60年代以来，脉冲星的发现、黑洞的探索、河外星系的红移、大爆炸宇宙理论的提出，都表明了广义相对论是指导人们认识世界的有力武器。
但是，爱因斯坦当年预言的引力波，至今还没有找到，相对论是否真正是引力之谜的谜底还有待科学的验证。可以肯定的是，广义相对论把人们对引力的认识大大提高了一步。
爱因斯坦的预言
当科学界还在努力理解狭义相对论和广义相对论时，爱因斯坦已经对这两种理论感到不满意了。虽然狭义相对论把经典力学与电磁理论从基础上统一起来了，广义相对论又进一步把相对性原理从惯性系扩大到非惯性系，但是引力和电磁两大相互作用却没有统一起来，而爱因斯坦追求的目标是世界的统一性。
爱因斯坦又向新的更高目标攀登了。在完成广义相对论之后，他立即着手建立统一场论，试图把引力场与电磁场统一起来。他把建立统一场论看作是发展相对论的第三阶段。
爱因斯坦从1923年开始到1955年去世，把后半生的主要精力都投入到建立统一场论的工作中，但是最终没有成功。
不是统一场论的大方向错了，也不是爱因斯坦的个人智慧不够，而是客观历史条件还不具备，还缺乏经验和事实作为向导。
狭义相对论的建立依据了两个基本事实，即相对性原理和光速不变原理，广义相对论有惯性质量和引力质量相等的基本事实为依据。统一场论却没有事实作根据，爱因斯坦只能作一些数学上的简单努力，因而失败了。
当爱因斯坦孤独一人、埋头于统一场论研究的时候，从他身边奔驰而过的是量子物理学、原子物理学、固体物理学的时代洪流。许多科学家对爱因斯坦脱离了物理学的发展主流深感惋惜，但爱因斯坦却始终坚持对统一场论的研究是有意义的。他在晚年时对他的老朋友索洛文说：“我完成不了这项工作了，它将被遗忘，但是将来会被重新发现。”
历史正像爱因斯坦所预言的那样。
人们后来发现，宇宙中不只有电磁相互作用和引力场相互作用，还有强相互作用和弱相互作用。1961年到1968年，物理学家格拉肖、温伯格和萨拉姆提出了弱相互作用和电磁相互作用的统一模型，并得到了实验的验证，他们因此获得了1979年诺贝尔物理奖。
四种相互作用的大统一研究，今天重新成为理论物理研究的前沿课题之一，人们正在朝着大统一的目标不懈地努力。
发现原子核
原子是由电子和原子核组成的，原子核又是由质子和中子组成的，利用原子核能还可以发电。这在今天已是中学生们都知道的常识了。可是过去，在很长很长的时间中，人们并不知道这一点，人们一直以为，原子是组成物质的最小的不可分的微粒。
原子的概念最早是由2500多年以前古希腊哲学家留基伯和他的学生德谟克利特提出来的。他们认为宇宙万物都是由看不见的，不可再分的微粒组成的，这种微粒就叫原子。在古希腊文中，原子一词的原意就是不可分的。当然，那时谁也没有看到而且也无法证明原子是存在的，原子只不过是先哲们头脑思辨的产物。
是英国化学家道尔顿第一个把原子论建立在了科学的基础上的。1808年，道尔顿提出，物质是由不可分割的最小微粒——原子组成，同一种元素是由同一种原子组成，而化合物则是由不同原子按不同比例组成的。无数的化学反应都证明了他的原子学说：不管化学反应怎样千变万化，原子始终是不变的，不同原子组合在一起，组成了千千万万不同的化合物。
从此，人们对原子学说深信不疑，原子是组成物质的最小微粒在几乎整整一个世纪的时间中，都被科学家们当做是无可怀疑的真理。
那么，人们是怎样发现原子是可分的，是由更小的粒子组成的呢？又是怎样把隐藏在原子核内的巨大能量释放出来的呢？
打开通往基本粒子物理学的大门
19世纪，随着电磁学的兴起，人们对电发生了浓厚的兴趣。电的本质是什么？要是能把电流从导线中取出来看一看就好了。
人们发现，当电路断开，中间有一个小空隙时，电流依然可以通过，并打出电火花，发出劈啪声。不过亮光和声音本身并不是电，那是电流与空气作用的结果。要想真正探测到电，应该让电流通过一个真正空无一物，连空气也没有的间隙。1836年，法拉第曾做过真空放电管的实验，可惜他的放电管真空度不高。
