पार पाडतो असे दिसते. [⟶ प्रारण विश्वकिरण].

सैद्धांतिक भौतिकी: भौतिकीमधील विविध प्रेरणांचे गणितीय दृष्ट्या अचूक संख्यात्मक स्वरूपात आकलन हे सैद्धांतिक भौतिकीचे प्रमुख उद्दिष्ट असते. भौतिकीमध्ये चार प्रकारच्या प्रेरणांचा विचार करावा लागतो.

(१)गुरुत्वाकर्षणीय प्रेरणा: यांचा कार्यकारी पल्ला अतिशय मोठा असल्यामुळे सर्व अंतरांकरिता ही प्रेरणा महत्त्वाची आहे, असे समजले जाते. अवकाशातील तारे, ग्रह इत्यादींच्या गतीचे विशदीकरण करण्याकरिता या प्रेरणा लक्षात घ्याव्या लागतात.

(२)चुंबकीय व विद्युत् प्रेरणा: या प्रेरणा विद्युत् भारित किंवा चुंबकीय द्रव्याकरिताच महत्त्वाच्या असतात. या प्रेरणांचे कार्यकारी क्षेत्र आणवीय (१०^-८ सेंमी.) ते भौमिक अंतरापर्यंत (सामान्यतः पृथ्वीच्या आकारमानाच्या प्रतीच्या अंतरापर्यंत) पसरलेले असते.

(३)आणवीय व रेणवीय प्रेरणा: यांचे कार्यकारी क्षेत्र १०^-८ ते १०^-५ सेंमी. एवढे असते.

(४)अणुकेंद्रीय प्रेरणा: यांचे कार्यकारी क्षेत्र १०^-१२ सेंमी. यापेक्षा कमी असते.

सुरुवातीच्या काळात भौतिकीशास्त्रात प्राथमिक स्वरूपाचे गणित वापरले जात होते. न्यूटन यांनी त्याला कलनशास्त्राची जोड दिली. याकरिता लागणारी गणितीय पद्धती न्यूटन व जी. डब्ल्यू. लायप्निट्स यांनी स्वतंत्रपणे शोधून काढली. प्रयोगाने मिळालेल्या प्रदत्ताचे विश्लेषण करण्याकरिता लागणाऱ्या योग्य अशा विशेष गणितीय पद्धती कशा संशोधन करून उपलब्ध कराव्या लागल्या यांचे हे एक उत्तम उदाहरण आहे. आधुनिक भौतिकीमध्ये अवकल व समाकल समीकरणे, सदिश, आव्यूह, सांख्यिकी यांसारख्या जास्त सुविकसित पद्धतींचा उपयोग केला जातो. अलीकडील संशोधनामुळे यामिकी, विद्युत् यामिकी इत्यादींचे एकीकरण करण्यात बऱ्याच प्रमाणात यश मिळाले आहे. एकीकडे सुविकसित प्रयोगांद्वारे प्रदत्ताची जमावट व दूसरीकडे त्याचे गणितीय पद्धतीने विश्लेषण अशा प्रकारे भौतिकीचा विकास होत असल्यामुळे गणितीय पद्धती व उपकरण योजना पद्धती या दोहोंमध्ये एकसारखा विकास होणे आवश्यक ठरते. उपकरण योजनेमधील काही महत्त्वाच्या टप्प्यांचा उल्लेख खाली केला आहे.

उपकरण योजना पद्धती: भौतिकीय राशीचे स्वरूप जसजसे जटिल होते तसतसे तिचे मापन करण्याकरिता पट्टी व घड्याळ यांसारखी मूलभूत मापनसाधने पुरेशी पडत नाहीत. त्याकरिता विशेष अचूक अशा मापन प्रणाली संशोधून वापराव्या लागतात. हेच निराळ्या शब्दात सांगावयाचे झाल्यास असे म्हणता येते की, भौतिकीशास्त्रात निरीक्षण व मापन या दोन्हीही क्रिया महत्वाच्या समजल्या जातात. कोणत्याही राशीचे मापन करण्याकरिता योग्य उपकरण योजना आवश्यक ठरते. अचूक मापन प्रायोगिक तंत्राचा विकास किंवा शोध हे भौतिकीमध्ये झालेल्या आश्चर्यकारक प्रगतीचे एक महत्त्वाचे कारण आहे, असे म्हणता येते.

आणवीय द्रव्यमान वर्णपट तंत्रात प्रथम इंग्लंडमध्ये एफ्. डब्ल्यू. ॲस्टन (१९१९) यांनी, नंतर अमेरिकेत ए. जे. डेम्‌स्टर (१९१८-३५), के. टी. बेनब्रिज व ई. बी. जॉर्डन (१९३६), ए. ओ. नीयर (१९४०), मार्क इन्ग्रॅम (१९५४) यांनी सुधारण केल्यामुळे आणवीय द्रव्यमानाविषयी अचूक माहिती उपलब्ध झाली. नंतरच्या सुधारित उपकरणांत धन विद्युत् भारित अणुकण शलाकेचे वेग व दिशा केंद्रीकरण करण्याकरिता विवक्षित चुंबकीय व विद्युत् क्षेत्रांचा उपयोग करण्यात आला. त्यामुळे द्रव्यमानमापनाच्या अचूकतेत अतिशय सुधारणा होऊन त्याच्या विभेदनक्षमतेत खूपच वाढ शक्य झाली. [⟶ द्रव्यमान वर्णपटविज्ञान].

आघाताने अणुकेंद्रीय विक्रिया घडवून आणण्याकरिता अतिशय उच्च (काही MeV) ऊर्जेचे कण लागतात. हे कार्य करण्याकरिता पुष्कळ नवी तंत्रे शोधून काढण्यात आली. त्या तंत्रांमध्ये व्हॅन डी ग्रॅफ जनित्र (१९३१). जे. डी. कॉक्रॉफ्ट व ई. टी एस्. वॉल्टन यांचे उच्च विद्युत् दाब प्रपाती जनित्र (४ MeV, १९३२) ही महत्त्वाची ठरली. या संदर्भात ई. ओ. लॉरेन्स यांच्या सायक्लोट्रॉनाचा (१९३०) विशेष प्रमुख्याने निर्देश करावयास हवा. वरील प्रयुक्तीच्या अनेक सुधारित आवृत्त्या निघाल्या आहेत. यामुळे १०-४०० GeV ऊर्जेचे प्रोटॉन अथवा ड्यूटेरॉन (ड्यूटेरियम या हायड्रोजनाच्या समस्थानिकाची अणुकेंद्रे) प्रयोगशाळेत निर्माण करणे शक्य झाले आहे आणि १००० GeV ऊर्जेचे प्रोटॉन निर्माण करणारा प्रत्यावर्ती चढ-उताराचा सिंक्रोट्रॉन उभारण्याचे काम चालू आहे. हे उद्दिष्ट साध्य करण्याकरिता वेगवान इलेक्ट्रॉन शलाका निर्माण करण्यासाठी याच प्रकारची पण थोड्या निराळ्या तत्त्वावर (उदा., बीटाट्रॉन) आधारित अशी तंत्रे वापरण्यात आली आहेत. [⟶ कणवेगवर्धक].

वेगवान कणाचे अभिज्ञान करण्याकरिता निरनिराळे अभिज्ञातक संशोधिले गेले. यांमध्ये (१) आयनीकरण कोठी, (२) सी. टी. आर्. बिल्सन यांची बाष्प कोठी (१९११), (३) एच्. गायगर व डब्ल्यू. म्यूलर यांचे गणित्र (१९२८), (४) पी. ए. चेरेनकॉव्ह यांचे प्रारण गणित्र (१९३४), (५) छायाचित्रण पायस पद्धती (एम्. ब्लौ व एच्. वामबाखर १९३७), (६) प्रतिनियंत्रित बाष्प कोठी (पी. एम्. एस्. ब्लॅकेट व जी. पी. एस. ओखिॲलिनी १९३७), (७) बुद्‌बुद् कोठी (डी. ए. ग्लेसर १९५२) हे महत्त्वाचे टप्पे आहेत [⟶ कण अभिज्ञातक]. अणुकेंद्रीय प्रयोगांच्या मापनाक्रियेत इलेक्ट्रॉनिकीचा फार मोठ्या प्रमाणात उपयोग केला गेला. यामुळे अत्यंत सूक्ष्म अशा विद्युत् प्रवाहाचे मापन करणे शक्य झाले.

इलेक्ट्रॉनिकीमधील क्लायस्ट्रॉन व मॅग्नेट्रॉन या इलेक्ट्रॉन नलिकांच्या शोधामुळे रडार पद्धती शक्य झाली. उच्च कंप्रता रेडिओ तरंगाच्या द्वारे अणू व अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदनाचा [⟶ अनुस्पंदन] अभ्यास करून त्याविषयी महत्त्वाचा प्रदत्त मिळविणे सुद्धा शक्य झाले. उच्च प्रतीचे निर्वात पंप व तंत्रविद्या यांच्या साहाय्याने उत्तम प्रतीच्या निर्वात इलेक्ट्रॉन नलिका निर्माण केल्या गेल्या. ट्रँझिस्टरसारख्या घन अवस्था प्रयुक्ती तयार करण्याकरिता जर्मेनियम व सिलिकॉन यांसारखी मूलद्रव्ये अत्यंत शुद्ध स्वरूपात लागतात. या अर्धसंवाहक (ज्यांची विद्युत् संवाहकता धातू व निरोधक यांच्या दरम्यान आहे अशा) द्रव्याचे शुद्धीकरण करण्याकरिता विशिष्ट पद्धती व उत्पादित द्रव्याचे विश्लेषण करण्याकरिता लागणारी अत्यंत संवेदनक्षम पद्धती या दोन्ही तंत्रांचा विकास झाल्यानंतरच ट्रँझिस्टराची निर्मिती मोठ्या प्रमाणात होऊ लागली.

प्रकाशकीमध्ये शार्ल फाब्री (१८६७-१९४५), आल्फ्रेद पेराँ (१८६३-१९२५) व ए. ए. मायकेलसन (१८५२-१९३१) यांच्या ⇨ व्यतिकरणमापनाच्या द्वारे उच्च दर्जाची विभेदनक्षमता मिळू लागली. आधुनिक सापेक्षता सिद्धांताला ज्यामुळे प्रेरण मिळाली तो मायकेलसन व ई. डब्ल्यू, मॉर्ली यांचा प्रयोग [⟶ प्रकाशवेग] या तंत्रातील प्रगतीमुळेच शक्य झाला. वरील काही उदाहरणांवरून भौतिकीशास्त्रात उपकरण योजनेचे केवढे महत्त्वाचे स्थान आहे, हे स्पष्ट होते.

सापेक्षता सिद्धांत : मर्यादित सापेक्षता सिद्धांत आइन्स्टाइन यांनी १९०५ साली मांडला. सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे विश्वातील कोणतीही गती (मग ती सरल प्रवेगित अथवा परिभ्रमण स्वरूपाची असो) ही निरपेक्षा नसून ती कोणत्या ना कोणत्या तरी ⇨ संदर्भ-व्यूहाच्या सापेक्ष दिलेली असते. आइन्स्टाइन यांचे हे गृहीत, ईथराच्या (चराचर विश्व संपूर्णपणे व्यापून राहिलेल्या एका परिकल्पित अदृश्य वस्तूच्या) सापेक्ष प्रकाशाचा वेग बदल मोजण्याच्या मायकेलसनमॉर्ली यांच्या प्रसिद्ध निष्कर्षाकर आधारित आहे. हे गृहीत जर स्वीकारले, तर कोणत्याही वस्तूची अथवा प्रणालीची निरपेक्ष गती प्रयोगाद्वारे काढता येणार नाही, असा त्यापासून निष्कर्ष मिळतो. मर्यादित सापेक्षता सिद्धांतामध्ये आणखी दोन गृहीतांचा समावेश होतो : (१) एका निरूढी संदर्भ-व्यूहाच्या सापेक्ष यथार्थ ठरणारे भौतिकीय नियम दुसऱ्या निरूढी संदर्भ-व्यूहाच्या सापेक्ष निर्देशित केले, तरी त्यांचे गणितीय स्वरुप बदलत नाही निश्चल राहते. (२) निर्वातामध्ये प्रकाशाचा वेग बदलत नाही. सर्व निरूढी संदर्भ-व्यूहांकरिता त्याचे मूल्य निश्चल राहते. पृथ्वीच्या पृष्ठभागावर स्थिर असणाऱ्या एका निरीक्षकाने उंचावरून उदग्र दिशेत (गुरुत्वाकर्षणामुळे) खाली पडणाऱ्या एका वस्तूच्या गतीचे निरीक्षण करून, निरनिराळ्या कालखंडांनंतर वस्तूच्या क्षणिक स्थानांतराचे चलन दाखविण्याकरिता, समजा एक गणितीय सूत्र तयार केले. त्याच वेळी पहिल्या निरीक्षकाच्या सापेक्ष एकविध (एकसारख्या) गतीने गतिमान होणाऱ्या (उदा., वाहनात वसून जाणाऱ्या) दुसऱ्या निरीक्षकाने त्याच वस्तूच्या गतीचे निरीक्षण करून त्याकरिता आपल्या दृष्टीने यथार्थ असे जर गणितीय सूत्र बनविले, तर वरील दोन्ही गणितीय सूत्रांचे स्वरूप तेच राहते. वरील दोन निरीक्षकांच्या दृष्टीने मिळणाऱ्या गतिराशींच्या मूल्यांमधील संबंध एच्. ए. लोरेन्ट्स यांच्या रूपांतरण सूत्रांनुसार मिळतो, असे दाखविता येते [⟶ अवकाशकाल]. पहिल्या निरीक्षकाच्या सापेक्ष दुसऱ्या निरीक्षकाला एकविध सरल वेग आहे, त्यामुळे त्या दोघांचे संदर्भ-व्यूह निरूढीय आहेत असे म्हणतात. आणवीय, अणुकेंद्रीय आणि उच्च ऊर्जा भौतिकी यांमधील सापेक्षीय परिणामाची मीमांसा करण्याकरिता मर्यादित सापेक्षता सिद्धांतानुसार केलेले गणितीय विश्लेषण पुरेसे अचूक ठरते. अशा विश्लेषणाच्याद्वारे मिळणारे भौतिकीय निष्कर्ष प्रयोगाने इतक्या मोठ्या संख्येत सिद्ध झाले आहेत की, भौतिकीमध्ये विशेष भक्कम पायावर जे सिद्धांत प्रस्थापित झाले आहेत, त्यांपैकी मर्यादित सापेक्षता सिद्धांत हा एक आहे, असे म्हणता येते.

