到達夸克和輕子

由于粒子加速器的發展，質子及中子的同類新粒子陸續被發現，這些粒子被命名為“強子”，數量超過100個，但若把這些強子依其性質加以分類，便可發現其中具有某種規律性。為此，蓋耳曼和茨威格在1964年分別提出了強子是由更基本的粒子“夸克”所組成的理論。導入夸克之后，質子和中子的諸多性質及反應都能獲得圓滿解釋，質子之中有夸克存在于1969年獲得證實。

目前，我們已經確認了有上下夸克等6種夸克及電子等6種輕子存在，這些夸克和輕子被認為是物質的最基本構成單位。同時通過對基本粒子的研究，也了解到自然界中的“弱力”、“強力”、“電磁力”、“重力”是物質之間最基本的四種作用力。

對基本粒子和宇宙起源的共同研究發現，四種力在超高能量狀態有可能結合成一種力。根據大爆炸理論，初生宇宙便是處于這種超高能量狀態。大爆炸之后隨著宇宙溫度的下降，首先是重力、隨后是強力、電磁力和弱力各自分離產生。

統一電磁力和弱力的“電弱理論”已經完成，科學家正在研究加上強力的“大統一理論”以及再加上重力的“超統一理論”。

1994年，惟一未被確認的“頂夸克”被美國費米國立加速器實驗室找到了。近年來，加速器及實驗設施的不斷改良所引發的物理學新聞不絕于耳。例如1997年，根據日本“超級神岡”的觀測結果顯示，中微子可能具有質量等。歐洲核子研究中心正在建造的名為大型強子對撞機的加速器，預定于21世紀初葉啟動，希望能為我們解開基本粒子質量及反物質的謎題。

向宇宙之謎挑戰

夜空中閃耀的群星，看上去像是環繞著地球。公元2世紀古希臘的托勒密建立了一個眾天體以太陽為首環繞地球的體系——“天動說”，它在很長的一段時間里受到支持，產生了非常重大的影響。

從天動說到地動說

邁入16世紀之后，波蘭的哥白尼提出“地動說”，主張眾天體以太陽為中心公轉。比起天動說，地動說更能簡潔地解釋天體的運行，但因當時天動說是絕對權威，所以地動說并未得到重視。

丹麥人第谷的天體觀測資料使得他的德國助手開普勒得以在17世紀初葉建立了有關行星運動的“開普勒定律”。和開普勒同一時期的意大利人伽利略率先將望遠鏡運用于天體觀測，并因而發現了木星的4大衛星和太陽黑子等。伽利略通過天文觀測支持了哥白尼的地動說。

17世紀后半葉，英國牛頓建立了“萬有引力定律”，根據萬有引力定律能夠正確計算行星的運動。牛頓的老友哈雷之所以能預言哈雷彗星的出現，也是從萬有引力定律得出的成果。此外，在19世紀，科學家還根據天王星軌道的偏差計算出海王星的位置，從而發現了海王星。