ХХ век начался с фундаментальных открытий в физике. К концу XIX века в физике сложилась ситуация, когда казалось, что до полного и окончательного познания Природы остался один шаг: были открыты законы классической механики и классической термодинамики, построено величественное здание классической электродинамики. Этот век принес в науку так много открытий, что подавляющее большинство ученых считало основные законы Природы окончательно установленными, а сущность большинства физических явлений – ясной и понятной. Казалось, еще один шаг – и физика станет предметом истории.

Но в начале ХХ века появилась новая наука – квантовая механика, создавшая концепцию корпускулярно-волнового дуализма: свет не обладает только волновыми или только корпускулярными свойствами. Природа электромагнитного излучения такова, что оно обладает и корпускулярными, и волновыми свойствами одновременно. Появилась новая физика – физика микромира. Открытие квантовой механики позволило создать уникальные технологии в области лазерной техники, полупроводников, атомной энергетики и многое другое.

С развитием науки появились другие факты, которые не укладывались в рамки классической механики. Одним из таких фактов стало экспериментально обнаруженное постоянство скорости света. Было установлено, что независимо от скорости движения источников и приемников света скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета. Это наблюдение не могло быть объяснено в рамках классической механики, так как в соответствии с законом сложения скоростей Галилея скорость света в различных системах отсчета должна быть разной. Принцип постоянства скорости света, а также новый принцип относительности, согласно которому не только законы механики, но и вообще все законы Природы одинаковы во всех инерциальных системах отсчета, легли в основу новой теории -специальной теории относительности – созданной в 1905 г. Альбертом Эйнштейном (1879 -1955). В рамках специальной теории относительности подверглись радикальному пересмотру ньютоновские представления о пространстве и времени. Этот пересмотр привел к созданию “физики больших скоростей” – релятивистской физики. При этом важно понимать, что релятивистская механика не отметает начисто законы механики классической, а является более полной теорией, которая имеет более широкие границы применимости (применима при высоких скоростях движения, близких к скорости света) и содержит в себе классическую теорию Ньютона в качестве своего предельного случая, случая малых по сравнению со скоростью света скоростей движения тел. В 1915 г. Эйнштейн выдвинул еще одну теорию, названную общей теорией относительности, которая обобщила основные результаты специальной теории относительности на случай неинерциальных систем отсчета и систем отсчета, которые находятся в поле сил тяготения. Открытия Эйнштейна привели к колоссальному прогрессу в изучении нашей Вселенной.

Следует напомнить, что прогресс физической науки был бы невозможен без использования современной математики. Действительно, физику можно достаточно строго разделить на теоретическую (дающую предсказания) и экспериментальную (проверяющую эти предсказания). Долгое время физический эксперимент был единственным критерием правильности физической теории. Но для многих современных физических теорий постановка эксперимента стала невозможной (например, в теории Вселенной), поэтому правильность таких теорий может быть подтверждена только непротиворечивостью используемой математики. Таким образом, у математики (долгое время «обслуживающей» теоретическую физику) появился свой собственный критерий правильности – абстрактная («чистая») математика. В этой связи, позиции теоретической физики и математики (которую иногда называют теоретической математикой) чрезвычайно сблизились и даже часто эти названия воспринимаются как синонимы. В настоящее время математика стремится придать физическим теориям, страдающим недостатком математической строгости, необходимую им непротиворечивость, восполняя, таким образом, отсутствующий экспериментальный критерий правильности.