व्यापक सापेक्षता सिद्धांतामध्ये (फक्त निरूढी संदर्भ-व्यूहच विचारात न घेता) एकमेकांच्या सापेक्ष प्रवेगित झालेल्या संदर्भ-व्यूहांचाही विचार केला जातो. यामध्ये न्यूटन यांच्या गुरुत्वीय मीमांसेचे सापेक्षीय व्यापकीकरण केले आहे. भौतिकीमध्ये आढळणाऱ्या इतर प्रेरणांच्या तुलनेत गुरुत्वीय मीमांसेचे सापेक्षीय व्यापकीकरण केले आहे. भौतिकीमध्ये आढळणाऱ्याक इतर प्रेरणांच्या तुलनेत गुरुत्वीय प्रेरणेचे मूल्य अगदी कमी असल्यामुळे त्यापासून मिळणारे निष्कर्ष न्यूटनप्रणीत मीमांसेद्वारे मिळणाऱ्या निष्कर्षापासून फक्त फार थोडा इतकाच भेद दाखवितात. प्रयोगाने हा भेद सिद्ध करून नव्या मीमांसेपासून मिळणाऱ्या निष्कर्षाची यथार्थता पडताळणे काही थोड्या आविष्करांकरिताच शक्य झाले आहे. अशा प्रयोगाने मिळणारी उत्तरे मात्र नव्या मीमांसेला अनुकूल आहेत, असे आढळते. व्यापक सापेक्षता सिद्धांताचा उपयोग मुख्यत्वेकरून ⇨विश्वस्थितिशास्त्र, न्यूट्रॉन ताऱ्याची [⟶ तारा] संरचना, कृष्णविवर [⟶ गुरुत्वीय अवपात], सूर्यमालेमधील घटकांची गती यांसार्ख्या आविष्कारांकरिता करणे आवश्यक ठरते.

मर्यादित सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे एका संदर्भ-व्यूहापासून (पहिल्या निरीक्षकाच्या दृष्टिकोनामधून) दुसऱ्या व्यूहाच्या संदर्भात (दुसऱ्या गतिमान निरीक्षकाच्या दृष्टीने) कोणत्याही एखाद्या भौतिकीय घटनेचे रूपांतरण केल्यास तिचे वकाशातील स्थान सहनिर्देशक तर बदलतातच पण त्यांबरोबर द्रव्यमान व काल यांमध्येही फरक होतो. रूढ सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे (गॅलिलीओ-न्यूटनप्रणीत) काल निरपेक्ष मानला जातो, त्यामुळे या परिस्थितीत वस्तूची आकारमानीय परिमाणे अथवा द्रव्यमाने यांमध्ये फरक पडत नाही. फक्त वस्तूचे स्थान सहनिर्देशक व वेग यांमध्ये बदल होतो असे दाखविता येते पण तो सुद्धा मर्यादित स्वरूपाचा असतो. आइन्स्टाइन यांच्या सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे वस्तूला वेग दिला असता तिची लांबी, रूंदी, द्रव्यमान व काल या सर्वांमध्ये बदल होतो. वरील बदल v² / c² या अपूर्णांकाने निश्चित केला जात असल्यामुळे (v= वस्तूचा वेग, c= प्रकाशवेग) वस्तूचा वेग प्रकाशवेगाच्या जवळपास झाला, तरच त्यामध्ये घडून येणारा फरक प्रयोगाने मोजता येण्याजोगता मोठा होतो. वेगवान इलेक्ट्रॉन व अणुकण यांकरिताच हा परिणाम विचारात घ्यावा लागतो. इलेक्ट्रॉनचा वेग वाढविला असता त्याचे द्रव्यमान आइन्स्टाइन सिद्धांताप्रमाणे सतत वाढत जाते. वेगानुसार होणारी अशी वाढ डब्ल्यू. कॉफमन व ए. एच्. बुखरर यांनी इलेक्ट्रॉनाकरिता प्रयोगाद्वारे सिद्ध केली. V वेगाने जणाऱ्या इलेक्ट्रॉनाकरिता द्रव्यमान m खालील सूत्राने मिळते.

m =m₂

Ö1-v²/c²

येथे m₀ = शून्यगति – द्रव्यमान, c = प्रकाशवेग. वरील सूत्रानुसार जर v = c/२ असेल, तर त्यामुळे इक्ट्रॉनाच्या द्रव्यमानात होणारी वाढ ०.११५ m₀ एवढी असते. जर v = 0.८ c असला, तर या वाढीचे मूल्य ०.६ m₀ एवढी असते. असे कळते. वरील सूत्रावरूनच जर v = c असेल, तर m हे द्रव्यमान अनंत होते. यावरून कोणत्याही वस्तूचा अंतिम वेग c पेक्षा कमीच असला पाहिजे, असे दिसते.

फोटॉन हा नेहमीच प्रकाशवेगाने गतिमान होत असल्यामुळे त्याकरिता सून्यगति-द्रव्यमान m₀ हेच सून्य मूल्याचे असले पाहिजे, असे दाखविता येते. शून्यगति-द्रव्यमान m₀ असणाऱ्या पदार्थामध्ये E = m₀C² एवढी ऊर्जा असते, असे सापेक्षतः सिद्धांताप्रमाणे दिसते. या निष्कर्षाचा उपयोग अणुकेंद्रीय भौतिकीमध्ये मोठ्या प्रमाणात केला जातो, याबद्दलचा उल्लेख मागे आला आहे. सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे दोन सदिश वेगांची बेरीज करण्याकरिता यथार्थ नियमही नेहमीच्या रीतीपेक्षा निराळा आहे. ६० किमी. ताशी वेगाने धावणाऱ्या आगगाडीत जर एक मनुष्य त्याच दिशेत १० मिमी. प्रती तास या वेगाने चालत गेला, तर त्याचा परिणाणी वेग ७० किमी. प्रती तास एवढा होईल, असे रूढ यामिकी सांगते. प्रकाशवेगाकरिता अशा प्रकारे साधी बेरीज करता येत नाही कारण कोणताही वेग प्रकाशवेगापेक्षा (c पेक्षा) जास्त असू शकत नाही.

सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे निरनिराळ्या स्थानी घडणाऱ्या दोन घटनांमध्ये असणारे स्थलांतर हे त्या घटनांचाच सर्वस्वी गुणधर्म नसून त्याचे मूल्य निरीक्षण करून मूल्यमापन करणाऱ्या निरीक्षकाच्या गतीवरही अवलंबून असते, असे दाखविता येते. त्यामुळे एका निरीक्षकाच्या मते ज्या दोन घटना एकाच वेळी घडतात असे वाटते, त्या दुसऱ्या निरीक्षकाला तशाच आढतील असे होत नाही. याचा अर्थ असा होतो की, भौतिकीय विश्वात ज्या क्रमाने घटना घडत आहेत असे अनुभवास येते, त्याच क्रमाने त्या प्रत्यक्षात घडतात असेही नेहमीच असत नाही. उदा., ढगातील विजेचा चकचकाट प्रथम दिसतो व त्यानंतर काही काळाने तिचा गडगडाट एकू येतो. प्रत्यक्षात मात्र या दोन्हीही घटना एकाच वेळी घडत असतात, हे सर्वांस माहीत आहे. दोन घटनांमधील कालांतर जर एका निरीक्षकाला (वेग = ०) ∆t या मूल्याचे आढळले, तर त्याच्या सापेक्ष v वेगाने जाणाऱ्या निरीक्षकाकरिता आढळणारे कालांतर ∆t’ सापेक्षता सिद्धांतानुसार खालील सूत्राने मिळते.

∆t’ = Ö1-v²/c². ∆t

या सूत्राची यथार्थता प्रयोगाने सिद्ध करता येते.

सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे कालाविषयीच्या संकल्पनेत फार मोठा असा बदल घडवून आणला गेला आहे. रूढ (न्यूटनप्रणीत) भौतिकीप्रमाणे काल हा अनंत असून तो वाहत्या पाण्याच्या प्रवाहाप्रमाणे एकाच दिशेत सारखा उत्स्फूर्तपणे प्रगत होत असतो. त्याचे अस्तित्व मनुष्याचे मन किंवा भौतिकीय विश्वातील घटनांवर अवलंबून असत नाही. भिन्न भौतिकीय प्रणाली किंवा निरीक्षक या सर्वांकरिता कालाची प्रवाहगती एकाच एकविध मूल्याची असते. विश्वातील सर्व घटनांकरिता एकच सर्वव्यापी काल-मानक असते. तसे पाहिले असता निरीक्षकाचा कालाशी प्रत्यक्ष संपर्क वर्तमानकालामार्फतच होत असतो. वर्तमानकालाकरिता कालांतर नगण्य असते त्याला मर्यादा नाहीत. वर्तमानाकालाच्या क्रमाने मागे पडलेल्या कालास भूतकाल असे म्हणतात. भूतकालास अस्तित्वच राहिलेले नसते. वर्तमानकालानंतर क्रमाने येणारा तो भविष्यकाल असतो, तो अजून अस्तित्वात यावयाचा असतो. मर्यादित सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे कालप्रवाहगती सापेक्ष आहे. त्याकरिता निरीक्षकाच्या गतीचाही विचार करावा लागतो. याविषयीचे विवेचन वर दिले आहे. जर एखाद्या पदार्थाचा वेग c एवढा झाला, तर त्यांकरिता काल स्थिर राहील, असे सापेक्षता सिद्धांतानुसार दिसते. याच कारणाकरिता प्रकाशवेग c हा वस्तूत्या वेगाकरिता कमाल मर्यादा म्हणून मानला गेला. विश्वातील वस्तूंमध्ये होणारे बदल किंवा त्यासंबंधी होणाऱ्या भौतिकीय घटना या एकाच सर्वव्यापी काल-मानकाच्या साहाय्याने मापता येणार नाहीत असे मान्य केले, तर अवकाशातील अंतरमापानामध्येही अशाच प्रकारची सापेक्षता येईल, हा निष्कर्ष क्रमपाप्त होतो. उदा., एका स्थानापासून दुसऱ्या स्थानापर्यंत चालून जाण्याकरिता प्रकाशकिरणास लागणाऱ्या वेळेचे मापन करून अवकाशातील दोन स्थानांमधील अंतर काढता येते. वरील उदाहरणावरून कालमापन व अवकाशमापन यांमधील दाट संबंध स्पष्ट होतो. एच्. मिंकोव्हस्की यांनी १९०८ साली या संकल्पनेचा उपयोग करून भोतिकीय विश्वातील घटना प्रत्यक्ष चतुर्मितीय विश्वात घडत असतात, ही संकल्पना पुढे मांडली. या चार मितींपैकी तीन मिती अवकाशाच्या असतात, तर चौथी मिती कालाची असते, असे त्यांनी दाखविले. मिंकोव्हस्की संकल्पनेप्रमाणे दोन भौतिकीय घटनांमधील चतुर्मितीय (अवकाश-काल) हे अंतर सर्व निरीक्षकांकरिता एकाच मूल्याचे असते हे मूल्य निरीक्षकाच्या गतीवर अवलंबून नसते. भिन्न निरीक्षकांकरिता त्यांच्या गतीनुसार त्यांमधील अवकाशांतर व कालांतर यांची पृथक् मूल्ये मात्र भिन्न असू शकतात. या संकल्पनेप्रमाणे अवकाश व काल या दोन मिती संपूर्णपणे भिन्न नसून त्यांपैकी कोणत्याही एकाचे दुसऱ्या प्रकारात निरनिराळ्या प्रमाणात रूपांतर होऊ शकते. याप्रमाणे सापेक्षता सिद्धांतानुसार अवकाश व काल यांमध्ये एक प्रकारचा सममितीय संबंध प्रस्थापित केला गेला आहे, असे म्हणता येते.

