Au début du XXe siècle les transformations sont profondes : on apporte des preuves de l'existence de l'atome et on découvre son noyau, ainsi que l'importance du vide de matière dans l'atome (le volume des particules constituant l'atome, c'est à dire le noyau et les électrons, est extrêmement petit par rapport au volume de l'atome). Albert Einstein élabore la théorie de la Relativité restreinte (qui bouleverse notre conception du temps, de l'espace, de la matière et de l'énergie→ E=mc2 ) puis la relativité générale (théorie sur l'attraction gravitationnelle et la géométrie de l'espace-temps, cette théorie permet de se représenter des histoires possibles pour l'Univers et de lui donner un âge en s'appuyant sur des observations astronomiques). Einstein confirme l'aspect corpusculaire de la lumière (le photon), les physiciens estiment que la lumière n'est pas de la matière et n'a pas de masse. L'Univers est mieux compris : le prêtre catholique Georges Lemaître, en utilisant la relativité générale, montre que l'expansion de l'Univers est théoriquement possible, Edwin Hubble découvre que l'univers s'étend au delà de notre voie lactée où existe d'autres galaxies et que les galaxies s'éloignent les unes des autres (Loi de Hubble v=Hxd).
L'étude des particules de l'atome conduit à la physique quantique : Louis De Broglie montre l'aspect ondulatoire de certaines particules, en effet des phénomènes d'interférences et diffraction de particules matérielles existent, en 1926 Erwin Schrödinger donne son équation (HѰ = iℏ ∂Ѱ/∂t), la physique quantique bouleverse notre conception du monde microscopique, par exemple on abandonnera la notion de trajectoire pour des particules assez petites (exemple→étude de l'électron de l'atome d'hydrogène).
XXe siècle et XXIe siècle : après ses débuts, la physique quantique va évoluer : on montrera que, dans certaines conditions, il peut exister un lien instantané entre plusieurs particules assez petites et éloignées, ces particules se comportant alors comme un objet unique (intrication), ou encore on montrera que dans certaines situations une particule assez petite peut se situer à plusieurs endroits en même temps (simultanément : bilocation par exemple). Ces phénomènes quantiques ne sont pas analogues aux phénomènes classiques ou "habituels" et bouleversent notre conception du monde. La physique quantique évoluera en une théorie fondamentale incluant la relativité restreinte et deviendra la physique quantique des champs. La physique quantique des champs décrit notamment les chocs ou interactions des particules fondamentales (par exemple dans les noyaux des atomes, dans les grands accélérateurs→CERN), cette théorie qui utilise différents champs emplissant l'espace (dont des champs quantiques), est aussi utile pour comprendre l'histoire de l'Univers a ses débuts (lorsque la densité d'énergie peut être très élevée).
Une difficulté, encore non résolue actuellement, même si des progrès importants ont été réalisés, est de concilier relativité générale et physique quantique, notamment pour étudier des domaines physiques très petits et très denses en énergie comme les trous noirs ou l'Univers à ses premiers instants (théorie quantique de la gravité→ théorie des cordes, théorie des boucles, gravité entropique, ... ).
Notes. Ce n'est plus de l'histoire des sciences mais il faut souligner ici que les découvertes scientifiques et techniques, comme vous le savez probablement, n'ont pas toujours été utilisées pour la paix et l'amélioration des conditions de vie, le XXe siècle et ses nombreuses découvertes technologiques est un exemple de période emplie de conflits et violences. Il faut noter que la vie de nombreux scientifiques a été bouleversée par des conflits, par exemple certains scientifiques ont dû fuir leur pays de naissance.
Quelques questions fondamentales sur le vivant et les sciences (questions difficiles pour ceux qui sont motivés par l'investigation et la recherche) :→ Questions sur le vivant
