Historicamente, a afirmação da física como ciência moderna está intimamente ligada ao desenvolvimento da
mecânica, que tem como pilares principais de estudo a
energia mecânica e os momentos
linear e
angular, suas conservações e variações. Desde o fim da
Idade Média havia a necessidade de se entender a mecânica, e os conhecimentos da época, sobretudo
aristotélicos, já não eram mais suficientes.
Galileu centrou seus estudos dos projéteis, dos
pêndulos e nos movimentos dos planetas, e
Isaac Newton elaborou mais tarde os princípios fundamentais da
dinâmica ao publicar
suas leis e a
gravitação universal em seu livro
Principia, que se tornou a obra científica mais influente de todos os tempos. A
termodinâmica, que estuda as causas e os efeitos de mudanças na
temperatura,
pressão e
volume em
escala macroscópica, teve sua origem na invenção das
máquinas térmicas durante o
século XVIII. Seus estudos levaram à generalização do conceito de
energia. A ligação da
eletricidade, que estuda
cargas elétricas, com o
magnetismo, que é os estudo das propriedades relacionadas aos
ímãs, foi percebida apenas no início do século XIX por
Hans Christian Ørsted. As descrições físicas e matemáticas da eletricidade e magnetismo foram unificadas por
James Clerk Maxwell, e a partir de então estas duas áreas, juntamente com a
óptica, passaram a ser tratadas como visões diferentes do mesmo fenômeno físico, o
eletromagnetismo. No início do século XX, a incapacidade da descrição e explicação de certos fenômenos observados, como o
efeito fotoelétrico, levantou a necessidade de abrir novos horizontes para a física.
Albert Einstein publicou a teoria da
relatividade geral em 1915, afirmando a constância da
velocidade da luz e suas consequências até então imagináveis. A teoria da relatividade de Einstein leva a um dos princípios de conservação mais importantes da física, a relação entre
massa e
energia, expressa pela famosa equação
E=mc². A relatividade geral também unifica os conceitos de espaço e tempo: a
gravidade é apenas uma consequência da deformação do
espaço-tempo causado pela presença de massa.
Max Planck, ao estudar a
radiação de corpo negro, foi forçado a concluir que a
energia está dividida em "pacotes", conhecidos como
quanta. Einstein demonstrou fisicamente as ideias de Planck, fixando as primeiras raízes da
mecânica quântica. O desenvolvimento da
teoria quântica de campos trouxe uma nova visão da mecânica das
forças fundamentais. O surgimento da
eletro e
cromodinâmica quântica e a posterior unificação do eletromagnetismo com a
força fraca a altas energias são a base do
modelo padrão, a principal teoria de partículas subatômicas e capaz de descrever a maioria dos fenômenos da escala microscópica que afetam as principais áreas da física.
A física é uma ciência significativa e influente e suas evoluções são frequentemente traduzidas no desenvolvimento de novas tecnologias. O avanço nos conhecimentos em
eletromagnetismo permitiu o desenvolvimento de tecnologias que certamente influenciam o cotidiano da sociedade moderna: o domínio da
energia elétrica permitiu o desenvolvimento e construção dos aparelhos elétricos; o domínio sobre as
radiações eletromagnéticas e o controle refinado das
correntes elétricas permitiu o surgimento da
eletrônica e o consequente desenvolvimento das
telecomunicações globais e da
informática, que são indissociáveis da definição de sociedade civilizada contemporânea. O desenvolvimento dos conhecimentos em
termodinâmica permitiu que o
transporte deixasse de ser dependente da força animal ou humana graças ao advento dos
motores térmicos, que também impulsionou toda uma
Revolução Industrial. Nada disso seria possível, entretanto, sem o desenvolvimento da
mecânica, que tem suas raízes ligadas ao próprio desenvolvimento da física. Porém, como qualquer outra ciência, a física não é estática. Físicos ainda trabalham para conseguir resolver problemas de ordem teórica, como a catástrofe do vácuo,
gravitação quântica,
termodinâmica de buracos negros, dimensões suplementares,
flecha do tempo,
inflação cósmica e o
mecanismo de Higgs, que prevê a existência do
bóson de Higgs, a única partícula ainda não descoberta do modelo padrão que explicaria a massa das partículas subatômicas. Ainda existem fenômenos observados empiricamente e experimentalmente que ainda carecem de explicações científicas, como a possível existência da
matéria escura,
raios cósmicos com energias teoricamente muito altas e até mesmo observações cotidianas como a
turbulência. Para tal, equipamentos sofisticadíssimos foram construídos, como o
Large Hadron Collider, o maior
acelerador de partículas já construído do mundo, situado na
Organização Europeia para a Investigação Nuclear (CERN).