فیزیک، علم شناختن قانون‌های عمومی و کلی حاکم بر رفتار ماده و انرژی است. کوشش‌های پیگیر فیزیکدانان در این راه سبب کشف بسیاری از قانون‌های اساسی، بیان نظریه‌ها و آشنایی با بعضی پدیده‌های طبیعی شده است. هر چند این موفقیت‌ها در برابر حجم ناشناخته‌ها، اندک است، ولی تلاش همه جانبه و پرشتاب دانشمندان، امید بسیار آفریده که انسان می‌تواند رازهای هستی را در‌یابد.
یکی از بزرگترین سوالات بی پاسخ در مدل استاندارد ذرات برای توضیح کیهان و هر آنچه در آن هست، معمای عدم تقارن ماده-پاد ماده میباشد. بر اساس این مدل مقادیر یکسان ماده و پاد ماده که در بیگ بنگ تولید شده بودند می بایست همدیگر را خنثی کرده باشند طوری که به جهانی خالی از هرگونه ذره ای ختم می شد، اما هم اکنون نتایج حاصل از برخورد دهنده هادرونی بزرگ(LHCC) در سرن می تواند بهترین شانس ما برای توضیح پارادوکس وجود ِ ماده باشد
مکانیک کوانتومی و نسبیت عام، کشفیات دو قلوی نوابغ قرن بیستم، توضیحات بسیار قابل توجهی در خصوص نحوه‌ی عملکرد و راهی که جهان براساس آن کار می‌کند ارائه دادند. اما در زوایای مختلف و پنهان دانش، ما یاد گرفتیم که این کشفیات فقط جنبه‌هایی از تصاویر بسیار بزرگتر هستند.
مدت‌ها است که محققان حدس می‌زنند که کریستال زمان وجود دارد؛ فرم عجیبی که دارای ساختار اتمی تکرار شونده در فضا و زمان است. این ویژگی اجزای اتمی کریستال زمان در حرکتی ابدی بدون نیاز به انرژی قرار می‌دهد. حالا به صورت رسمی وجود آن تایید شده است.
یکی از بزرگترین سؤالات بی‌پاسخ کیهان شناسی این است که – چرا اصلاً چیزی وجود دارد؟ به عبارت دیگر، پادماده‌ای که همراه با این همه ماده، ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش به وجود آمد، کجاست؟ اگر بیگ بنگ، به یک اندازه ماده و پادماده در جهان ما گسترانده – چیزی که مدل‌های فعلی‌مان به ما میگویند – پس چرا در جهان ِ امروز فقط ماده باقی مانده است؟ چرا جهان امروز سرزمینی مملوء از انرژی – که از خنثی شدن ماده و پادماده متولد می شود – نیست؟
در خلاء کوانتومی، هیچ کس نمی‌تواند فریاد شما را بشنود. بر اساس مکانیک کوانتومی، خلاء اصلا خالی نیست. در واقع خلاء با ذرات و انرژی کوانتومی پر شده است که در برای لحظه‌ای زودگذر، در داخل و خارج از هستی چشمک می‌زنند- سیگنال‌های عجیبی که نواسانات کوانتومی نامیده می‌شود.
اگر نظریه های علمی موفق را به عنوان درمان‌هایی برای مشکلات سرسخت درنظر بگیریم، فیزیک کوانتوم را می‌توان داروی شگفت انگیز قرن بیستم نامید. کوانتوم با موفقیت پدیده‌هایی چون تابش رادیواکتیو و پاد ماده را توضیح داد و هیچ نگره دیگری نمی‌تواند در مورد اینکه چطور نور و ذرات در مقیاس های کوچک رفتار می کنند با توضیح آن رقابت کند.
یک محقق آزمایش ساده‌ای را پیشنهاد داده است که با استفاده از آن می‌توان اثرات گرانش کوانتومی از جمله “کف کوانتومی” را که تنها در مقیاس‌های طولی بسیار کوچک از مرتبه طول پلانک خودشان را نشان می‌دهند مورد بررسی و مشاهده قرار داد.
دانشمندان راه حل جدیدی برای رازی پیشنهاد داده‌اند که دهه ها ذهن شان را درگیر ساخته است. عامل برخی رویدادهای خشن و سریع ِ کیهانی نظیر شراره های خورشیدی، انفجارهای پرتو گاما و نورهای شفق قطبی چیست؟
سوال مهمی پیش می آید. شعله‌های خورشیدی باعث اختلالات ارتباطی در کره زمین می شوند و انفجارهای پرتو گاما می توانند بدون هیچ هشداری موجبات نابودی ما را فراهم آورند. و اکنون بنا به گفته دانشمندان، سرانجام پاسخی پیدا شده است. ما می دانیم که کلیه پدیده های پُر انرژی به پاس رویدادی به نام “اتصال مجدد مغناطیسی” اتفاق می افتند. زمانی شاهد این رویداد هستیم که خطوط میدان مغناطیسی گرد هم آمده، از همدیگر گسیخته و بطرز قابل انفجاری به یکدیگر می پیوندند.
در اوایل قرن هجدهم، گفته می‌شد که برق آسمان خاصیت مغناطیسی عقربه‌های قطب‌نما را تغییر می‌دهد و کاردکها و چنگالها را آهن‌ربا می‌کند. بعضی از پژوهشگران معتقد بودند که توانسته‌اند سوزنهای فولادی را، با تخلیه الکتریکی بطری لیدن در آنها، به حالت مغناطیسی در آورند. این گزارشها دلالت بر آن داشت که الکتریسیته و مغناطیس به طریقی رابطه‌ای نزدیک با هم دارند. اما این مشاهدات اتفاقی یا آزمایشهای عمدی و از پیش طراحی شده که ممکن بود منجر به مفاهیم و تئوریهای مفید شوند، دنبال نشد.
گرانش، نیروی مرموزی است كه هرچند نظریه نسبیت عام اینشتین، آن‌را به خوبی توصیف می‌كند؛ اما منشا آن كماكان ناشناخته است. آیا می‌توان جهت‌گیری آرایش اطلاعات اجسام مادی را در فضا عامل گرانش دانست؟
پژوهش برای بررسی تغییر مقاومت الكتریكی اجسام در دماهای پائین برای نخستین بار توسط دانشمند اسكاتلندی جیمز دئِور در اواسط قرن نوزدهم آغاز شد. در سال 1864، دو دانشمند لهستانی به نامهای زیگموند روبلوفسكی و كارل اولزفسكی كه روشی برای برای مایع ساختن اكسیژن و نیتروژن، یافته بودند، به بررسی خواص فیزیكی عناصر و ازجمله مقاومت الكتریكی در دماهای خیلی كم ادامه دادند و پیش‌بینی نمودند مقاومت الكتریكی در دماهای كم به شدت كاهش می‌یابد. روبلوفسكی و اولزفسكی نتایج فعالیت خود را در سال 1880 منتشر ساختند. بعد از آن دِئور و فلمینگ نیز پیش‌بینی خود را مبنی بر الكترومغناطیس شدن كامل فلزات خالص در دمای صفر مطلق بیان داشتند. البته دئور بعدها تئوری خود را اصلاح و اعلام داشت مقاومت اینگونه فلزات در دمای مورد اشاره به صفر نمی‌رسد اما مقدار بسیار كمی خواهد بود. والتر نرست نیز با بیان قانون سوم ترمودینامیك بیان داشت كه صفر مطلق دست‌نیافتنی است. كارل لیند و ویلیام همپسون آلمانی در همین زمانها روش خنك‌سازی و مایع ساختن گازها با افزایش فشار را به ثبت رساندند.