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电磁学革新与相对论萌芽19世纪，电磁学蓬勃发展，麦克斯韦方程组统一电、磁、光现象，预言电磁波存在，赫兹随后用实验证实。
电磁波的发现拓宽人类对宇宙信息传递的认知，人们意识到光也是电磁波，借光谱分析可探测天体物质成分、温度及运动状态，开启天体物理研究新纪元。
但经典力学在高速、强引力场情境下逐渐显露弊端。
迈克尔逊-莫雷实验否定“以太”
存在，动摇经典时空观根基；水星近日点进动异常难题，经典力学亦无法合理解释。
在此背景下，爱因斯坦于1905年提出狭义相对论，革新时间与空间概念，指出时间和空间相互关联，构成四维时空连续体，且运动时钟变慢、运动尺子缩短，高速运动物体遵循洛伦兹变换而非伽利略变换。
1915年，爱因斯坦再攀高峰，创立广义相对论，将引力诠释为时空弯曲。
质量巨大物体如恒星使周边时空凹陷，行星沿弯曲时空轨迹运动，等效于受引力作用。
该理论成功解释水星近日点进动谜题，预言光线引力弯曲、引力波等现象，彻底颠覆传统引力观念，为宇宙学研究提供全新视角与强大工具。
量子力学：微观宇宙的神秘法则当科学家聚焦宇宙宏观结构与运动时，微观世界的奇异现象引发关注。
黑体辐射、光电效应等难题，经典物理束手无策。
普朗克大胆假设能量量子化，开启量子力学大门；爱因斯坦提出光子假说，完美解释光电效应，进一步夯实量子理论基础。
随后，玻尔构建氢原子量子模型，薛定谔给出薛定谔方程描述微观粒子运动状态，海森堡提出不确定性原理——微观粒子位置与动量不能同时精准确定，展现微观世界的概率性、不确定性本质。
量子力学与相对论构成现代物理学两大支柱，但二者难以统一，成为物理学界悬而未决的难题。
现代宇宙学：大爆炸理论主导20世纪20年代起，现代宇宙学蓬勃兴起，哈勃定律成为关键转折点。
哈勃通过观测星系红移现象，发现星系退行速度与距离成正比，意味着宇宙处于膨胀状态。
这一发现催生大爆炸理论，设想宇宙源于奇点爆炸，初始温度极高、密度极大，物质与能量随之喷发，宇宙在膨胀中逐渐降温、演化，形成如今多样结构。
大爆炸理论有宇宙微波背景辐射、元素丰度等坚实证据支撑。
宇宙微波背景辐射均匀分布于宇宙空间，温度约2725k，是早期高温高密度宇宙的“余晖”
；元素丰度计算表明，宇宙诞生初期经核合成形成氢、氦等轻元素，比例与观测结果吻合。
随着观测技术升级，科学家借威尔金森微波各向异性探测器（wap）、普朗克卫星精准绘制宇宙微波背景辐射图谱，进一步验证大爆炸理论，细化宇宙演化模型。
暗物质与暗能量：笼罩宇宙的谜题尽管大爆炸理论成果斐然，但宇宙深处仍潜藏诸多未解之谜，暗物质与暗能量首当其冲。
科学家通过观测星系旋转曲线发现，星系边缘恒星旋转速度远超预期，依经典力学，星系应分崩离析，推测存在大量不可见“暗物质”
提供额外引力。
暗物质不参与电磁相互作用，无法用光学手段观测，却占据宇宙物质总量约26。
另一棘手难题是暗能量。
上世纪90年代，超新星观测显示宇宙膨胀加速，违背万有引力定律预期，引入“暗能量”
概念加以解释。
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