اخترفيزيك و نجوم كاربرد نظريه ها و روش هاي فيزيك براي مطالعه ساختار ستاره اي ، تكامل ستاره اي ، منشأ منظومه شمسي و مشكلات مربوط به كيهان شناسي است. از آنجا كه اخترفيزيك موضوعي گسترده است ، فيزيكدانان فيزيكي به طور معمول بسياري از رشته هاي فيزيك را مورد استفاده قرار مي دهند ، از جمله مكانيك ، مغناطيس مغناطيسي ، مكانيك آماري ، ترموديناميك ، مكانيك كوانتوم ، نسبيت ، فيزيك هسته اي و ذرات و فيزيك اتمي و مولكولي. [84]
كشف كارل يانسكي در سال 1931 مبني بر انتشار سيگنال هاي راديويي توسط اجرام آسماني ، علم نجوم راديويي را آغاز كرد. اخيراً مرزهاي نجوم با اكتشافات فضايي گسترش يافته است. اغتشاشات و تداخل از جو زمين ، مشاهدات مبتني بر فضا را براي نجوم مادون قرمز ، ماوراrav بنفش ، اشعه گاما و اشعه ايكس ضروري مي كند.
كيهان شناسي فيزيكي مطالعه شكل گيري و تكامل جهان در بزرگترين مقياس آن است. نظريه نسبيت آلبرت اينشتين در تمام نظريه هاي مدرن كيهان شناسي نقشي اساسي دارد. در اوايل قرن بيستم ، كشف هابل در گسترش جهان ، همانطور كه در نمودار هابل نشان داده شده است ، توضيحات رقيب معروف به جهان حالت پايدار و انفجار بزرگ را برانگيخت.
انفجار بزرگ با موفقيت در هسته هسته اي انفجار بزرگ و كشف زمينه مايكروويو كيهاني در سال 1964 تأييد شد. مدل انفجار بزرگ بر دو ركن نظري استوار است: نسبيت عام آلبرت انيشتين و اصل كيهان شناسي. كيهان شناسان به تازگي مدل تكامل جهان ΛCDM را ايجاد كرده اند كه شامل تورم كيهاني ، انرژي تاريك و ماده تاريك است.
پيش بيني مي شود كه از داده هاي جديد تلسكوپ فضايي اشعه گاما فرمي طي دهه آينده ، اطلاعات و كشف هاي زيادي حاصل شود و مدل هاي موجود جهان را به طور گسترده تجديد نظر يا روشن كند. به ويژه ، احتمال كشف عظيم پيرامون ماده تاريك طي چند سال آينده امكان پذير است. [87] فرمي براي يافتن شواهدي مبني بر اينكه ماده تاريك از ذرات عظيم متقابل ضعيف برهم كنش يافته است ، جستجو خواهد كرد و آزمايشات مشابه را با برخورد دهنده بزرگ هادروني و ديگر ردياب هاي زيرزميني تكميل مي كند.
IBEX در حال حاضر يافته هاي اخترفيزيكي جديدي را به دست آورده است: "هيچ كس نمي داند كه چه چيزي نوار ENA (اتمهاي خنثي انرژي زا) را ايجاد مي كند" در امتداد شوك ختم باد خورشيد جيب پوششي سيستم خورشيدي كه با ذرات باردار باد خورشيدي پر شده است ، از طريق "باد كهكشاني" هجوم آور ميان ستاره اي به شكل دنباله دار شخم مي زند - اشتباه است. "[88]
تحقيق جاريتحقيقات در فيزيك به طور مداوم در تعداد زيادي از جبهه ها در حال پيشرفت است.
در فيزيك ماده چگال ، يك مسئله مهم نظري حل نشده ، ابررسانايي در دماي بالا است. [89] هدف از ساخت بسياري از آزمايش هاي ماده چگال ساخت اسپينترونيك و رايانه هاي كوانتومي قابل اجرا است.
در فيزيك ذرات ، اولين شواهد تجربي فيزيك فراتر از مدل استاندارد ظاهر مي شود. مهمترين اين موارد نشانه هايي است كه جرم غير صفر نوترينوها را نشان مي دهد. به نظر مي رسد اين نتايج تجربي مسئله ديرينه نوترينو خورشيدي را حل كرده است و فيزيك نوترينوهاي عظيم همچنان منطقه اي از تحقيقات نظري و تجربي فعال است. برخورد دهنده بزرگ هادرون قبلاً بوزون هيگز را يافته است ، اما تحقيقات آينده با هدف اثبات يا رد تقارن فوق العاده اي انجام مي شود ، كه مدل استاندارد فيزيك ذرات را گسترش مي دهد. تحقيقات در مورد ماهيت اسرار اصلي ماده تاريك و انرژي تاريك نيز در حال حاضر ادامه دارد.تلاش هاي نظري براي متحد كردن مكانيك كوانتوم و نسبيت عام در يك نظريه واحد از گرانش كوانتوم ، برنامه اي كه بيش از نيم قرن ادامه دارد ، هنوز به طور قاطع حل نشده است. نامزدهاي برجسته كنوني نظريه M ، تئوري سوپراستار و گرانش كوانتومي حلقه هستند.
بسياري از پديده هاي نجومي و كيهاني هنوز به طور رضايت بخشي توضيح داده نشده اند ، از جمله منشا origin پرتوهاي كيهاني با انرژي بسيار بالا ، عدم تقارن باريون ، انبساط شتابان جهان و سرعت چرخش غير عادي كهكشان ها.اگرچه پيشرفت زيادي در فيزيك پرانرژي ، كوانتوم و نجوم حاصل شده است ، اما بسياري از پديده هاي روزمره شامل پيچيدگي ، [92] هرج و مرج ، [93] يا تلاطم [94] هنوز به درستي درك نشده اند. مشكلات پيچيده اي كه به نظر مي رسد با استفاده هوشمندانه از ديناميك و مكانيك حل مي شوند ، حل نشده باقي مي مانند. به عنوان مثال مي توان به تشكيل ماسه هاي ماسه اي ، گره هاي موجود در آب قطره چكان ، شكل قطرات آب ، مكانيسم فاجعه هاي كشش سطحي و مرتب سازي خود در مجموعه هاي ناهمگن متزلزل اشاره كرد.اين دلايل پيچيده از دهه 1970 به دلايل مختلف از جمله در دسترس بودن روشهاي مدرن رياضي و رايانه ها ، كه مدلهاي سيستمهاي پيچيده را به روشهاي جديد امكان پذير مي كند ، از دهه 1970 مورد توجه روزافزون قرار گرفته اند.
فيزيك پيچيده به بخشي از تحقيقات بين رشته اي فزاينده تبديل شده است ، كه نمونه آن مطالعه تلاطم آيروديناميك و مشاهده شكل گيري الگو در سيستم هاي بيولوژيكي است. در بررسي سالانه مكانيك سيالات در سال 1932 ، هوراس بره گفت:
من اكنون پيرمردي هستم و وقتي مي ميرم و به بهشت مي روم دو موضوع وجود دارد كه اميدوارم روشنگري كنم. يكي الكتروديناميك كوانتوم و ديگري حركت متلاطم مايعات. و در مورد اولي من نسبتاً خوش بين هستم.