──諾貝爾物理獎百年回眸王心瑩／特稿
物理學被認為是最基本的自然科學，討論物質的基本組成與交互作用、原子的本質、分子的建構方式與物質凝聚的特性，嘗試囊括所有的現象，並給予基本的描述與理論基礎。早期物理學的發展與古典領域化學相當接近，所獲得的基本理論慢慢也能夠應用在現代天文學及生物學上，因此在諾貝爾物理獎的討論上，時常也會提到化學獎的成就，也由於沒有天文學的獎項，天體物理學和宇宙學的重大發現也併入物理獎中。
從古典到量子物理20世紀初，古典物理主要建立各種巨觀現象的觀察上，已經發展出基礎動力學、熱力學，也能描述電磁波及光學輻射現象。恰在這個時期，科學家開始嘗試解釋這些巨觀現象的理論基礎，探索出進入未知領域的理論架構與新的實驗方法，因此諾貝爾獎的設立或許是歷史巧合，卻也為接下來開創物理學新視野的科學家們戴上隆重桂冠。
1895年，侖琴意外發現X射線，加上隨後居禮夫婦對於放射線的研究，使科學家意識到原子的結構可能不像過去想像的單純，接下來20年內，1906年湯姆森因發現電子而獲獎、密立根精密測定基本電荷並研究光電效應之後，陸續有科學家針對光的本質、電場中光譜分裂現象、不同元素發出不同特性的X射線、X射線可受晶體繞射，以及X射線光譜方面進行研究，逐漸描繪出最初的古典原子模型。
然而發現越多，所架構出的原子結構似乎越來越遠離古典理論所能解釋的範圍。1918年蒲朗克提出「能量量子化」的觀點，推翻了能量應連續化表現的古典理論，至此「量子物理」的時代來臨，原子的結構也逐步量子化，在接下來的30年內，古典量子理論逐步發展，並時有新的實驗結果出爐。1921年愛因斯坦以光電效應與理論物理方面的貢獻獲獎，其他具有里程碑意義的研究還包括能量轉移量子化的描述、波耳建立原子結構及能量的理論基礎、以及電子具有波動與粒子的二象性等。綜合這些成果，在1924∼1926年間，陸續有海森堡創立量子力學、薛丁格提出波動力學、狄拉克提出相對論性量子力學並引致反粒子（正子）的發現，使得古典量子力學的發展達到頂峰，真正改變了古典力學時代的世界觀。
然而，進入20世紀下半期之後，物理學家發現氫光譜有出人意外的精細結構，更發展出能夠精確測量電子自旋與磁矩的實驗方法，創造出微觀物理的新視野，過去海森堡、薛丁格所提出的古典量子力學已不足以解釋這些新現象，此時「量子電動力學」的提出，加上科學家開始在高能量場域中進行精確度更高的實驗，等於宣告「高能物理」的時代正式來臨。
另外，目前自然界中已知有四種基本作用力，即重力、電磁力、強核力、弱核力，理論物理學家們一直希望能找到一種理論將四種作用力統一描述。關於場論的相關研究，包括1957年華裔科學家李政道和楊振寧提出著名的「宇稱定律」，認為物理交互作用力不一定互相對稱，這個理論便引發「弱作用力」的提出。後來科學家統一電磁力和弱核力的理論，20世紀最後一個諾貝爾獎更頒發給提出「電弱理論」量子結構的基本計算，等於確定了基本粒子交互作用的模式與量子結構。
量子力學的發展可說是20世紀最重要的成就，但是還有許多問題尚未解決，例如強核力和弱作用力之間的統一、目前只能處理原子層次的問題，分子系統化學性質甚至凝態物質的計算還有很長的路要走，將是未來21世紀發展的重要方向。
微宇宙到巨宇宙
量子力學所討論的是原子、電子與原子核的世界，然而物理學家已不能滿足於此，自從勞倫斯發明「迴旋粒子加速器」（cyclotron）後，科學家便可在磁場中對帶電粒子施以高能量，使之加速運行而產生核反應，藉以觀察原子核的結構，使核物理的發展一日千里。不過在發展早期，無論人工加速器的能量加到多大，要偵測新的高能粒子還是要藉助宇宙射線，因此粒子物理與天體物理、宇宙學是緊密相關的。