याच संदर्भात आणखी एका महत्त्वाच्या प्रश्नाचा विचार करणे योग्य ठरेल. विश्वस्थितिशास्त्रामध्ये भौतिकीचे नियम किंवा त्यांचे निर्देशन करणारी सूत्रे ही सर्वत्र एकच असतात, असे सामान्यपणे गृहीत धरले जाते. तसे जर नसते, तर पृथ्वीबाहेर दूर अंतरावर घडणाऱ्या कोणत्याही भौतिकीय घटनेच्या विशदीकरणाला काही अर्थ उरला नसता. ए. टुब्लिस व ए. एम्. वुल्फ यांनी रेडिओ तरंग व दृश्य प्रकाश असे दोन्ही उत्सर्जित करणाऱ्या क्वासार या ताऱ्यासारख्या खस्थ पदार्थापासून मिळणाऱ्या प्रारणाचा अभ्यास केला आणि त्यावरून वरील गृहिताचा प्रयोगाद्वारे पडताळा मिळविला. ताऱ्यापासून मिळणाऱ्या प्रकाशीय व रेडिओ तरंगरूपी प्रारणामध्ये मिळणाऱ्या ताम्रच्युतीकरिता (वर्णपटातील रेषा तांबड्या बाजूकडे सरकण्याच्या आविष्काराकरिता) त्यांनी मापने घेतली [ पृथ्वी आणि तारा यांमधील सापेक्ष गतीमुळे, ⇨डॉप्लर परिणामामुळे, त्यांमध्ये ताम्रच्युती येते]. यावरून त्यांना ,

इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान	प्रोटॉनाचे घूर्णचुंबकीय गुणोत्तर [⟶ चुंबकत्व],
प्रोटॉन द्रव्यमान

सूक्ष्मरचना स्थिरांक इ. स्थिरांकांकरिता ताऱ्यावर सार्थ असणारी मूल्ये मिळाली. ही मूल्ये त्यांच्या पृथ्वीवर मिळणाऱ्या मूल्यांशी जुळणारी अशी असल्यामुळे भौतिकीय नियम सर्वव्यापी आहेत, अशा महत्त्वाचा निष्कर्ष या गोष्टींपासून काढता येतो.

सापेक्षता सिद्धांतामध्ये संपूर्ण विश्वाकरिता एक अशा सर्वव्यापी कालाची कल्पना जरी सोडून दिली असली, तरी काही ठराविक निरीक्षक गटाकरिता (किंवा अवकाश विभागाकरिता) याची व्याप्ती यथार्थ मानता येते, असे दाखविता येते. या मर्यादित अर्थाने पृथ्वी, सूर्य, तारे, सूर्यकुल इत्यादीकरिता एकच असा विश्वव्यापी काल मानता येतो. याच मर्यादित अर्थाने पृथ्वी व सूर्यकुल यांचा निर्मितिकाल काय असावा, याविषयीचा अंदाज करात येतो.

पुंज सिद्धांत अथवा सापेक्षता सिद्धांत यांमध्ये वापरलेल्या संकल्पना साध्या व्यवहारात आढळणाऱ्या अनुभवापेक्षा खूप भिन्न आहेत. भौतिकीच्या द्वारे अंतिम सत्याच्या संरचनेनविषयी बोध होतो, पण त्याच्या स्वरूपाविषयी काही ज्ञान उपलब्ध होत नाही, असे ए. एस्. एडिंग्टन यांनी म्हटले आहे, त्याचे मर्म यावरून समजते. आइन्स्टाइन यांनी सापेक्षता सिद्धांत जास्त व्यापक करवयाचा प्रयत्न केला, पण त्यामध्ये त्यांना पाहिजे तेवढे यश मिळाले नाही. गुरुत्वाकर्षणापासून सूक्ष्म स्थरावर आढळणाऱ्या सर्व प्रेरणांकरिता एक असा एकीकृत क्षेत्र सिद्धांत मांडण्याचाही आइन्स्टाइन व त्यांच्या सहाध्यायी शास्त्रज्ञांनी प्रयत्न केला, पण तोही यशस्वी झाला नाही. अशा प्रकारच्या व्यापकीकरणाच्या शक्यतेबद्दलच काही शास्त्रज्ञांनी शंका व्यक्त केली आहे. [⟶ सापेक्षता सिद्धांत].

अक्षय्यता तत्त्वे : पदार्थांस ऊर्जा पुरवली असता त्याच्या भौतिकीय अवस्थेत बदल घडवून आणता येतो. उदा., बर्फाला उष्णता दिली असता त्याचे पाण्यात रूपांतर होते. पाण्यास परत उष्णतेचा पुरवठा करून त्याची वाफ करता येते. रासायनिक विक्रियेच्या साहाय्याने सुद्धा पदार्थाच्या स्वरूपात असे बदल घडवून आणणे शक्य होते. जस्त (झिंक) या धातूवर सल्फ्यूरिक अम्ल टाकले असता त्यापासून झिंक सल्फेट हे लवण व हायड्रोजन वायू असे नवे दोन घटक नर्माण होतात. अशा वस्तुबदलामध्ये काही भौतिकीय राशी अचल राहतात त्यांमध्ये फरक पडत नाही. अशा अनेक राशींकरिता अक्षय्यता तत्त्वे भौतिकीमध्ये उपलब्ध आहेत. यांपैकी द्रव्यमान, ऊर्जा, विद्युत् भार, रेखीय संवेग इत्यादींबद्धलची तत्त्वे समजण्यास सोपी आहेत. या प्रकाराची सर्व तत्त्वे (१) सरळ प्रयोगशाळेत केलेल्या निरीक्षणांपासून मिळतात किंवा (२) ती गृहीत धरून त्यांपासून मिळणारे निष्कर्ष प्रयोगाने पडताळून पहाता येतात किंवा (३) सममिती तत्त्वाचा उपयोग करून त्यांकरिता सैद्धांतिक आधार मिळविता येतो. यांपैकी काही अक्षय्यता तत्त्वांचे काटेकोरपणे पालन केले जाते. ते सर्व परिस्थितीत यथार्थ असतात. याउलट ‘समता’ अक्षय्यतेसारख्या [⟶ समता] काही तत्त्वांना मर्यादित स्वरूपाची व्याप्ती असते. समता अक्षय्यता प्रबल अणुकेंद्रीय व विद्युत् चुंबकीय परस्परक्रियांकरिता (उदा., दोन न्यूक्लिऑनांमधील म्हणजे अणुकेंद्रातील प्रोटॉन वा न्यूट्रॉन यांमधील मेसॉनांद्वारे मिळणारी प्रेरणा) यथार्थ ठरते, तर बीटा क्षयासारख्या दुर्बल परस्परक्रियेकरिता योग्य ठरत नाही, असे प्रयोगाने आढळते. रूढ ऊर्जा अक्षय्यता तत्त्वाप्रमाणे कोणत्याही प्रणालीची एकंदर ऊर्जा अचल राहते [⟶ द्रव्य व ऊर्जा यांची अक्षय्यता]. भौतिकीय बदलामुळे प्रणालीच्या घटाकांमध्ये ऊर्जा-विनिमय होऊ शकतो, त्यांमधील ऊर्जेचे स्वरूपही बदलू शकते पण प्रणालीच्या प्राथमिक अवस्थेमधील एकंदर ऊर्जेचे मूल्य तिच्या अंतिम ऊर्जा मूल्याएवढेच राहते, असे दाखविता येते. ऊर्जा ही एक मूलभूत राशी असून ती दुसऱ्या कोणत्याही भौतिकीय राशीपासून निर्माण करता येणार नाही किंवा तिचे दुसऱ्या कोणत्याही भौतिकीय राशीत रूपांतर करता येणार नाही, हे मूलभूत गृहीत ऊर्जा अक्षय्यता सिद्धांतामध्ये अभिप्रेत आहे. सापेक्षता सिद्धांतापूर्वी ऊर्जा अक्षय्यता आणि द्रव्यमान अक्षय्यता अशी दोन स्वतंत्र तत्त्वे उपलब्ध होती. सापेक्षता सिद्धांताप्रमाणे m हे द्रव्यमान, mc² या ऊर्जेबरोबर समतुल्य आहे, असा निष्कर्ष मिळत असल्यामुळे आधुनिक भौतिकीमध्ये या दोन्ही तत्त्वांचा समावेश ऊर्जा अक्षय्यता तत्त्वामध्ये झाला आहे, असे समजेल जाते. द्रव्यमानाचे ऊर्जेत किंवा ऊर्जेचे द्रव्यमानात रूपांतर होऊ शकते, असा याचा अर्थ आहे. द्रव्यमान व ऊर्जा या दोन संकल्पना एकीकृत केल्या गेल्यामुळे अक्षय्यता तत्त्वांच्या संख्येत संकोच झाला. अणुकेंद्रीय भौतिकीमध्ये अशा प्रकारची अनेक अक्षय्यता तत्त्वे वापरली जातात. समतेचा उल्लेख मागे आलाच आहे. समस्थानिकीय परिवलन व वैचित्र्य या अलीकडे वापरण्यात आलेल्या इतर राशी आहेत. त्यांकरिता अक्षय्यता तत्त्वे उपलब्ध आहेत.

इतर भौतिकी विभागांतील प्रगती : पदार्थांमधील अणू व त्यांमध्ये घडत असणाऱ्या प्रक्रिया यांच्या साहाय्याने पदार्थांचे स्थूलमानीय गुणधर्म व वर्तणूक अथवा कार्य यांचे विशदीकरण करणे हे भौतिकीशास्त्राचे अंतिम उद्दिष्ट असते. वायू अवस्थेमधील पदार्थांच्या गुणधर्माचे प्रयोगाने व सैद्धांतिक रीत्या आकलन करून घेणे हे सुलभ ठरते. द्रव व घन अवस्थांमधील पदार्थांच्या गुणधर्मांवरील संशोधन अलीकडेच मोठ्या प्रमाणात करण्यात येऊ लागले आहे. उपकरण योजना व तंत्रविद्या यांमध्ये झालेल्या प्रगतीमुळे हे शक्य झाले आहे. या आधीच्या काळात घन अवस्थेतील पदार्थाच्या औष्णिक, विद्युत् व स्थितिस्थापक गुणधर्मांविषयी प्रदत्त जमा केला गेला होता. घन अवस्थेमधील पदार्थ सामान्यपणे बहुस्फटिकी असतात म्हणजे ते अनेक सूक्ष्म स्फटिकांपासून बनलेले असतात व त्यांमधील स्फटिकांचा दिक्‌विन्यास (स्फटिकांच्या अक्षांच्या दिशांची मांडणी) संपूर्णपणे इतस्ततः स्वरूपाचा असतो. यामुळे पदार्थाच्या स्थूल गुणधर्मांचे वर्णन त्याच्या घटक स्फटिक जालकामधील घडत असलेल्या विक्रियांच्या स्वरूपात देणे अवघड ठरते. आधुनिक काळातील संशोधनामुळे पदार्थाचा एकाकी एकसंघ स्फटिक प्रयोगशाळेत तयार करण्याकरिता अनेक कार्यक्षम पद्धतींचा उपयोग करता येतो. स्फटिकाच्या संरचनेचा अभ्यास करण्याकरिता क्ष-किरण विश्लेषण अथवा न्यूट्रॉन व्यतिकरण या प्रभावी रीती पण उपलब्ध झाल्या आहेत. यामुळे भौतिकीमध्ये  घन अवस्था भौतिकी हा नवा विभाग पडला आहे. यामध्ये सामान्यपणे एकाकी एकसंध स्फटिकाची वाढ करण्याची तंत्रे, स्फटिक जालक दोष, त्यात मिळणारे स्थानभ्रंश परिणाम, अपद्रव्य घातले असता त्यापासून पदार्थाच्या गुणधर्मात होणारे फरक या सर्व गोष्टींच्या अभ्यासाचा समावेश केला जातो. अर्धसंवाहक, मृदीय स्थायी चुंबक (मृत्तिका व चुंबकीय द्रव्य यांची चूर्णे साच्यात दाबून नियंत्रित वातावरणात भाजून तयार केलेले कायम चुंबक), अतिसंवाहक चुंबक इ. गोष्टींचा अभ्यास याच विभागात केला जातो. अशाच प्रकारच्या संशोधनातून ट्रँझिस्टर या घन अवस्था प्रयुक्तीचा शोध लागला. ट्रँझिस्टरमुळे निर्वात नलिकेच्या तुलनेने पाहता कमी अशा विद्युत् दाबावर कार्यान्वित होणारी व कार्यक्षम अशी इलेक्ट्रॉनीय मंडले तयार करता येऊ लागली. लहान आकारमानाचे संगणक (गणकयंत्रे), विवर्धक योजना [⟶ इलेक्ट्रॉनीय विवर्धक], दूरवर्ती नियंत्रण प्रणाली इ. त्यामुळे शक्य झाल्या.

अवकाशविज्ञान या शास्त्राने १९५० नंतर अत्यंत आश्वर्यकारक व नेत्रदीपक अशी प्रगती केली आहे. व्ही-२ रॉकेटांचा यशस्वी उपयोग १९४४ साली प्रथम जर्मनीत करण्यात आला. यानंतर संशोधित केल्या गेलेल्या सर्व रॉकेटांमध्ये यामधील मूलभूत तत्त्वांचाच उपयोग केला गेलेला आहे, हे लक्षात ठेवण्याजोगते आहे. सुविकसित रॉकेटाचा उपयोग करून रशियाने १९५७ साली पृथ्वीवरून पहिला कृत्रिम उपग्रह अवकाशात सोडला. अमेरिकेने १९६९ मध्ये अवकाशयान चंद्रावर उतरविले. त्यामधील अंतराळवीरांनी चंद्रावर प्रत्यक्ष पदार्पण करून त्यावरील खडक व मातीचे नमुने गोळा केले. पृथ्वीभोवती कृत्रिम उपग्रह सोडून त्यांद्वारे आकाशातील ढगांची छायाचित्रे घेणे व त्यांचा उपयोग पृथ्वीवरील हवामानाविषयी अंदाज करण्याकरिता करणे किंवा त्यांद्वारे जगभर दूरचित्रवाणी व बिनतारी संदेशवहन प्रस्थापित करणे यांसारख्या अनेक महत्त्वाच्या गोष्टी करणे शक्य झाले आहे [⟶ अवकाशविज्ञान]. कृत्रिम उपग्रह प्रथम सोडण्यात रशियाने केलेल्या विक्रमामुळे जगातील अनेक प्रगत राष्ट्रांनी आपल्या शिक्षणपद्धती व त्यांत भौतिकीला देण्यात आलेले स्थान अथवा महत्व याविषयी थोडे आत्मपरीक्षण करुन काही बदल घडवून आणले. या संदर्भात उपस्थित झालेल्या विचारमंथनाचा संक्षिप्त उल्लेख खालील परिच्छेदामध्ये केला आहे.

