Физика, как наука о природе, развивается фактически несколько сотен лет. Но за последнее столетие произошёл качественный скачок в её развитии. Достижения теоретической и экспериментальной физики находят множество применений во всех прикладных областях, меняя жизнь людей. Как дальше будет развиваться физика, и как она будет влиять на изменение окружающего мира и общества трудно предугадать – это покажет время.
В последнее время в физике развиваются все её разделы и подразделы, появляются более частные ответвления. В физике много частных и фундаментальных проблем, которые порой сложным образом переплетаются. Часть из них решена, другая часть ожидает решения. Современные проблемы физики проклассифицировал академик В. Л. Гинзбург в серии своих статей в УФН.
Для растущих потребностей человечества в энергии необходимо использовать энергию звёзд, которую можно получить с помощью управляемого термоядерного синтеза (УТС). Из-за физических и технических проблем, а также из-за политических и экономических проблем термоядерная энергетика развивается очень медленно. Международный термоядерный реактор ITER – прообраз термоядерного реактора будущего – строится на юге Франции около исследовательского центра Кадараш. Его строительство продолжается в течение многих лет, но с большим торможением. На сегодняшний момент ITER считается наиболее сложным техническим сооружением в истории человечества. Общее количество деталей реактора – более 10 млн. На данный момент УТС является основным экологически чистым перспективным источником энергии. Но в будущем могут быть открыты и другие источники энергии.
Теоретики и экспериментаторы давно пытаются получить высокотемпературную, и особенно комнатнотемпературную, сверхпроводимость. И они добились немалых успехов в этом, но повысить температуру до желаемого значения пока не получается.
В 2017 г. при очень низкой температуре и гигантском давлении был получен металлический водород, над получением которого долго трудились. Он является очень хорошим проводником электричества. Предполагается, что металлический водород существует в слое под атмосферой Юпитера, а электрические токи в нём создают большое магнитное поле планеты. Полученный металлический водород оказался не стабильным, поэтому использовать его в практических целях пока не получается. Исследования в этой области продолжаются.
Физика твердого тела является развивающейся наукой, имеющей большое практическое применение. Благодаря ей развивается современная электроника и всё что с ней связано. Это компьютерные, космические и многие другие технологии.
Интенсивно ведутся исследования в области получения веществ с новыми свойствами – это различные сплавы, жидкие кристаллы, фуллерены, нанотрубки и многие другие. Вещества с новыми свойствами уже меняют и ещё сильно изменят все технические устройства и быт людей.
Изучение поведения вещества в сверхсильных магнитных полях актуально для понимания процессов в нейтронных звёздах. Но такие поля на Земле в лаборатории ещё не достигнуты, кроме некоторых отдельных ситуаций.
Возможности вычислительной техники способствовали развитию нелинейной физики, были изучены свойства солитонов, хаоса, странных аттракторов, турбулентности. Результаты этих исследований находят и ещё найдут массу применений.
Сверхмощные лазеры, рентгеновские и гамма-лазеры имеют сложности для разработки, но учёные работают над преодолением этих сложностей.
Ядерщики работают над созданием далёких трансурановых (трансфермиевых) элементов, попадающих в остров устойчивости по оболочечным эффектам. Это остров с «магическими» числами нейтронов (например, 184) и протонов (например, 114). Такие сверхтяжёлые элементы могут быть очень устойчивыми – существовать продолжительное время. Они получаются путём столкновения определённых ядер элементов.
В микрофизике существует большой ряд проблем: проблема кварк-глюонной плазмы; неполнота стандартной модели элементарных частиц, что требует создания новой теории; создание теорий объединения разных взаимодействий; поиск «новой» физики, новых частиц и проблема фундаментальной длины; суперструны; единая теория поля. Работа над этими проблемами качественно поменяет будущую физику, и будущие возможные применения качественно изменят жизнь людей.
В астрофизике есть много интересных и философски важных объектов и проблем. Например, черные дыры, квазары, тёмная материя и тёмная энергия, космологическая проблема – проблема начала и конца Вселенной.
С чёрными дырами связано много загадок. Что находится в центре сингулярности? Что происходит с материей, перешедшей горизонт событий? Нет ответа на эти вопросы. Материя в сингулярности сжимается до бесконечно большой плотности. При этом известные формы материи перестают существовать. Возможно, что в этих условиях остаются только субфизические формы материи. На данный момент для какого-то прояснения необходимо создание квантовой теории гравитации, которой пока нет в законченной форме.
В разных участках Вселенной с материальными объектами (конечными и очень большими – галактиками) периодически происходят взрывные процессы, при которых выделяется огромное количество энергии. Это сверхновые звёзды, гиперновые и другие объекты. Гиперновые – источники гамма-всплесков большой энергии. Кандидатами на роль гиперновых могут быть сталкивающиеся две нейтронные звёзды, или массивная звезда и нейтронная звезда и т.п.
Радиогалактики, квазары, блазары – это почти подобные образования. Это класс внегалактических объектов высокой светимости, активные галактические ядра с релятивистскими джетами. У блазаров джеты направлены в сторону наблюдателя на Земле. У квазаров джеты направлены в любую другую сторону.
Физики-теоретики предлагают разные модификации общей теории относительности Эйнштейна, и по-разному их обосновывают. Это требует дальнейшей проверки общей теории относительности в экстремальных условиях. Существуют в том числе модели, которые описывают вариант будущего, когда ускоренное расширение Вселенной прекратится, она начнёт ускоренно сжиматься и наступит её коллапс в сингулярное состояние.
Для получения более полной и объективной информации о Вселенной необходимо развивать помимо обычной астрономии нейтринную и гравитационную астрономию. Закономерна интенсификация выхода человечества в космос, следовательно, и развитие космонавтики.
Гармоничное развитие фундаментальной и прикладной физики, в том числе космонавтики, возможно только на основе международного сотрудничества. Развитие человеческой цивилизации на данном этапе напрямую связано в первую очередь с развитием физики, а только потом уже – с развитием химии, биологии и социальных наук.