بحر ديراك مفهوم في الفيزياء النظرية اقترحه بول ديراك لتفسير وجود الجسيمات المضادة ضمن إطار ميكانيكا الكم النسبية. تخيل ديراك أن الحالات ذات الطاقة السالبة مملوءة، وأن الفجوة فيها تظهر كما لو كانت جسيمًا مضاداً للإلكترون. وتكمن أهميته التاريخية في أنه مهد لفكرة البوزيترون والجسيمات المضادة، حتى وإن استبدلت به لاحقاً صيغ أكثر تطوراً في نظرية الحقول الكمومية.

معادلة ديراك معادلة أساسية في الفيزياء الكمومية تصف الجسيمات ذات اللف المغزلي نصف الصحيح، مثل الإلكترون، بطريقة متوافقة مع النسبية الخاصة. جمعت بين ميكانيكا الكم والنسبية، وتنبأت بوجود المادة المضادة قبل رصد البوزيترون. أظهرت المعادلة أن وصف الإلكترون يحتاج إلى بنية رياضية أعمق من معادلة شرودنجر، تشمل اللف والمجالات والطاقات السالبة. تعد معادلة ديراك من أعمدة الفيزياء النظرية الحديثة، لأنها مهدت لنظرية الحقول الكمومية ولفهم الجسيمات الأساسية.

جويدوبالدو دل مونته عالم رياضيات وميكانيكا وفلك إيطالي من عصر النهضة، أسهم في دراسة الآلات والميكانيكا وكان من داعمي جاليليو. اهتم بمراكز الثقل والرافعات والمنظور الرياضي، وجمع بين المعرفة النظرية والتطبيق الهندسي. تمثل سيرته حلقة في انتقال العلم الأوروبي من التفسير الأرسطي إلى التجريب والرياضيات.

نظرية النسبية الخاصة نظرية فيزيائية وضعها ألبرت أينشتاين لتفسير الزمان والمكان والحركة في الأنظمة التي تتحرك بسرعات ثابتة من دون إدخال تأثير الجاذبية. تقوم على مبدأين أساسيين هما ثبات قوانين الفيزياء في جميع الأطر العطالية، وثبات سرعة الضوء في الفراغ بالنسبة إلى جميع المراقبين مهما اختلفت حركة المصدر أو الراصد. أدت النظرية إلى نتائج عميقة مثل نسبية التزامن، وتمدد الزمن، وتقلص الأطوال، ورفض فكرة الأثير والمرجع المطلق، كما كشفت علاقة عميقة بين الكتلة والطاقة. أحدثت النسبية الخاصة تحولاً كبيراً في الفيزياء والفلسفة، ومهدت لاحقاً للنسبية العامة وفهم أوسع للكون.

النظرية النسبية تشير بصورة خاصة إلى نظريتي ألبرت أينشتاين: النسبية الخاصة والنسبية العامة، وقد يُستخدم مصطلح النسبية أحياناً للإشارة إلى الثابتة التي وجدها غاليليو. تُعد النسبية العامة نظرية جاذبية طوّرها أينشتاين بين عامي ١٩٠٧ و١٩١٥، وبدأ تطورها من خلال مبدأ التكافؤ، حيث تتشابه فيزيائياً حالات الحركة المتسارعة والخمول في مجال الجاذبية. ولا تختلف سرعة الضوء في الخلاء باختلاف جهة الملاحظ لها، بصرف النظر عن الحركة النسبية أو حركة مصدر الضوء. ومن الصيغ المرتبطة بأينشتاين E=mc2، كما تعرض النظرية أن حركة الأجسام قد تبدو أبطأ وأقصر بالنسبة إلى نظر الملاحظ على الأرض، وأن سرعة الجسيمات قد تتأثر بالجاذبية.

ستيفن هوكينغ عالم فيزياء إنجليزي قدّم إسهامات بارزة في النسبية ونظرية الكم رغم إصابته بمرض من أمراض الخلايا العصبية الحركية، الذي قيّد حركته وكلامه تدريجيًا منذ تشخيصه عام ١٩٦٣ وهو في الحادية والعشرين. ركزت أبحاثه المبكرة على المتفردات، وهي مناطق شديدة الكثافة وصغيرة للغاية يُفترض أنها تقع في مركز الثقوب السوداء وقد تكون وُجدت في بداية الكون. وفي السبعينيات ربط هذا العمل بنظرية الكم متنبئًا بأن الثقوب السوداء ستنكمش فعليًا لأنها تبعث سيلًا من الجسيمات يُسمى إشعاع هوكينغ عند سطحها. كما حقق كتابه الشهير «تاريخ موجز للزمن» الصادر عام ١٩٨٨ مبيعات عالمية كبيرة.

النسبية العامة: تتنبأ النسبية العامة لألبرت أينشتاين بسلوك الأجسام المتسارعة وتلك الخاضعة للجاذبية. وتعتمد على فكرة أن الزمن بُعد مثل الأبعاد المكانية الثلاثة، وأن الأربعة كلها متداخلة في الزمكان. وتُعزى الجاذبية إلى انحناء الزمكان بفعل الأجسام ذات الكتلة، وكلما زادت الكتلة ازداد الانحناء. وقد اختُبرت النظرية أثناء كسوف شمسي عام ١٩١٩.

أثناء عمله على تمثيلات زمرة «لورنتز»، قاده لقاء مع ديراك إلى الاقتناع بأنّه لا يملك «الحاسة السادسة الغامضة التي يحتاج إليها المرء كي ينجح في الفيزياء». وقد شكّل هذا الاستنتاج منعطفاً في نظرته إلى نفسه وإلى مساره العلمي، إذ رأى أن حدسه لم يكن من النوع الذي يؤهله لمواصلة التفوق في الفيزياء النظرية، فابتعد تدريجياً عن هذا المجال واتجه إلى الرياضيات، حيث وجد في البنية المجردة والبرهان الصارم ما يوافق قدراته أكثر من العمل الفيزيائي القائم على الحدس والاستبصار.

في إطار الجدل الشهير حول أسبقية صياغة نظرية النسبية الخاصة، ذهب كتاب إدوارد تي. ويتاكر الصادر عام ١٩٥٣ إلى أن هانري بوانكاريه وهنريك لورنتس كانا قد طوّرا عناصر هذه النظرية قبل ألبرت أينشتاين. وقد أثار هذا الطرح نقاشاً واسعاً في تاريخ الفيزياء، لأن مسألة الأسبقية تتصل بتحديد من أسهم في بناء الأساس الرياضي والفكري للنظرية، وكيف جرى الانتقال من الصياغات الجزئية إلى العرض المتكامل الذي ارتبط باسم أينشتاين.

النسبية الخاصة نشرها ألبرت أينشتاين في كتابه «في ديناميكا الأجسام المتحركة». وقد قدّم حلولاً لمشكلات أرهقت الفيزيائيين، انطلاقاً من حقيقة أن سرعة الضوء يجب أن تكون مطلقة، بحيث يقيسها أي راصدين على أنها نفسها حتى لو كانا في حركة نسبية. ووفق هذا التصور لا توجد مطلقات أخرى غير سرعة الضوء، كما أن الراصدين المتحركين بالنسبة إلى بعضهما يقيسان فترات الزمن والمسافة بصورة مختلفة.