पूर्व इतिहासाकालीन युगापासून ते आधुनिक कालापर्यंत मानवी जीवन राहणीचे जर सिंहावलोकन केले, तर मनुष्याच्या राहणीत १७०० सालापासूनच फार मोठा फरक पडत आला आहे, हे लक्षात येते. सध्या उपलब्ध असलेल्या द्रुतवाही किंवा जलद संदेशवहन योजना स्वतःच्या गरजा भागविण्याकरिता निसर्गातील शक्तीचा मानव करीत असलेला वाढता उपयोग अथवा त्याचे समृद्धीचे अर्थशास्त्र या सर्व घटना भौतिकीशास्त्रात झालेल्या प्रगतीमुळेच शक्य झाल्या आहेत. या दृष्टीने विचार केला असता सर्व शास्त्रांमध्ये भौतिकीचे स्थान भौतिकीचे स्थान मूलभूत स्वरूपाचे व महत्त्वाचे असेच आहे, असे पटते. औद्योगिकीकरण व त्यामध्ये यंत्राच्या साहाय्याने उत्पादक शक्तीत होणारी नेत्रदीपक वाढ या दोघांच्या मुळाशी भौतिकीशास्त्रातील मूलभूत शोध हेच होते. यामुळे सर्वसामान्य मुष्याच्या शिक्षणक्रमात भौतिकीला महत्त्वाचे स्थान असणे आवश्यक आहे, असे मत सर्व प्रगत राष्ट्रांत प्रस्थापित झाले. इतर कोणत्याही विषयाच्या अभ्यासाने साध्य होऊ शकत नाहीत, अशा अनेक नव्या पद्धती किंवा गोष्टी मनुष्याला भौतिकीच्या अभ्यासाने अवगत होतात. भौतिकीमध्ये आविष्काराचे योग्य प्रकारे निरीक्षण केले जाते व निरीक्षणाद्वारे त्यामधील महत्तवांच्या घटकांचा शोध घेतला जातो. मिळालेल्या प्रदत्तावरून आविष्कारामागे असलेल्या कार्यकारण- भावाकरिता सैद्धांतिक मीमांस दिली जाते. भौतिकीमधील आविष्कार सरल व मापनक्षम असल्यामुळे मनुष्याला आविष्कारामागील कार्यकारणभावाचे विश्लेषण करण्याची सवय लागते. आयुष्यामधील अधिक जटिल व गुंतागुंतीच्या समस्या सोडविण्याकरिता त्यास याचा फार उपयोग होतो. आलेखीय व गणितीय पद्धतींचा उपयोग करून मनुष्य कोणत्याही समस्येबद्दलचे आपले विचार व निष्कर्ष सुस्पष्ट निःसंदिग्धपणे मांडावयास शिकतो, अशा सर्वसामान्य अनुभव आहे.

विकासाच्या काही आधुनिक दिशा : पुंज सिद्धांत व सापेक्षता सिद्धांत यांमुळे भौतिकीमध्ये अनेक क्रांतिकारी व अभिनव कल्पनांचा समावेश झालेला आहे. काही परिस्थितींत कालप्रवाहाची गतिदिशा बदलून ती उलटी होण्याची शक्यता आधुनिक कण भौतिकीमधील काही प्रयोगांमुळे सूचित होते. यामुळे दोन प्रकारचे प्रश्न उपस्थित होतात. आपल्या नेहमीच्या विश्वात कालव्युत्क्रमी (कालप्रवाहाची गतिदिशा ज्यामध्ये उलटी होते अशा) घटनांचे प्रत्यक्ष प्रयोगाद्वारे निरीक्षण करणे कितपत शक्य आहे? ज्यामध्ये कालप्रवाहाची गती आपल्या विश्वाच्या सापेक्ष नेहमीच उलटी असते असा विभाग विश्वामध्ये असेल काय? या दोन्ही प्रश्नांबद्दल निश्चित पुरावा उपलब्ध नाही पण अनुमानावजा निष्कर्ष काढणे मात्र शक्य दिसते. सर्वसामान्य मनुष्याला कालप्रवाहाच्या गतीचा अनुभव कदाचित मानसशास्त्रीय रीतीने होत असतो असे दिसते. कालप्रवाह गतीची दिशा वस्तुनिष्ठ पद्धतीने म्हणजे प्रयोगाद्वारे निश्चित करण्याकरिता भौतिकीमध्ये अव्युत्क्रमी विक्रियांचा उपयोग केला जातो. अशा प्रकारच्या विक्रिया फक्त एकाच कालदिशेत प्रगत होतात असा अनुभव आहे. उत्सर्जनशील विक्रियांचा या कार्याकरिता उपयोग केला जातो. उदा., सूर्यापासून उगम पावणारी प्रकाश प्रारण ऊर्जा कालवाढीनुसार त्यापासून नेहमीच दूर जाताना आढळते. कालप्रवाह गतीची दिशा जर उलटी झाली, तर प्रारणाच्या मार्गक्रमणाची दिशा उलटी होऊन ते सभोवतालच्या विभागामधून अरीय (त्रिज्यीय) दिशेने सूर्यात शिरत असेल, अशा याचा अर्थ होईल. बीटा क्षय ही अशाच प्रकारची पण अणुकेंद्रात घडणारी कण-विक्रिया आहे. भौतिकीमध्ये कालगतीच्या दिशेची निश्चिती आणखी एका प्रकारे म्हणजे सांख्यिकीय रीत्या सुद्धा करता येते. अनेक घटक वस्तूंपासून बनलेल्या समूहाचा (उदा., अनेक रेणूंपासून बनलेला एक ठराविक घनफळाच्या वायूचा) विचार केला, तर जसा बनलेला एक ठराविक घनफळाच्या वायूचा) विचार केला, तर जसा काल प्रगत होतो तसे त्यामध्ये अनवस्थेचे प्रमाण वाढत जाते, अशा सांख्यिकीय सिद्धांत मिळतो. प्रणालीमधील अनवस्थेच्या प्रमाणाचे मापन ⇨एंट्रॉपी या भौतिकीय राशीने केले जाते. ऊष्मागतिकी सिद्धांताप्रमाणे वायुमध्ये कालानुसार कोणत्याही विक्रिया झाल्या, तरी त्यांमधील एंट्रॉपी वाढतच गेली पाहिजे, ती कधीच कमी होत नाही. याचाच अर्थ असा होतो की, कालगतिदिशा व एंट्रॉपी वृद्धिदिशा या एकरूप आहेत. अशा प्रकारे प्रयोगाद्वारे कालगतीची दिशा निश्चित करून तिच्यात व्युत्क्रमी बदल झाला आहे की नाही, याचा शोध घेता येतो. आर्. पी. फाइनमन यांच्या गणितीय विश्लेषणानुसार अत्यंत अल्प (मायक्रोसेकंदाचा म्हणजे सेकंदाच्या दशलक्षांश भागाचा एक लहान भाग) कालखंडाकरिता एखादा भौतिकी कण जर कालगतीच्या उलट दिशेने जाऊ लागला, तर तो प्रयोगाद्वारे प्रतिकण आहे असा अनुभव मिळेल. इलेक्ट्रॉन-पॉझिट्रान युग्म-निर्मितीमध्ये एकाच क्षणी इलेक्ट्रॉन व पॉझिट्रॉन या दोन विद्युत् भारित मूलकणांची निर्मिती होते. पॉझिट्रॉन हा दुसऱ्या इलेक्ट्रॉनाबरोबर संयोग पावून नष्ट होत असल्यामुळे (गॅमा किरणाचे उत्सर्जन करून) त्याचे आयुष्य अत्यंत अल्प असते. प्रथमदर्शनी या सर्व घटनांमध्ये एक पॉझिट्रॉन व दोन इलेक्ट्रॉन भाग घेतात असे वाटते. फाइनमन यांच्या सिद्धांताप्रमाणे या विक्रियेत फक्त एकच इलेक्ट्रॉन भाग घेतो. प्रयोगाने जो पॉझिट्रॉन आहे असे वाटते तो खरोखरी क्षणिक उलट्या कालदिशेने मार्गक्रमण करणारा इलेक्ट्रॉनच असतो. दुसऱ्या इलेक्ट्रॉनबारोबर परस्परिक्रिया करून पॉझिट्रॉन जेव्हा नष्ट झाला असे वाटते, तेव्हा मूळ इलेक्ट्रॉन परत अग्रगामी कालदिशेत जावयास लागलेला असतो. प्रयोगांती आढळणाऱ्या वस्तुस्थितीचे विशदीकरण करण्याकरिता फाइनमन यांचे विश्लेषण ही एक पर्यायी मीमांसा आहे, हे लक्षात ठेवणे आवश्यक आहे. कालगतीचे परिवर्तन या कल्पनेचा समावेश न करता इतर पर्यायी मीमांसाही आविष्काराच्या विशदीकरणाकरिता उपलब्ध आहेत, हे येथे नमूद केले पाहिजे. कालगतीच्या व्युत्क्रमणाच्या कल्पनेला १९६४ नंतर केल्या गेलेल्या प्रयोगाने परत चालना मिळाली. या साली प्रिन्स्टन येथे दुर्बल परस्परक्रियेनुसार घडणाऱ्या काही कण विक्रिया या कालव्युत्क्रमी नाहीत, असे दाखविले गेले. या बाबतीतला पुरावा अप्रत्यक्ष स्वरूपाचा असून तो काही गृहीतांवर आधारित आहे. यामध्ये CPT सिद्धांताचा समावेश होतो (C = विद्युत् भार, P = समता व T = काल). भौतिकीय विक्रियांमध्ये या तिन्ही राशींकरिता सममिती असते, असा भौतिकीविज्ञांचा विश्वास होता. उदा., एका दगडामध्ये असणाऱ्या विद्युत् भारित घटकावरील विद्युत् भाराचे जर चिन्ह बदलले (जेथे धन विद्युत् भार आहे तेथे ऋण विद्युत् भार आणला व याप्रमाणेच इतर ठिकाणी फरक केले) व विद्युत् भारसापेक्ष सममिती असेल, तर अशा फरकानंतर सुद्धा दगड हा दगडच राहील. अर्थात विद्युत् भारांची अदलाबदल केल्यामुळे तो द्रव्याचा दगड असण्याऐवजी प्रतिद्रव्याचा दगड अथवा प्रतिदगड होईल. नेहमीच्या विश्वात जर प्रतिदगड निर्माण झाला, तर याचा ताबडतोब स्फोट होऊन त्याचा त्वरित नाश होईल, कारण द्रव्य व प्रतिद्रव्य यांमध्ये एकमेकांस नष्ट करण्याची क्षमता असते. अशाच प्रकारची सममिती P च्या सापेक्ष असते असे दिसते. काही विक्रियांकरिता C P T यांतील प्रत्येक राशीच्या सापेक्ष सममिती नसून या राशींच्या संयुक्तपणे सापेक्ष अशी सममिती असते, असे दृष्टोपत्तीस येते. याचा अर्थ असा होतो की, यांपैकी कोणत्याही एका राशीत बदल केला, तर सममितो कायम ठेवण्याकरिता इतर राशींमध्ये त्याच वेळी अनुरूप बदल करणे आवश्यक होते. या राशीमध्ये आवश्यक अनुरूप बदल पुढीलप्रमाणे होऊ शकतात : C (धन/ऋण विद्युत् भार), P (आरशामधील डावे / उजवे प्रतिबिंब), T (अग्रगामी/व्युत्क्रमी कालगती). ज्याकरिता संयुक्त C P T सममिती योग्य आहे असे विश्वामध्ये दोन विभाग कल्पिणे अवघड नाही. या दोन विभागांमध्ये C P T राशी एकमेकींच्या उलट असतील. एकात जर नेहमीचे द्रव्य असेल, तर दुसऱ्या त प्रतिद्रव्य असेल. एकात कालप्रवाहाची गती आपल्या विश्वाच्या सापेक्ष अग्रगामी असेल, तर दुसऱ्या त ती व्युत्क्रमी स्वरूपाची असेल, असे सममिती नियमानुसार मिळते. एका विभागातून प्रारण वा प्रकाश ऊर्जा सतत बाहेर टाकली जात आहे असे दिसले, तर दुसऱ्याल म्हणजे प्रतिविभागात ती सतत बाहेरून विभागाच्या आत शिरत आहे असे दिसेल. या कारणामुळे हा दुसरा विभाग बाहेरील निरीक्षकाकरिता अदृश्य राहील त्याबरोबर कोणत्याही प्रकारचे दळणवळण प्रस्थापित करणे शक्य होणार नाही. हे दोन विभाग एकमेकांजवळ असतील, प्रत्येकाला इतिहास असेल पण तो विरुद्ध कालदिशेत प्रगत होणारा असा असेल. तर्कशास्त्रदृष्ट्या विश्वामधील द्रव्य व प्रतिद्रव्य यांचे प्रमाण समान असले पाहिजे, असे अनुमान करता येते. त्यामुळे अशा प्रकारचा दुसरा विभागही विश्वात कोठे तरी अस्तित्वात असला पाहिजे असे म्हणणे चुकीचे होणार नाही, असे काही शास्त्राज्ञांचे मत आहे.