由50年代開始，尋找基本粒子的研究如火如荼，到目前已知基本粒子有三代家庭，每個家庭有4個成員，包括2個輕子和2個夸克，以及由它們的反粒子組成的兩個反粒子家庭，裡頭包括電子、微子、緲子、陶子及各種夸克。有三位華裔科學家得獎的原因都和這些粒子有關，楊振寧和李政道提出的弱作用宇稱不守恆論，弱作用力便是微子和其他物質作用的管道，而丁肇中發現了第二代家庭中的魅夸克，十分有趣。1984年諾貝爾獎頒發給Ｗ粒子和Ζ粒子的世紀大發現，被譽為與百年前電磁波的發現相媲美，相信未來加速器能量再加高還是可能有新粒子被發現。
事實上，自從1978年發現「宇宙背景微波輻射」（號稱本世紀最偉大發現之一），確定「大霹靂」宇宙說發生以來，這些原本便存在於宇宙中的基本粒子，成為重建宇宙構造與演化歷史的重要研究元素，粒子物理便與天體物理和宇宙論連成一氣。諾貝爾獎也頒給多位在天體物理研究方面成就卓越的科學家，包括發展核反應乃是恆星能量來源的理論；發現白矮星、中子星等星體演化證據；在無線電天文學領域，使用無線電波望遠鏡發現脈衝星（即中子星），以及1993年發現脈衝雙星，其中重力輻射的現象正符合愛因斯坦的相對論。有趣的是，愛因斯坦在1905年提出討論質能關係的特殊相對論，更於後來十年發展出討論質量、空間與時間關係的廣義相對論，恰可將微觀宇宙與巨觀宇宙之間聯繫起來。
由簡單系統的理論來預測複雜系統、凝態物理
累積許多微觀系統的理論和實驗技術，科學家希望能藉此建構複雜系統的理論，並分析分子特性。其間比較重要的階段包括核子和原子核模型的建構；同位素的發現與特性研究；新元素的發現；發明邁射和雷射後，雷射光譜學、精確的原子和分子光譜學都在物理和化學上有廣泛的應用；1997年華裔科學家朱棣文等發明雷射致冷技術，使原子活動慢下來以進行各種實驗，甚至可應用做生物分子的實驗。
另一支在現代科技上應用非常廣泛的研究領域，是研究密物質的「凝態物理」。早期主要研究原子整齊排列所構成的晶體結構，包括晶體會使X光繞射的特性可用來測量原子間距離，近代則用中子散射技術測晶體結構，特別是測定磁性結構。在量子力學發展一段時間後，對密物質的磁性理論也有更多闡述，甚至可應用在研究生化分子的活性區域，而磁性的特性結合相轉變間臨界現象的研究，對場論和粒子物理中粒子間交互作用力的闡釋便相當重要。
凝態物理還有幾個比較有趣的領域，包括低溫超流體、超導體和半導體的研究，這些都與原子、電子的運動模式和磁矩有關，等於承繼了之前所提及的許多理論基礎，並對科技產業有重大影響力。1913年荷蘭物理學家在低溫下製成液態氦，液態氦有「超流體」的特性，這個發現對低溫物理領域與超導體研究有很大的貢獻，1996年獲獎的「氦三超流現象」更使天文學家用來模擬大霹靂後的混沌狀態，解釋宇宙弦模型理論。
「超流體」表示原子流動不具摩擦力，那麼電子運動沒有阻力便是「超導體」了，表示完全導電沒有電阻，大家一定會馬上想到它的實際應用－－磁浮列車。不過有趣的是，1913年首次發現接近絕對零度時物質有超導性（4K，約攝氏零下270度），卻過了60年才發展出超導性的理論BCS-theory。由於低溫超導的實用性不高，科學家努力想將超導溫度提高，1987年便頒獎給高溫超導的研究（提高到35K），其中故事也相當有趣，這個高溫超導體竟然是應該不會導電的鑭鋇銅氧化物！後來華裔科學家朱經武更將溫度提高到90K，值得記上一筆。
諾貝爾物理獎也曾經頒發給使科技發展有重大突破的研究，例如發現電晶體影響電子學發展、邁射和雷射的發明、以干涉現象為基礎發明彩色照相術、電子顯微鏡和掃描穿透式電子顯微鏡的發明可觀察到原子層次，廣泛應用在生物科學研究上。
諾貝爾物理獎頒發100年來，受限於每屆只能有3位得獎者，因此在161位榮獲諾貝爾桂冠的傑出科學家之外，每項研究領域都還有無數同樣傑出的研究者無法一一提及，事實上，累積眾多科學家的智慧結晶，方能完整述說物理學發展上的諸多重要成就，我們只能從這些桂冠得主里程碑式的研究成果，一窺物理學博大精深的架構與遼闊領域。