波粒二象性

物质和光同时具有波和粒子的特性。量子力学的结果表明，根据具体的实验，波表现出类似粒子的性质，而粒子表现出类似波的性质。因此，量子物理学能够根据波动方程来描述物质和能量，波动方程与粒子在特定时间存在于特定地点的概率有关。

爱因斯坦的相对论

爱因斯坦的相对论是基于这样一个原理，即所有观察者的物理定律都是相同的，无论他们位于何处，移动或加速的速度有多快。这一看似常识的原理以狭义相对论的形式预测了局部效应，并将引力定义为广义相对论形式的几何现象。

量子概率&测量问题

量子物理学是由薛定谔方程在数学上定义的，该方程描述了粒子在某一点被发现的概率。这种可能性是系统的基础，而不仅仅是无知的结果。然而，一旦进行了测量，就有了明确的结果。

测量的问题在于，该理论不能完全解释测量行为是如何导致这种变化的。解决这一问题的尝试产生了一些有趣的理论。

海森堡测不准原理

物理学家沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）提出了海森堡测不准原理，该原理指出，当测量量子系统的物理状态时，可以达到的精度有一个基本的极限。

例如，对粒子动量的测量越精确，对其位置的测量就越不精确。同样，在海森堡的解释中，这不仅仅是测量误差或技术限制，而是实际的物理限制。

量子纠缠与非定域性

在量子理论中，某些物理系统可能变得“纠缠”，这意味着它们的状态与其他地方另一个物体的状态直接相关。当一个物体被测量时，薛定谔波函数坍缩为单一状态，另一个物体坍缩为其相应的状态。。。无论对象有多远（即非局部性）。

爱因斯坦称这种量子纠缠为“远处的幽灵行为”，并用他的EPR悖论阐明了这一概念。

统一场论

统一场论是一种试图调和量子物理学和爱因斯坦广义相对论的理论。

有几个具体的理论属于统一场论的范畴，包括量子引力、弦理论/超弦理论/M理论和环量子引力

大爆炸

当阿尔伯特·爱因斯坦提出广义相对论时，它预言了宇宙可能的膨胀。Georges Lemaitre认为这表明宇宙起源于一个点。“大爆炸”这个名字是弗雷德·霍伊尔在一次广播中嘲笑这个理论时给的。

1929年，埃德温·哈勃（Edwin Hubble）在遥远的星系中发现了一个红移，表明它们正在远离地球。1965年发现的宇宙背景微波辐射支持了勒迈特的理论。

暗物质与暗能量

在天文距离上，物理学唯一重要的基本力是重力。天文学家发现他们的计算；不过，观察结果并不完全一致。

一种被称为暗物质的未被发现的物质形式被理论化来解决这个问题。最近的证据支持暗物质。

其他的研究表明，也可能存在暗能量。

目前的估计是宇宙有70%的暗能量，25%的暗物质，只有5%的宇宙是可见物质或能量。

量子意识

在试图解决量子物理学中的测量问题时（见上文），物理学家经常遇到意识问题。尽管大多数物理学家试图回避这个问题，但似乎有意识地选择实验与实验结果之间存在着联系。

一些物理学家，尤其是罗杰·彭罗斯（Roger Penrose），认为当前的物理学无法解释意识，意识本身与奇怪的量子领域有联系。

人择原理

最近的证据表明，如果宇宙只是略有不同，它就不会存在足够长的时间，任何生命都无法发展。基于偶然性，我们存在于宇宙中的几率非常小。

有争议的人择原理指出，宇宙的存在只能使碳基生命得以产生。

人择原理虽然有趣，但与其说是物理理论，不如说是哲学理论。尽管如此，人择原理还是带来了一个有趣的智力难题。