सध्या प्रयोगशाळेत या विषयावर जे प्रत्यक्ष प्रयोग चालू आहेत त्यामुळे वरील मीमांसेवर जास्त प्रकाश पडेल असे वाटते. वरील विवेचनामुळे एक मोठा मूलभूत सैद्धांतिक प्रश्न उपस्थित केला जातो व त्याकडे लक्ष वेधणे येथे आवश्यक आहे. विश्वाचा इतिहास अथवा भवितव्य याते स्वरूप खरोखरी काय आहे? या प्रश्नाकरिता दोन पर्याय शक्य दिसतात. परमेश्वर एकाच कालातील व शाश्वत दृष्टिक्षेपात ज्याचे अवलोकन करू शकतो असे अनंत भूतकालापासून अनंत भविष्यापर्यंत पसरलेले विश्व हे तर अखंडित संततीय तरी आहे अथवा त्याचा भविष्यकाल मुक्त व अनिर्बंध आहे आणि त्यामुळे तो प्रत्यक्षात येई तोपर्यंत त्यास अस्तित्व असत नाही.

संशोधन व विकास संघटन : आधुनिक भौतिकीमध्ये प्रयोगाद्वारे निरीक्षण व मापन करणे यास अत्यंत महत्त्व दिले जाते, याचा उल्लेख मागे आलाच आहे. गॅलिलीओ यांच्या काळापासून हे तत्त्व सर्वमान्य झाले असे म्हणता येते. यापूर्वी शास्त्रज्ञ अथवा तत्त्वज्ञ यांचा भौतिकीत अथवा विज्ञानात शोध लावण्याकरिता नुसते उत्कट विचारमंथन पुरेसे आहे, असा एक समज होता. एकोणिसाव्या शतकापूर्वी भौतिकीमध्ये संशोधन करण्यास योग्य अशा ज्या काही थोड्या प्रयोगशाळा उपलब्ध होत्या त्या सर्व खाजगी मालकीच्या होत्या. रॉबर्ट बॉइल यांनी आपले वायुवरचे प्रयोग करण्याकरिता आपल्याच घरातील खोली व तीजवळचे दोन जिने यांचा उपयोग केल्याचा उल्लेख आढळतो. न्यूटन यांनी लोलकाच्या द्वारे प्रकाशाचे अपस्करण मिळविण्याकरिता केलेले प्रयोग केंब्रिज येथील आपल्या खोलीतच केले. जर्मनीमध्ये एच्. जी. मॅग्नस यांची बर्लिन येथील खाजगी प्रयोगशाळा विशेष प्रसिद्ध होती (सु. १८५०-६०). भौतिकीय प्रयोगांचा समावेश जेव्हा विद्यापीठीय अभ्यासक्रमात करण्यात आला. तेव्हा खाजगी प्रयोगशाळांची जागा विद्यापीठीय प्रयोगशाळांनी घेतली. जर्मनीमध्ये हायडल्बदर्ग येथे १८४६ मध्ये, तर बर्लिन येथे १८६३ साली अशा विद्यापीठीय भौतिकीय प्रयोगशाळा स्थापण्यात आल्या. ब्रिटनमध्ये ग्लासगो येथे अशा प्रकारची प्रयोगशाळा याच सुमारास सुसज्ज करण्यात आली. ऑक्सफर्ड विद्यापीठाची भौतिकीय प्रयोगशाळा आर्. बी. क्लिफूटन यांनी स्थापन केली व त्यानंतर त्यापासून स्फूर्ती घेऊन मॅक्सवेल यांनी कॅव्हेंडिश प्रयोगशाळा १८७१ साली केंब्रिज येथे स्थापन केली. शिक्षणाकरिता प्रयोगशाळा प्रस्थापित करण्याचे धोरण फ्रान्समध्ये व्हीक्तॉर द्यूऱ्यूई या शिक्षणमंत्र्यांनी शासकीय पातळीवर स्वीकारले अशा उल्लेख मिळतो. त्यानुसार सॉर्बॉन (पॅरिस) येथे पहिली भौतिकीय प्रयोगशाळा १८६८ मध्ये स्थापन करण्यात आली. शैक्षणिक भौतिकीय प्रयोगशाळा अमेरिकेमध्ये १८२४-३१ च्या दरम्यान न्यूयॉर्क येथील रेन्सेलर पॉलिटेक्निक इन्स्टिट्यूमध्ये प्रथम स्थापन करण्यात आली. यानंतर मॅसॅचूसेट्स इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजीमध्ये अशा प्रकाराची प्रयोगशाळा १८६०-६५ मध्ये स्थापन करण्यात आल्याबद्दलचा उल्लेख मिळतो. १८८५ सालापासून सर्व उच्च शिक्षण संस्थामधून भौतिकीय प्रयोगशाळा ही एक आवश्यक बाब समजली जात आहे.

भौतिकीशास्त्रामधील शोधांमुळे मनुष्याच्या दैनंदिन जीवनात फार मोठा फरक पडत आला आहे. जीवनाला उपयोगी अशा साधनसामग्रीचे मोठ्या प्रमाणात उत्पादन यंत्राच्या साहाय्याने करणे शक्य झाले आहे. या प्रक्रियेमध्ये सुद्धा भौतिकीचा मोठा वाटा आहे. मूलभूत संकल्पनांचा शोध व विकास मुख्यत्वेकरून भौतिकीमध्ये होतो. मूलभूत तत्त्वाचे आकलन झाल्यानंतर त्याचा उपयोग अथवा उपयोजन तंत्रविद्येमध्ये केले जाते. उदा., तापायनिक उत्सर्जन (निर्वातामध्ये धातू वा तत्सम घन पदार्थ तापविले असता त्यांपासून होणारे इलेक्ट्रॉनांचे उत्सर्जन) यावरील संशोधन भौतिकीमध्ये प्रथम झाले पण त्यावर आधारित इलेक्ट्रॉन नलिका ही प्रयुक्ती आणि तीकरिता योग्य अशी विद्युत् मंडले यांचा विचार व उपयोग इलेक्ट्रॉनिकीमध्ये केला जातो. व्युत्क्रमी एंजिनाची सैद्धांतिक मीमांसा प्रथम निकोलास कार्नो (१७९६-१८३२) यांनी ऊष्मागतिकी तत्त्वाप्रमाणे भौतिकीमध्ये केली पण त्यापासून विकसित झालेल्या वाफेच्या एंजिनाचा अथवा अंतर्ज्वलन-एंजिनाचा (ज्यां सिलिंडरातच इंधन जाळण्याची व्यवस्था केलेली असते अशा एंजिनाचा) उपयोग व विचार अभियांत्रिकीमध्ये केला जातो. मागील इतिहासाचे परिशीलन केल्यास औद्योगिकीकरण व भौतिकीमधील प्रगती यांमध्ये दाट परस्पर संबंध असल्याचे दिसून येते. औद्योगिकीकरण प्रथम ब्रिटनमध्ये झाले. त्यानंतर ते अनुक्रमे फ्रान्स, अमेरिका, जर्मनी व रशिया या देशांत झाले. भौतिकी आणि उद्योगधंदे यांमधील परस्पर संबंध लक्षात घेऊनच विद्यापिठीय प्रयोगशाळांचे विस्तारण म्हणून राष्ट्रीय प्रयोगशाळा वरील देशांत प्रथम स्थापन करण्यात आल्या. प्रयोगशाळेत लागणाऱ्या उपकरणांची संख्या व गुणवत्ता वाढल्यामुळे त्यांच्या किंमती इतक्या जास्त झाल्या की, अशी उपकरणे विकत घेणे शैक्षणिक संस्थांच्या आर्थिक कुवतीमध्ये बसण्यासारखे नव्हते. अशा राष्ट्रीय प्रयोगशाळा स्थापन करण्याकरिता उद्योगपतींनी मोठ्या प्रमाणात आर्थिक साहाय्य दिल्याची अनेक उदाहरणे आहेत. यावरून उद्योगधंद्यांकरिता भौतिकीय संशोधन व विकास यांची आवश्यकता असल्याची जाणीव सर्वमान्य झाल्याबद्दलची प्रचीती मिळते.

ब्रिटन : ब्रिटनमध्ये उपयोजित विज्ञानाच्या विकासाकरिता रॉयल इन्स्टिट्यूशनची स्थापना १८०० साली करण्यात आली (हिची पुनर्रचना १८७१ मध्ये करण्यात आली). मूलभूत भौतिकीय संशोधनाकरिता डेव्ही-फॅराडे रिसर्च लॅबोरोटरी १८९६ मध्ये स्थापन केली गेली. या प्रयोगशाळेकरिता एल्. माँड यांनी मोठी देणगी दिली होती. मूलभूत अशा भौतिकीय संशोधनाकरिता केंब्रिज (कॅव्हेंडिस प्रयोगशाळा) व ऑक्सफर्ड (क्लेरंडन प्रयोगशाळा) येथील प्रयोगशाळा जगप्रसिद्ध आहेत. भौतिकीमध्ये अंशन परीक्षण (दिलेल्या मापन साधनावरील अंशांची अचूकता तपासणे) व अचूक मापन करण्याकरिता नॅशनल फिजिकल लॅबोरेटरी ब्रिटनमध्ये १९०० मध्ये प्रस्थापित करण्यात आली. १९१७ सालापर्यंत या संस्थेस ब्रिटिश शासन अनुदान देत असे पण तिची व्यवस्था रॉयल सोसायटीकडे होती. या सालापासून तिची व्यवस्था वैज्ञानिक व औद्योगिक संशोधन खात्याकडे व पुढे १९५६ पासून विज्ञान व तंत्रविद्या खात्याकडे सोपविण्यात आली. संस्थेच्या कार्यक्षेत्रात वेळोवेळी वाढ करून तिच्यात धातुविज्ञान, वायुगतिकी, द्रवगतिकी, रेडिओ, इलेक्ट्रॉनिकी या संबंधित विषयांचाही समावेश करण्यात आला. अणुबाँबच्या शोधापासून सर्व प्रगत राष्ट्रांत अणुऊर्जा व तत्संबंधित भौतिकीय विभागांवर संशोधन करण्याकरिता ॲटॉमिक एनर्जी रिसर्ज एस्टॅब्लिशमेंट या प्रकारच्या संस्था स्थापन करण्यात आल्या. ब्रिटनमध्ये अणुऊर्जा संशोधन संस्था १९४६ साली हारवेल येथे स्थापन करण्यात आली. तिच्यामध्ये निरनिराळे अनेक विभाग असून त्यांपैकी आयनद्रायू भौतिकी विभाग हा कलहॅम येथे आहे. विज्ञानाच्या विकासाकरिता ब्रिटनमध्ये रॉयल सोसायटीची स्थापना १६६० साली करण्यात आली. फिजिकल सोसयटी १८७४ साली सुरू करण्यात आली. ती १९६० मध्ये इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्स या संस्थेत विलीन करण्यात आली. भौतिकी विषयावरील संशोधनात्मक निबंधांकरिता ब्रिटनमधील रॉयल सोसायटी प्रोसिडिंग्ज (प्रथम प्रकाशन वर्ष १६६०), फिलॉसॉफिकल मॅगॅझीन (१७९८) व प्रोसिडिंग्ज ऑफ द फिजिकल सोसायटी (१८७४) ही नियतंकालिके विशेष प्रसिद्ध आहेत.

फ्रान्स : ब्रिटनमधील रॉयल इन्स्टिट्यूशनसारखी फ्रान्समधील संस्था द स्कूल अँड म्यूडियम ऑफ आर्ट्स अँड क्राफ्ट्स ही होय. हिची स्थापना १७९४ साली झाली व हिच्यातर्फे कामगार व कारगीर लोकांकरिता उपयोजित वैज्ञानिक विषयांवर व्याख्याने होत असत. खास भौतिकीकरिता हिच्यात १८२९ मध्ये वेगळा विभाग काढण्यात आला. फ्रान्समधील फिजिकल सोसायटीची स्थापना १८७३ साली करण्यात आली. फ्रान्सच्या अणुऊर्जा संशोधन संस्थेची स्थापना पॅरिस येथे १९४५ साली करण्यात आली. रॉयल सोसायटीच्या धर्तीवर फ्रान्समध्ये इन्स्टिट्यूट ऑफ फ्रान्स ही संस्था असून तिच्यामध्ये ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेस हिचा समावेश असून तीमध्ये भौतिकी हा एक विभाग आहे. याशिवाय वैज्ञानिक संशोधनाकरिता १९३९ मध्ये पॅरिस येथे स्थापन केलेल्या नॅशनल सेंटर ऑफ सायंटिफिक रिसर्च या संस्थेच्या नियंत्रणाखाली भौतिकीच्या खास निरनिराळ्या मूलभूत व उपयोजित विभागांवर संशोधन करणाऱ्याच प्रयोगशाळा व संस्था आहेत. भौतिकीवरील संशोधनात्मक निबंधांस प्रसिद्धी देण्याकरिता फ्रान्समध्ये Journal de Physique, Journal de Physique et Radium इ. नियतकालिके उपलब्ध आहेत.