1855年，德国波恩大学的仪器工人盖斯勒利用托里拆利原理制成了一种水银真空泵，用它可以把玻璃管抽到接近真空的程度，这样，世界上第一个真空度比较高的低压放电管诞生了。当在它的两端加上足够电压时，电流就可以跳过真空了。这种管子叫做盖斯勒管。
德国物理学家普吕克尔在用盖斯勒管做实验时，发现了一个奇怪的现象，当让电流通过低压气体放电管时，对着阴极的那一端管壁出现了绿色荧光。物理学家德斯坦认为，产生荧光的原因是某种射线从阴极发出，打在了对面的管子上，他给这种射线起名为阴极射线。
神秘的阴极射线顿时成了科学家们研究的热点。有的物理学家发现，把物体放在阴极射线经过的途径中，管壁上会出现这个物体的阴影，这表明阴极射线像光一样，是直线传播的。因此，他们提出阴极射线是一种类似光的电磁波。
还有的物理学家发现，当在放电管旁边放上一块磁铁时，阴极射线会随着磁体偏转。更有趣的是，让阴极射线打在一个小风车的叶轮上，小风车就会旋转起来，因此，他们认为阴极射线是一种带电粒子。
科学家们为此争论不休。1897年英国物理学家约瑟夫·汤姆孙以发现电子结束了这场旷日持久的争论。
汤姆孙28岁就成为英国皇家学会的会员，并担任了世界著名的卡文迪什实验室的主任。他原来主要是研究电磁理论，神秘的阴极射线把这位杰出的科学家也吸引到了研究低压放电现象的行列中来了。
为解开阴极射线之谜，汤姆孙设计了许多巧妙的实验，他测出了阴极射线的传播速度远远小于光速，显然，阴极射线不是电磁波。汤姆孙用磁场把阴极射线引到了一种可以测电荷的接收器中，证明阴极射线是一种带负电荷的粒子流。更重要的是，他测出了这种带负电荷的粒子的荷质比（电荷与质量之比），氢离子的质量和所带电荷是已知的，通过与氢离子的荷质比相比，汤姆孙确定这种粒子的质量还不到氢离子质量的千分之一（后来精确测定为1/1837）。也就是说，它是一种比最小的原子——氢原子还要小得多的粒子。
汤姆孙把各种不同气体充入管内，以不同的金属材料做阴极，所测出的阴极射线粒子的荷质比都一样，这就表明这种粒子是所有物质的共有组成部分。
1897年4月30日，汤姆孙在英国皇家研究院报告了他的研究成果，他断定在物质内部有比原子小得多的带电粒子存在，并且认为它就是法拉第当年曾暗示过的电的单元。后来人们把阴极射线粒子改称为电子（电子一词是1891年爱尔兰物理学家斯托尼提出用来表示电荷最小单位的）。
电子被发现了，它不仅向人们揭示了电的物质本质，而且宣告，原子不再是组成物质的最小粒子。
其实，在汤姆孙之前，英国的舒斯特和德国的考夫曼也都测出过阴极射线的荷质比，甚至比汤姆孙测得还要准，但是他们不敢相信世界上会存在比原子小得多的粒子，因而错过了发现电子的良机。汤姆孙冲破了传统观念的束缚，勇敢地迈出了这一步，终于成为“一位最先打开通往基本粒子物理学大门的伟人”。
1906年，汤姆孙因在气体导电方面的理论和实验研究，获得了诺贝尔物理奖。
拉开20世纪物理学革命的序幕
在汤姆孙发现电子之前，人们对阴极射线的研究还沿着另一个方向前进，由此也引发出一系列重大的发现。
1895年10月，德国物理学家伦琴也在对阴极射线进行研究。他的主要兴趣不是阴极射线本身，而是射线打在管壁上所放出的绿色荧光。
为了更好观察这种荧光，他用硬纸板和锡箔把放电管包起来，并把整个房间弄黑，当他接通电源刚要进行实验时，突然发现放在一米外的小工作台上那个涂有铂氰化钡的荧光屏发出了微弱的荧光。
这一现象使他非常惊奇，一般荧光物质要受到太阳光照射后才会发光，现在屋子中是黑的，会不会是阴极射线的作用呢？他很快否定了这个想法，因为阴极射线顶多只能在空气中行进几个厘米远，况且现在放电管是被包在硬纸板中，阴极射线是透不过去的。
伦琴顾不上吃晚饭，立即进行了更细致的观察和实验。他把荧光屏一步步移远，即使移到了2米远的地方，当接通放电管时，荧光屏也会发光。伦琴断定，这种看不见的射线是一种完全不同于阴极射线的新射线。
