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到19世纪末，经典力学、经典热力学、统计物理学和经典电动力学分别明晰而深刻地描述了机械运动、分子热运动和电磁运动。其中，最为成功的是经典力学，它运用微积分建立了一系列严格的因果关系，科学家曾利用行星轨道的偏差和万有引力定律准确预言了海王星和冥王星的存在。拉普拉斯曾宣称，只要知道初始条件和力的变化规律就可以完全确定粒子的运动轨迹。经典物理学家进一步设想，物质由刚性微粒组成，运用统计方法和经典力学将研究 领域拓展到热学领域。拉法弟、麦克斯韦则用非经典粒子形态的波或场将电、磁和光统一为同一的电磁现象，创立了经典电动力学。
20世纪初，物理学发生了三次革命，深刻地改变了人们对物理世界的理解。这三次革命的标志和成果，就是狭义相对论(1905年)、广义相对论(1916年)和量子力学(1925年)。在此基础上，后来又产生了量子场论。
现代物质科学在经典物理学的基础上取得了四大突破：
①狭义相对论和广义相对论突破了经典力学的绝对时空观，揭示了时间、间、物质和运动的内在联系，建立了相对性的引力理论；
②量子力学突破了经典物理学对物理世界的直观描述方式和拉普拉斯决定论，运用抽象的概率幅函数揭示了微观世界的统计性规律；
③量子场论突破了经典物理学中粒子和场(波)的对立，将物质的基本层次、基本力
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