जर्मनी : इंपिरियल फिजिको-टेक्निकल इन्स्टिट्यूट ही जगातील सर्वप्रथम अशी राष्टीय प्रयोगशाळा जर्मनीत शार्लॉटनबुर्क येते १८८८ मद्ये स्थापन करण्यात आली. मूलभूत व उपयोजित भौतिकीमधील संशोधन कार्य हे हिचे उद्दिष्ट होते. ही प्रयोगशाळा स्थापन करण्या करिता व्हेर्नर सीमेन्स या उद्योगपतींनी एक मोठी देणगी दिली होती. १८४५ मध्ये स्थापन झालेली जर्मन फिजिकल सोसायटी ही संस्था वाट गोडेसबेर्क येथे आहे. दुसऱ्या महायुद्धानंतर जर्मनीचे दोन विभाग झाले, त्यांपैकी पूर्व जर्मनीत (जर्मन लोकशाही प्रचासत्ताकात) भौतिकीकरिता अनेक संशोधन संस्था आहेत. उदा., ड्रेझ्डेनमध्ये सेंट्रल इन्स्टिट्यूट फॉर न्यूक्लिअर रिसर्च ही संस्था १९५६ मध्ये स्थापन करण्यात आली. पश्चिम जर्मनीमध्ये (जर्मन प्रचासत्ताक संघराज्यात) सुद्धा अनेक संशोधन संस्था आहेत. या सर्वांना माक्स प्लांक रिसर्च इन्स्टिट्यूट्स असे संबोधिले जाते व त्यांची वर्तमान संख्या वीसपेक्षा जास्त आहे. हायडल्बर्ग येथिल प्लांक इन्स्टिट्यूटमध्ये अणुकेंद्रीय भौतिकीवर, तर म्यूनिक येथील संस्थेत आयनद्रायू भौतिकीवर आणि गटिंगेन येथिल संस्थेत द्रवगतिकीवर संशोधन केले जाते. भौतिकीमधील विविध क्षेत्रांमध्ये उपलब्ध संशोधनात्मक कार्याचे तौलनिक विश्लेषण व मूल्यमापन करून ह्याबद्दलची माहिती व प्रदत्त ज्यामध्ये दिले असते, अशा अनेक हस्तपुस्तिका (Handbuch) अथवा सारसंग्रह ग्रंथ जर्मन भाषेत उपलब्ध आहेत. उदा., Handbuch der Eyperimental Physik ही ग्रंथमालिका संपादक डब्ल्यू. वीन व एच्. हार्म्स यांनी १९२६-३७ मध्ये २६ खंडांमध्ये प्रसिद्ध केली, तर Handbuch der Physik हा सारसंग्रह ग्रंथ एच्. डब्ल्यू. गायगर व के. डब्ल्यू. शेले या संपादकांनी २४ खंडांत १९२६-२९ या कालावधीत प्रसिद्ध केला. वरील ग्रंथ लिहिल्यानंतर उपलब्ध झालेली आधुनिक माहिती एस्. फ्ल्यूगे यांनी संपादित केलेल्या Handbuch der Physik या ग्रंथामध्ये १९५६ साली ५४ खंडांच्या स्वरूपात प्रसिद्ध झाली आहे. संदर्भ म्हणून या सर्व ग्रंथांचे स्थान फार महत्त्वाचे आहे. भौतिकीवरील संशोधनात्मक निबंध प्रसिद्ध करण्याकरिता Annalen der Physik (लाइपसिक, प्रथम प्रकाशन वर्ष १७९९), Zeitschrift fiir Physik (बर्लिन, १९२०) इ. नियतकालिके उपलब्ध आहेत.

अमेरिका : अमेरिकेमध्ये नॅशनल ब्यूरो ऑफ स्टँडर्ड्स या राष्ट्रीय प्रयोगशाळेची स्थापना १९०९ मध्ये करण्यात आली. या संस्थेत मुख्यत्वेकरून अंशन परीक्षण व अचूक मापन यांवर संशोधन कार्य केले जाते. विज्ञानाच्या विकासाकरिता नॅशनल ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेस ही संस्था १८६३ मध्ये स्थापन झाली. तिच्यामधील २३ विभागांपैकी भौतीकी हा एक महत्त्वाचा विभाग आहे. अमेरिकन फिजिकल सोसायटी न्यूयॉर्क येथे १८९९ मध्ये सुरू करण्यात आली. अमेरिकेमध्ये भौतिकीय संशोधनाकरिता अनेक ख्यातनाम संस्था असून त्यांना फार मोठ्या प्रमाणात निरनिराळ्या प्रकारे आर्थिक साहाय्य मिळते. शिक्षण व संशोधन यांकरिता फिलाडेल्फिया येथे फ्रँक्लिन इन्स्टिट्यूट नावाची संस्था आहे (स्थापना १८२४). अवकाश संशोधनाकरिता जगप्रसिद्ध गॉडर्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर १९५९ साली अस्तित्वात आले. अमेरिकन अणुऊर्जा संशोधन संस्था १९४६ साली स्थापन करण्यात आली. या संस्थेतर्फे निरनिराळ्या ठिकाणी मूलभूत व अणुकेंद्रीय विक्रियकासंबंधित उपयोजित भौतिकीय संशोधन फार मोठ्या प्रमाणात पुरस्कारित केले जाते. यामध्ये अप्टन येथील ब्रुकहॅवन नॅशनल लॅबोरेटरी (अणू संरचना, अणुकेंद्रीय कण यांवर संशोधन), लिव्हरमॉर येथील ई. ओ. लॉरेन्स रेडिएशन लॅबोरेटरी (उच्च ऊर्जा भौतिकी, कणवेगवर्धक), लॉस ॲलॅमॉस सायंटिफिक लॅबोरेटरी (नियंत्रित अणुकेंद्रीय संघटन, अणुऊर्जेचे विद्युत् ऊर्जेत सरळ रूपांतरण), ओक रीज नॅशनल लॅबोरेटरी (अणुकेंद्रीय विक्रियक तंत्रे, मूलभूत संशोधन), आर्‌गॉन नॅशनल लॅबोरेटरी (उच्च ऊर्जा भौतिकी) इ. प्रयोगशाळांचा समावेश होतो. अमेरिकेत जर्नल ऑफ अप्लाइड फिजिक्स (प्रथम प्रकाशन वर्ष १९३०), फिजिकल रिव्ह्यू (१८९३), रिव्ह्यूज ऑफ मॉडर्न फिजिक्स (१९२९) ही भौतिकी विषयावरील संशोधनात्मक नियतकालिके प्रसिद्ध होतात.

रशिया : सोव्हिएट रशियामध्ये ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेस (स्थापना १७२५) ही सर्वांत जुनी अशी वैज्ञानिक संस्था असून तिच्यात भौतिकी हा एक विभाग आहे. भौतिकीच्या विशिष्ट विभागावर संशोधन करण्याकरिता या संस्थेतर्फे अनेक ठिकाणी प्रयोगशाळा व संशोधन संस्था स्थापन करण्यात आल्या आहेत. उदा., मॉस्को येथील इन्स्टिट्यूट ऑफ थिऑरेटिकल फिजिक्स, पी. एन्. ल्येब्येड्येव्ह फिजिकल इन्स्टिट्यूट (कणवेगवर्धक-इलेक्ट्रॉन सिंक्रोट्रॉन), फिजिकल लॅबोरेटरी. रशियन अणुऊर्जा मंडळाच्या सहयोगाने अनेक संशोधन केंद्रे चालविली जातात. उदा., जॉईंट इन्स्टिट्यूट फॉर न्यूक्लिअर रिसर्ज, डूबनॉ (सिंक्रोट्रॉनसारख्या कणवेगवर्धकांवर संशोधन), इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिक्स अँड टेक्नॉलॉजी, लेनिनग्राड (नियंत्रित अणुकेंद्रीय संघटनावर संशोधन), कीव्ह फिजिक्स इन्स्टिट्यूट कीव्ह फिजिक्स इन्स्टिट्यूट कीव्ह (अणुकेंद्रीय विक्रियक संशोधन). अवकाश संशोधनामध्ये रशियाने पुष्कळच महत्त्वाचे कार्य केले आहे. जगातला सर्वप्रथम कृत्रिम उपग्रह रशियाने ऑक्टोबर १९५७ मध्ये सोडला. या घटनेमागे असलेल्या संशोधनकार्याविषयी फारच थोडी माहिती उपलब्ध आहे. भौतिकी विषयावर रशियामधून फार मोठ्या प्रमाणात संशोधनात्मक निबंध प्रसिद्ध करण्यात येतात. Izvestla Seriya Fizicheskaya (प्रथम प्रकाशन वर्ष १९३६) हे ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेसतर्फे प्रसिद्ध होणारे नियतकालिक असून यांचे इंग्लिश भाषांतर अमेरिकेतील एका संस्थेमार्फत करण्यात येते (१९६५). Zhurnal Eksperimentalnoi i Teoreticheskoi Fiziki या (१९३१) नियतकालिकातील मजकुराचे इंग्लिशमध्ये भाषांतर Soviet-Physics-JETP या नावाने अमेरिकेमध्ये करण्यात येते (१९५५). Doklady Akademii Nauk S.S.S.R. या नियतकालिकामध्ये भौतिकीच्या विशेष विभागांवरील संशोधनावर विश्लेषणात्मक टिप्पणी करण्यात येते. या नियतकालिकाचे सुद्धा Soviet-Physics-Doklady या नावाने अमेरिकेत केलेले भाषांतर उपलब्ध आहे.

जपान : जपानमध्ये विज्ञानविकासाचे कार्य जपान ॲकॅडेमी ही संस्था करते. यामध्ये भौतिकी हा एक महत्त्वाचा विभाग आहे. जपानमध्ये टोकिओ येथे फिजिकल सोसायटी १९४६ साली स्थापन झाली व अणुऊर्जा मंडळ त्याच सुमारास प्रस्थापित झाले. भौतिकीय संशोधनकार्यकरिता जपानमध्ये अनेक संशोधन संस्था व प्रयोगशाळा उपलब्ध आहेत. बऱ्याचशा संशोधन संस्था स्थानिक विद्यापीठांशी संलग्न आहेत हे या देशातील संशोधन संघटनेचे वैशिष्ट्य आहे. क्योटो विद्यापीठाबरोबर इन्स्टिट्यूट फॉर ॲटॉमिक एनर्जी व रिसर्च इन्स्टिट्यूट फॉर फंडामेंटल फिजिक्स या संस्था संलग्न आहेत इन्स्टिट्यूट ऑफ प्लाझ्मा फिजिक्स ही संस्था नागोया विद्यापीठाला जोडलेली आहे. जपानने आधुनिक भौतकीच्या (विशेषतः सैद्धांतिक) प्रगतीला चांगला हातभार लावला आहे. Japanese Journal of Applied Physics (प्रथम प्रकाशन वर्ष १९६२) हे भौतिकीय संशोधनाला वाहिलेले नियतकालिक आहे.

इतर बहुतेक सर्व देशांमध्ये भौतिकीय संशोधन संघटनेचा वरीलप्रमाणेच आकृतिबंध आहे. भारतामध्ये आढळणारा आकृतिबंध अशाच प्रकारचा आहे.

भारत : विज्ञानप्रगतीकरिता इंडियन नॅशनल सायन्स अकॅडेमी १९३५ मध्ये स्थापन करण्यात आली. इंडियन फिजिकल सोसायटीची स्थापना कलकत्ता येथे १९३४ साली झाली. ⇨कौन्सिल ऑफ सायंटिफिक अँड इंडस्ट्रियल रिसर्च या मध्यवर्ती स्वायत्त मंडळाच्या मार्गदर्शनाखाली अनेक राष्ट्रीय प्रयोगशाळा कार्य करीत आहेत. मूलभूत व उपयोजित भौतिकीवर नवी दिल्ली येथील नॅशनल फिजिकल लॅबोरेटरीमध्ये (स्थापना १९५०) संशोधन करण्यात येते. भारतीय अणुऊर्जा आयोगातर्फे तुर्भे (मुंबई) येथील ⇨भाभा अणुसंशोधन केंद्र (१९५७), अहमदाबाद येथील फिजिकल रिसर्च लॅबोरेटरी (१९४७), कलकत्ता येथील साहा इन्स्टिट्यूट ऑफ न्यूक्लिअर फिजिक्स (१९५१) या प्रयोगशाळांत मूलभूत व उपयोजित स्वरूपाचे भौतिकी विषयावर संशोधन होते. भौतिकीमध्ये संशोधन कार्याकरिता भारतामध्ये इतरही पुष्कल प्रसिद्ध प्रयोगशाळा आहेत. उदा., बोस इन्स्टिट्यूट, कलकत्ता (१९१७) रामन रिसर्च इन्स्टिट्यूट बंगलोर (१९४८) ⇨ टाटा इन्स्टिट्यूट ऑफ फंडामेंटल रिसर्च, मुंबई (१९४५) इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ सायन्स, बंगलोर (१९०९). शेवटल्या दोन संशोधन संस्था प्रस्थापित करण्याकरिता टाटा उद्योगसमूहाने फार मोठ्या प्रमाणात आर्थिक साहाय्य केले आहे, हे येथे नमूद केले पाहिजे. भारतात भौतिकीतील संशोधनपर निबंध इंडियन जर्नल ऑफ फिजिक्स (कलकत्ता), इंडियन जर्नल ऑफ प्युअर अँड ॲप्लाइड फिजिक्स (नवी दिल्ली), प्रोसिडिंग्ज ऑफ द इंडियन ॲकॅडेमी ऑफ सायन्सेस (ए रेक्शन बंगलोर) वगैरे नियतकालिकांतून प्रसिद्ध केले जातात. अवकाश संशोधनासाठी १९६९ मध्ये बंगलोर येथे स्थापन झालेल्या इंडियन स्पेस रिसर्च ऑर्गनायझेशन या संघटनेतर्फे रॉकेटे, क्षेपणयाने व उपग्रह विकसित करण्याचे कार्य करण्यात येत आहे. भारतातील बहुतेक विद्यापीठांतून भौतिकीच्या डॉक्टरेट पदवीपर्यंतच्या शिक्षणाची सोय आहे.