此后整整7个星期，伦琴把自己关在实验室中，夜以继日地对这种神秘的射线进行研究。为了不中断实验，甚至吃饭、睡觉都不离开实验室。他初步搞清了这种射线是从阴极射线撞击玻璃壁产生辉光的地方发出来的，它直线传播，穿透能力特别强，不随磁铁偏转。由于这是一种人们尚不知道的新射线，伦琴用X射线来命名它。后人为了纪念伦琴，也称这种射线为伦琴射线。
伦琴还详细地研究了X射线的穿透能力。他发现X射线能容易地穿透纸、木片、铝片等轻质物质，不容易穿透像铅那样的致密物质。射线被吸收的数量与吸收体的厚度和密度大致成正比。由于骨骼的密度比肌肉大，因此用这种射线照射人体时，便留下骨骼的阴影。伦琴用X光拍摄了他夫人的手指骨骼照片，这是历史上的第一张X光片。他还拍摄了放在盒子中的砝码、缠在木柄上的金属线等。
就在这年的圣诞节刚过，伦琴公布了他的新发现，1896年1月，他又向他的朋友们寄出了论文的副本及照片。
整个世界为之轰动了，特别是伦琴拍摄的穿透人的衣服、肌肉的X光片，引起了人们疯狂的好奇心。许多实验室都在重复伦琴的实验，有关X射线的论文大量发表。就在纽约日报报道X射线消息后的第4天，有人便用X射线检查出了受伤者足部的一颗子弹。这一新发现很快便被当作新技术应用到医学诊断上。
伦琴曾说过：“我是偶然发现射线穿过黑纸的。”其实，在伦琴之前，也有好几位科学家偶然发现过这种现象。英国物理学家克鲁克斯在研究低压放电现象时，就发现放在装置附近的照相底片跑光了。他没有想到这是射线作用，而以为是底片的质量有问题，到工厂退货了之，错过了发现X光的机会。伦琴抓住偶然发现的现象，穷追不舍，透过偶然性的层层迷雾，寻找事物的必然性，因而获得了伟大的发现。
伦琴因为发现X射线，1901年，成为世界上第一个获得诺贝尔物理学奖的人。
在X射线被发现后，一系列具有划时代意义的重大发现接踵而至，X射线就像神话中的领路鸟一样，把人们引向了通往微观世界的道路，20世纪物理学革命的序幕被拉开了。
神秘的放射现象
伦琴的发现传到法国后，深深打动了一个人，这个人就是贝克勒尔。他想，既然X射线发生在荧光现象特别强烈的地方，那么是不是有强烈的荧光的物质，都能发出X射线来呢？他决定试一试。
贝克勒尔出生在一个科学世家。他的祖父、父亲都是法国科学院的院士，并以研究荧光物质而闻名，因此，在他的实验室中，收集了许多荧光物质。
贝克勒尔选中了他和他父亲都曾用过的一种铀盐——硫酸铀酰钾，把这种盐放在一个用黑纸包得严严实实的底片上，然后放在太阳底下晒，看底片会不会感光。因为太阳光和荧光都不能穿过黑纸，只有X射线才能穿透黑纸使底片感光。
果然，如他所料，底片显影后上边有铀盐感光造成的灰白色的斑纹，贝克勒尔兴冲冲地向科学院报告了他的发现，可惜，这是一个错误的报告。
贝克勒尔是一个受过严格训练的科学家，他准备继续实验，取得更多的事实，以便再过几天在科学院例会上做正式报告。可是偏偏天公不做美，一连几天都是阴天。他只好扫兴地把铀盐和包着黑纸的照相底片都收到抽屉中，焦急地等待着太阳出来。
天一直阴着，开会的日子就要到了，贝克勒尔等不及了，他想上次照射的荧光总不会完全消失吧，也许会有轻度的曝光，于是他把底片冲洗出来。结果令他大吃一惊，底片比任何一次实验的曝光都要强烈！
贝克勒尔多次重复这个实验，不管铀盐在黑暗中放多久，它们都能使底片感光。他又换用其他荧光物质，结果含钙、含锌的荧光物质都不能使底片感光。
谜底终于揭穿了，使底片感光的原因是铀原子自身作用造成的，铀和铀盐能放出一种不同于X射线的新射线，这就是天然放射性。
贝克勒尔的发现虽然不像X射线的发现那样引起轰动，但也有一些杰出的科学家对此很感兴趣，并继续进行研究，其中有一位就是来自波兰的年轻女科学家玛丽·居里。
玛丽·居里出生在波兰一个中学教师的家庭。她勤奋、聪慧，中学毕业获得金质奖章，掌握了5门外语。由于家境贫寒，玛丽16岁时不得不去当家庭教师。后来她进入了法国有名的索尔本大学（即巴黎大学）学习。她住在冬天水能冻得结冰的亭子间，经常食不果腹。就在这样艰苦的条件下，她以优异的成绩取得了大学文凭。艰苦的环境培养了玛丽吃苦耐劳、坚韧不拔的品格。