आंतरराष्ट्रीय : राष्ट्रीय पातळीवरील प्रयोगशाळेच्या पुढली पायरी म्हणजे अनेक स्वतंत्र राष्ट्रांनी आपआपली साधनसामग्री, मनुष्यबळ व आर्थिक शक्ती एकत्र करून स्थापन केलेली आंतरराष्ट्रीय प्रयोगशाळा होय. मूलभूत अणुकेंद्रीय भौतिकीवर संशोधन करण्याकरिता प्रयोगशाळा उभारण्यासाठी यूरोपमधील १२ राष्ट्रांनी १९५४ साली CERN ही संघटना स्थापना केली. ＿Counceil ＿Europeen pour la ＿Recherche ＿Necleaire या फ्रेंच नावातील आद्याक्षरे घेऊन तिचे संक्षिप्त नामकरण करण्यात आले आहे. जगामधील एक सर्वांत उच्च दर्जाचा प्रोटॉन वेगवर्धक या संघटनेतर्फे जिनीव्हा येथे सुसज्ज करण्यात आला आहे. CERN संघटनेमध्ये सहभागी असणाऱ्या यूरोपीयन राष्ट्रांचा अमेरिका आणि रशिया यांच्या सहकार्याने यापेक्षा जास्त सुविकसित असा कणवेगवर्धक तयार करण्याचा विचार आहे. अवकाश विज्ञानात याच प्रकारचे सहकार्य काही प्रमाणात अमेरिका व रशिया या देशांमध्ये आहे. इंटरनॅशनल युनियन ऑफ प्युअर अँड अप्लाइड फिजिक्स ही आंतरराष्ट्रीय संघटना मुख्यत्वे भौतिकीय राशींच्या एककांच्या व्याख्या निश्चित करणे व इतर नामकरण पद्धतींत एकसूत्रता आणणे ही कार्ये करीत आहे. खाजगी व्यक्तिगत प्रयोगशाळेपासून ते आंतरराष्ट्रीय सहकार्याने उभारलेल्या भौतिकीय प्रयोगशाळेपर्यंत वरील संघटन विकासाचा इतिहास मनोरंजक आणि बोधप्रद आहे, यात शंका नाही.

सीमावर्ती विज्ञाने : खरे पाहिले असता, भौतिकीमधील संकल्पना व उपकरण तंत्रे यांचा उपयोग विज्ञानाच्या सर्व शाखामंध्ये कमी अधिक प्रमाणात केला जात असतोच. सैद्धांतिक भौतिकी, सांख्यिकीय भौतिकी, इलेक्ट्रॉनिकी, घन अवस्था भौतिकी यांसारख्या आधुनिक भौतिकी विभागांविषयीचे विवरण मागे दिलेले आहेच. भौतिकीच्या दृष्टीने सीमावर्ती विषय असे ज्यांचे वर्णन करता येते, अशांपैकी काही विज्ञानांविषयी संक्षिप्त माहिती यापुढे दिली आहे.

भौतिकीय रसायनशास्त्रामध्ये रेणवीय प्रणालींचा अभ्यास केला जातो. रासायनिक विक्रियांच्या त्वरेचे प्रयोगशाळेत प्रत्यक्ष मापन करून त्यांचे विश्लेषण भौतिकीमधील ऊष्मागतिकीनुसार केले जाते. विक्रियेमध्ये उत्पन्न होणाऱ्या द्रव्याचे द्रव्यमान वर्णपटमापकाद्वारे मापन व अभिज्ञान करून घेण्याच्या रीतीचा वापर मोठ्या प्रमाणात केला जातो. ⇨वर्णलेखन तंत्राचा उपयोगही या कार्याकरिता केला जातो. रेणूच्या संरचनेचा शोध घेण्याकरिता क्ष-किरण, सूक्ष्मतरंग व अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदनमापन या तंत्रांचा उपयोग केला जातो. मिळालेल्या प्रदत्ताचे पुंजयाभिकीप्रमाणे विशदीकरण केले जाते. [⟶ रसायनशास्त्र, भौतिकीय].

खगोल भौतिकीमध्ये निरीक्षणाकरिता उपयुक्त अशा भौतिकीमधील उपकरण योजनेचा वापर केला जातो. अवकाशातील तारे, तारकागुच्छ, आंतरतारकीय द्रव्य, दीर्घिका (तारामंडळे) इ. उद्गमांचा प्रकाशीय (दूरदर्शक व वर्णपटदर्शक यांच्याद्वारे), रेडिओ, अवरक्त, जंबुपार, गॅमा किरण, क्ष-किरण इ. विद्युत् चुंबकीय वर्णपटातील तरंगांद्वारे निरीक्षण करण्याचा समावेश खगोल भौतिकीमध्ये होतो. या निरीक्षणांद्वारे अशा उद्गमांची अवकाशातील दिशा, त्यांचा वेग, त्यांचे तापमान, रचना, घनता, त्यांमधील आयनीकरण (विद्युत् भारित अणू, रेणू वा अणुगट यांत रूपांतर होणे) इत्यादींविषयीची माहिती मिळते. यांपैकी दिशानिश्चितीशिवाय सर्व मापनांचा आणि प्रदत्ताचा समावेश खगोल भौतिकीमध्ये होतो. ताऱ्यांपासून मिळणाऱ्यां वर्णपटांचे विशदीकरण, ताऱ्यांचा अंतरंगाबद्दलचे सिद्धांत, त्यामधील ऊर्जा समतोल, स्थैर्य, ताऱ्यांच्या रचना, आकार इत्यादींमध्ये होणारी उत्क्रांती, त्यांच्या आयुष्याचा आकृतिबंध या सर्वांचा विचार सैद्धांतिक खगोल भौतिकीमध्ये केला जातो. [⟶ खगोल भौतिकी].

जीवभौतिकीमध्ये जीववैज्ञानिक प्रक्रियांचा अभ्यास करण्याकरिता भौतिकी व भौतिकीय रसायनशास्त्र यांतील सिद्धांत व प्रयोगतंत्रे यांचा उपयोग केला जातो. द्रुत गती एकदिश विद्युत् विवर्धक, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शक, जंबुपार आणि अनुस्फुरक सूक्ष्मदर्शक [⟶ सूक्ष्मदर्शक], वर्णपट प्रकाशामापन [⟶ प्रकाशमापन], यांत्रिक-विद्युत् ऊर्जापरिवर्तक (यांत्रिक ऊर्जेचे विद्युत् ऊर्जेत परिवर्तन करणारी प्रयुक्ती) इ. भौतिकीय तंत्राचा येथे मापनाकरिता उपयोग होतो. १७८० च्या सुमारास लूईजी गॅल्व्हानी यांनी केलेल्या प्राणिज विद्युत् प्रयोगांपासून या शास्त्राची सुरुवात झाली, असे मानले जाते. ए. ई. फिक (१८२९-१९०१) यांना आधुनिक जीवभौतिकशास्त्राचे पितामह मानतात. त्यांनी १८५५ साली प्राणिपटलामधून होणाऱ्या विसरण (अणु-रेणूंची स्वयंस्फूर्त हालचाल व विखुरणे) व तर्षणातील सामूहिक परिवहन [⟶ तर्षण] या क्रियांचा अभ्यास केला. टॉमस यंग यांनी रंगदृष्टीसंबंधी १७९१-१८०१ या काळात, तर जे. एल्. एम. प्वाझाय यांनी रक्तवाहिनीमधून होणाऱ्या द्रायुप्रवाहावर १८२८ मध्ये संशोधन केले. प्राणि-ऊतकामध्ये (प्राण्यांतील समान रचना आणि कार्य असलेल्या पेशींच्या समूहामध्ये) मिळणाऱ्या विद्युत् प्रवाहाचे स्वरूप व त्याचे उत्पत्तिस्थान, जननिक गुणसूत्रांमधील (एका पिढीतून पुढील पिढीत आनुवंशिक लक्षणे नेणाऱ्या सुतासारख्या सूक्ष्म घटकांमधील) जननिक सांकेतिक संहिता व आनुवंशिक वृत्त प्रेषण क्रिया यांसारख्या विषयांचा या विभागात समावेश होतो. [⟶ जीवभौतिकी].

भूभौतिकीमध्ये भौतिकीय दृष्टिकोनातून फक्त पृथ्वीचाच अभ्यास केला जात नसून त्याबरोबर तिच्या सभोवती असणाऱ्या अवकाशाचाही विचार केला जातो. पृथ्वीचे भौतिकीय गुणधर्म, तिचा आकार, आकारमान, अंतर्गत संरचना, तिच्यामुळे निर्माण होणारे चुंबकीय क्षेत्र या सर्व विषयांचा समावेश भूभौतिकीमध्ये होतो. ज्वालामुखी, जलस्थित्यंतर चक्र, महासागारविज्ञान हे याच विभागातील आणखी महत्त्वाचे असे भाग आहेत. [⟶ भूभौतिकी].

भौतिकी व तत्त्वज्ञान : आधुनिक भौतिकीमधील नवीन तत्त्वांमुळे नियतिवाद व कार्यकारणभाव या तत्त्वज्ञानामधील मूलभूत संकल्पनांबद्दल फेरविचार करणे आवश्यक झाले आहे. निसर्गात ज्या घटना घडताना आपण पाहतो त्यांच्या अशा प्रकारे विशिष्ट जोड्या लावता येतात की, प्रत्येक जोडीमधील दोन घटनांमध्ये कार्यकारण संबंध आहे, असे म्हणता येते. असा परस्परसंबंध असणाऱ्या घटनांकरिता बर्ट्रंड रसेल यांनी पुढील व्याख्या दिली आहे. समजा अ ही एक घटना आहे व आ ही दुसरी घटना आहे आणि या दोहोंमध्ये क एवढा कालविलंब आहे. अ घटना घडल्यापासून क या कालावधीत त्यानंतर आ घटना नेहमीच घडताना आढळली, तर अ हे कारण व आ त्याचा परिणाम होय, असे म्हणता येते. ही व्याख्या विशेष समाधानकारक नाही. जगात ज्या नाना प्रकारच्या घटना अथवा परिणाम घडताना आपण पाहतो त्या प्रत्येकामागे फक्त एकच एक कारण असते असे समजणे बरोबर नाही, हे थोडा विचार केल्यास लक्षात येते. कोणत्याही परिणामाच्या मागे फक्त एकच नाही, तर अनंत कारणे असू शकतात. प्रत्यक्ष परिणाम घडवून आणाण्यामध्ये या विविध कारणांचा वाटा सारखा असतोच असेही नाही. या दृष्टीने पाहता कोणत्याही परिणामाच्या मागे असणारे कारण म्हणजे त्या क्षणी किंवा त्या आधी सबंध विश्वाची जी अवस्था अथवा स्थिती होती तीच होय, असे म्हणणे जास्त बरोबर ठरते. एखाद्या प्रणालीची वर्तमान स्थिती संपूर्णपणे माहीत असेल व तीवर कार्य करणाऱ्या प्रेरणांविषयीचेही ज्ञान असेल, तर प्रणालीचे संपूर्ण भविष्य व भूत कालीन स्थितींचे प्राक्‌कथन करणे शक्य झाले पाहिजे, असा निष्कर्ष वरील विवेचनामधून निघतो. या सिद्धांतास नियतिवाद असे म्हणतात. अशा प्रकारचा नियतिवाद न्यूटन यांच्या रूढ यामिकीत अभिप्रेत आहे. या यामिकीप्रमाणे प्रणालीमध्ये जर फक्त एकच कण असेल व कणाची वर्तमान स्थिती (वर्तमान स्थान व वेग) व त्यावर कार्य करणाऱ्या प्रेरणा यांविषयीची माहिती असेल, तर त्या कणाचे संपूर्ण भविष्य अथवा भूत कालीन स्थितीचे प्राक्कथन करणे शक्य असते (उदा., आकाशतील ग्रहाची भविष्य वा भूत कालीन स्थिती या यामिकीप्रमाणे काढता येते). आधुनिक भौतिकीप्रमाणे कण जर सूक्ष्म (आणवीय आकारमानाचा) असेल, तर हे प्राक्‌कथन अचूक असणार नाही त्यामध्ये काही अनिश्चितता येणे अपरिहार्य असते. अशा कणाच्या वर्तमान स्थितीविषयीचे ज्ञान हेच मुळी अचूक असत नाही. त्यामध्ये काही अपरिहार्य अशी न्यूनता असतेच व त्यामुळे त्या आधारे केलेले प्राक्‌कथनही अचूक राहत नाही. मागे स्पष्ट केल्याप्रमाणे या अनिश्चिततेचे मान सूक्ष्म कणाच्या बाबतीत विचारात घेण्याएवढे मोठे असते पण ग्रहांसारख्या मोठ्या वस्तूकरिता यामुळे लक्षणीय फरक पडत नाही. सूक्ष्म कणाच्या बाबतीत सुद्धा एका (विशिष्ट) कणाचे भविष्य करण्यामध्ये अनिश्चितता अवश्य राहते पण अनेक कणांचे एकाच वेळी निरीक्षण केले असता त्यांचे सांख्यिकीय दृष्ट्या अचूक प्रक्‌कथन करणे मात्र शक्य होते. उदा., वायूच्या कणसमूहात एक विशिष्ट कण कशी वर्तणूक करतो याचे भविष्य करणे शक्य होत नसले, तरी त्यांमधील प्रातिनिधिक कण कसा वागेल याविषयीची अचूक माहिती मिळविणे संभाव्यतेच्या स्वरूपात आधुनिक भौतिकीप्रमाणे सुद्धा शक्य असते. अनिश्चिततेमुळे नियतिवादाला थोड्या मर्यादा पडल्या हे निश्चित पण त्यामुळे कार्यकारणभावाच्या सिद्धांतामध्ये नक्की काय फरक पडतो हा प्रश्न विवाद्य आहे. द्रव्याचे ऊर्जेत रूपांतर व याउलट ऊर्जेचे द्रव्यात रूपांतर, कण-तरंग द्वैतवाद, अंतिम सत्याचे स्वरूप व त्याविषयीचे संपूर्ण ज्ञान प्राप्त करून घेण्याची शक्यता, कालाची सापेक्षता इ. या आधुनिक भौतिकीमधील संकल्पना तत्त्वज्ञानाच्या दृष्टीने महत्त्वाच्या आहेत.

इतर विज्ञान शाखांशी सहसंबंध : भौतिकीचा उपकरण योजना व गणितशास्त्र यांच्याशी फार जवळचा संबंध आहे. भौतिकीमध्ये मापनावर भर दिला गेलेला असल्यामुळे त्या कार्याकरिता निरनिराळ्या प्रकारच्या उपकरण योजनांचा वापर करणे आवश्यक ठरते. निरीक्षणाने मिळालेल्या माहितीचे संस्करण करण्याकरिता गणिताचा उपयोग केला जातो. हा उपयोग दोन प्रकारे केला जातो : (१) निरीक्षणाचे विशदीकरण करण्याकरिता ज्या गृहीत मीमांसेचा वापर केला जातो, त्यापासून संख्यात्मक निष्कर्ष काढणे हा पहिल्या प्रकारचा उपयोग असतो. हे निष्कर्ष सार्थ आहेत की नाहीत, हे ठरविण्याकरिता आणखी प्रयोग करून त्याकरिता पडताळा मिळविता येतो. (२) निरीक्षणापासून मिळालेल्या प्रदत्तामधील परस्परसंबंध स्पष्ट करण्यासाठी जी मीमांसा गृहीत धरलेली असते, तीमधील प्रतिपादनाचे गणितीय सूत्रात रूपांतरण करणे हा या उपयोगाचा दुसरा प्रकार असतो. उदा., ट्यूको ब्राए यांनी विविध ग्रहांचे अवकाशातील स्थान व त्यांची गती यांकरिता अनेक वर्षे मापन घेतली. या सर्वांचे एकसूत्रीकरण न्यूटन यांच्या गणितीय मीमांमेमध्ये झाले. न्यूटन यांच्या मीमांसेमधील मूलभूत गृहीत जो गुरुत्वाकर्षणाचा सिद्धांत तोसुद्धा गणितीय स्वरूपातच अचूकपणे मांडता येतो. दोन जड वस्तूंमध्ये आकर्षणी प्रेरणा असते ही माहिती महत्त्वाची आहे पण या प्रेरणेचे मूल्य किती आहे, या मापनाकरिता महत्त्वाच्या अशा प्रश्नाचे उत्तर गणितीय सूत्रांचा वापर केल्यानंतर मिळते.

रूढ न्यूटनप्रणीत भौतिकीमध्ये नियतिवादी दृष्टिकोन आढळतो. जडसृष्टीमध्ये घडणाऱ्या प्रत्येक घटनेकरिता एक यांत्रिक प्रतिमान देणे शक्य आहे, असा विश्वास रूढ भौतिकीमध्येच आढळतो. यामध्ये निरीक्षणापासून गृहीत मीमांसा व तीपासून मिळणारे निष्कर्ष किंवा अपेक्षा असी साखळी या पद्धतीचे एक वैशिष्ट्य असते. या सर्व विशिष्ट गुणधर्मांमुळे न्यूटनप्रणीत भौतिकीचा विज्ञाननिष्ठ पद्धतीचे एक उत्तम उदाहरण किंवा प्रतिमान म्हणून उल्लेख केला जातो.

मनुष्याच्या दैनंदिन जीवनात आढळणाऱ्या अनेक मूलभूत प्रक्रियांचे आकलन करून घेण्याकरिता त्याला भौतिकीकडेच वळावे लागते. या कारणामुळे तंत्रविद्या व विज्ञानाचे इतर विभाग यांवर भौतिकीचा मोठा प्रभाव पडलेला दिसतो. कोणत्याही भौतिकीय विभागामध्ये आढळणाऱ्या आविष्काराचे मोठ्या प्रमाणात आकलन करण्यात जर भौतिकीशास्त्र यशस्वी झाले, तर त्या विभागाचे तंत्रविद्येत रूपांतरण होते, असा सर्वसाधारण अनुभव आहे. उदा., यांत्रिक अभियांत्रिकी मोठ्या प्रमाणात न्यूटन यांच्या रूढ गतिकी शास्त्रावर आधारित आहे. आधुनिकी भौतिकीपैकी ज्या भागाकरिता पुंजयामिकी मीमांसेचा उपयोग करावा लागतो, असा फार थोडा भाग तंत्रविद्येत सामील करण्यात आला आहे. काही अणुकेंद्रीय विक्रिया (उदा., अणुकेंद्रीय विक्रियक) व घन अवस्था इलेक्ट्रॉनिकी (उदा., लेसर) यांनी गेल्या काही वर्षांत तंत्रविद्येत प्रवेश केला आहे, असे मात्र आढळते.

याउलट मूलभूत भौतिकीमधील प्रयोगांकरिता लागणाऱ्या उपकरण योजना संपन्न करण्याकरिता तंत्रविद्येचा मोठ्या प्रमाणात उपयोग केला जात असलेला आढळतो. उदा., कणवेगवर्धक सिद्ध करण्यामध्ये विद्युत् अभियांत्रिकी, इलेक्ट्रॉनिकी इ. अनेक तंत्रविद्यांचा महत्त्वाचा सहभाग होताना आढळतो. आधुनिक भौतिकीमधील अनेक प्रचलित प्रयोग संगणकाच्या मदतीशिवाय करणे शक्य झाले असते, असे वाटत नाही. जी गणितीय कृत्ये करण्यास पूर्वी खूप वेळ लागला असता किंवा जी जटिल (गुतागुंतीची) असल्यामुळे ती पुरी करणे मनुष्यांच्या कुवतीबाहेर होते, अशी दोनही प्रकारची कृत्ये आधुनिक संगणक अगदी अल्प काळामध्ये पूर्ण करून त्यापासून निष्कर्ष मिळवू शकतो. आधुनिक संगणकविद्येमध्ये प्रगती झाल्यामुळे चालू असलेल्या प्रयोगापासून मिळणारा प्रदत्त तेथेच ठेवलेल्या संगणकाला पुरविला गेला असता त्यापासून मिळणारे निष्कर्ष लागलीच उपलब्ध करून देण्याची व्यवस्था पण होऊ शकते.

माहितीची देवघेव किंवा ज्ञानाचे प्रसारण करण्याकरिता रेडिओ, दूरचित्रवाणी, उपग्रहांद्वारे संदेशवहन, शैक्षणिक चित्रपट यांसारख्या दृक्‌श्राव्य साहाय्यक योजनांचा मोठ्या प्रमाणात उपयोग होऊ लागल्यामुळे या साधनांविषयीचे काही मूलभूत ज्ञान प्रत्येक मनुष्यास असणे आवश्यक झाले आहे. या साधनांमुळे शिक्षण पद्धती किंवा प्रचारप्रणाली या दोहोंमध्ये महत्त्वाचे बदल घडून आले आहेत. दूरचित्रवाणीद्वारे होणाऱ्या शालेय कार्यक्रमांचा या संदर्भात उल्लेख करता येईल.

आधुनिक भौतिकी व सामान्य मनुष्य यांमध्ये पाहिजे त्या प्रमाणात परस्परक्रिया झाली नाही, असे म्हणावे लागते. आधुनिक भौतिकीमधील संकल्पना मनुष्याच्या दैनंदिन जीवनातील अनुभवापेक्षा इतक्य भिन्न व त्यांचे वर्णन करण्याकरिता वापरण्यात येणारी परिभाषा इतकी जटिल आहे की, हे शास्त्र सामान्य मनुष्यास समजण्यास अतिशय कठीण असे वाटते. दुसऱ्या महायुद्धाच्या वेळी रडार व अणुबाँब यांच्या विकासामुळे आधुनिक भौतिकीचे महत्त्व लोकांच्या प्रथम लक्षात आले.

देशाचे औद्योगिकीकरण व संरक्षण यांकरिता उच्च दर्जाच्या तंत्र विद्येची आवश्यकता असते. उच्च तंत्रविद्येचा योग्य वापर करण्याकरिता प्रचालकास देण्यात देणाऱ्या शिक्षणाची पातळी पण पुरेशी उच्च असावी लागते. तंत्रविद्येचा वापर किंवा विकास करण्याकरिता मूलभूत भौतिकीय ज्ञानाची पातळी पण ऊञ्च प्रतीची असावी लागते, याकरिता मूलभूत भौतिकीय संशोधन हे आवश्यक ठरते. शाळेत विज्ञान शिकविणार्याप शिक्षकाचे स्वतःचे ज्ञान तो शिकवीत असलेल्या शिक्षणक्रमापेक्षा बऱ्या च उच्च पातळीचे असणे आवश्यक असते. याच न्यायाने भौतिकीय तंत्रविद्येत ज्या वेगाने विकास होत आहे तो लक्षात घेता देशातील तंत्रविद्येची पातळी सतत उच्च राहील याकरिता सतत प्रयास करावे लागतात. याच कारणाकरिता मूलभूत भौतिकीय संशोधनाकडे दुर्लक्ष करून चालत नाही.

भौतिकीय संशोधनाकरिता मोठ्या प्रमाणात भांडवली गुंतवणूक करावी लागते आणि अशा संशोधनाकरिता लागणारी उपकरणे दिवसें-दिवस जास्त सुविकसित व महाग होत चालली आहेत. देशामध्ये उपलब्ध असणाऱ्या मर्यादित उत्पन्नाचा केवढा भाग मूलभूत संशोधनाकरिता खर्च करावयाचा हा जो प्रश्न निर्माण होतो त्याकरिता साधे निश्चित असे उत्तर मिळत नाही. अल्प मुदतीच्या उद्दिष्टाच्या दृष्टीने पाहता उपयोजित विषयावरील संशोधनाचे फल लवकर मिळते व त्याचा परिणाम दैनंदिन आयुष्यावर लगेच होताना दिसतो. मूलभूत विषयावरील संशोधन हे दीर्घ मुदतीच्या उद्दिष्टाच्या दृष्टीने पाहता महत्त्वाचे असते. यामध्ये सीमारेषा कोठे ओढावयाची एवढाच प्रश्न राहतो.

पश्चिम यूरोपमधील बारा देशांनी एकत्र येऊन मूलभूत भौतिकीय संशोधनाकरिता सहकारी तत्त्वावर CERN ही संघटना स्थापन केली आहे. अमेरिका संशोधनाकरिता जितका पैसा खर्च करते त्यापेक्षा जवळजवळ दुप्पट रक्कम या संघटनेच्या प्रयोगशाळेवर खर्च केली जाते. उच्च ऊर्जा भौतिकीमध्ये या प्रयोगशाळेत अलीकडच्या काळात महत्त्वाचे असे शोध लागले आहेत. यावरून हा सहकाराचा मार्ग इतर राष्ट्रगटांनी आचरण्याजोगा आहे असे वाटते.

संदर्भ : 1. Assimov, I. Understanding Physics, 3 Vols. New York 1966.

2. Beisor, A. Mainstream of Physics, Reading, Mass. 1962.

3. Besanscon, R. M. Encyclopaedia of Physics, London, 1966.

4. Brackenbridge, J. B. Rosenberg. R. M. Principles of Physics and Chemistry, New York, 1970.

5. Cajori, F. A History of Physics, New York, 1962.

6. Condon, E. U. Odishaw, H., Ed., The Handbook of Physics, New York, 1967.

7. D’Abro, A. The Rise of New Physics : Its Mathematical and Physical Theories, 2 Vols., New York, 1951.

8. Einstein, A. Infeld, L. Evolution of Physics, New York, 1938.

9. Feynman, R. P. Leighton, R. B. Sands, M. The Feynman Lectures on Physics, 3 Vol., Reading. Mass., 1963-65.

10. Gamow, G. Cleveland, J. M. Physics : Foundations and Frontiers, Englewood Cliffs, N. J., 1960.

11. Heisenberg, W. Physics and Philosophy : The Revolution in Modern Science, London, 1959. 12. Heisenberg. W. and others Trans., Goodman, M. Binns, J. W.. On Modern Physics, New York, 1962.

13. Heisenberg. W. Trans. Pomerans, A. J. Physics and Beyond : Encounters and Concersations, London, 1971.

14. Jeans. J. Physics and Philosophy, Ann Arbor, 1965.

15. Kittel, C. and others, Berkeley Physics Course. 5 Vols., New York, 1965-67.

16. Laue, Max von Trans. Gesper, O. History of Physics, New York , 1950.

17. Magie, W. F. Source Book in Physics, New York , 1963.

18. Messel, H. Butler, S. T., Ed., An Introduction to Modern Physics, New York , 1964.

19. Muirhead, H. Physics of Elementary Particles, Oxford, 1968.

20. Park D. A. Contemporary Physics, New York, 1964.

21. Resnick, R. Halliday. D. Physics, 2 Vols., New York , 1966.

22. Richtymer. F. K. Kennard, E. H. Lauritsen, T. Introduction to Modern Physics, Tokyo, 1955. 23. Thewlis, J., Ed., Encyclopaedic Dictionary of Physics, 9 Vols., Oxford, 1962.

24. Weizsacker, C. F. The World View of Physics, Chicago , 1952.

चिपळोणकर, व. त्रिं.

“

आपल्या मित्रपरिवारात शेअर करा..

You Might Also Like

केटर, हेन्री

व्होल्टमापक

बोस, सर जगदीशचंद्र

टाउन्स चार्ल्‌स हार्ड