在物理学的整个发展历程中，一件最为激动人心的事情就是一些支离破碎理论的统一，每一次统一都带来了全新的思想和理念。同时，物理学和天文学又是紧密地联系在一起的，每一次物理学的综合都带来了天文学的深刻革命。所以，如果我们想对天文学有更多更深刻的了解，就必须清楚物理学的发展脉络，而一个立志要做天文学家的人，他的第一步就是要做一个好的物理学家。因为，物理学为天文学提供最基本的理论，而天文学则为物理学提供基本定律以及基本理论的证明场所。下面，我们先回顾一下物理学的历次综合的历程。
物理学的第一次综合(统一)是17世纪牛顿力学构成了体系。可以说，这是物理学第一次伟大的综合。牛顿力学实际上是将天上的行星运动，与地上的苹果下坠概括到一个规律里面去了，建立了经典力学。至于苹果下坠启发了牛顿的故事究竟有无历史根据是另一回事，但它说明了人们对于形象思维的偏爱。牛顿实际上建立了两个定律，一个是运动定律，一个是万有引力定律。运动定律就是在力作用下物体怎样运动的规律，万有引力是一种特定的物体之间存在的基本相互作用力。到19世纪，经典力学新的发展表现为一些科学家重新表述了牛顿定律。重新表述有拉格朗日方程组、哈密顿方程组。在不改变实质的条件下，用新的、更简洁的形式来表述牛顿定律。这是一个方面。另一个方面，就是将牛顿定律推广到连续介质的力学问题中去，就出现了弹性力学、流体力学等。在这一方面，20世纪有更大的发展，特别是流体力学、空气动力学和航空技术的发展密切相关，而空气动力学的发展又和喷气技术密切相关，进而牛顿力学还构成了航天技术的理论基础。
第二次综合是麦克斯韦的电磁学。大家都知道，最初是库仑定律，用以表达电荷与电荷间的相互作用力，也表达磁极与磁极之间的相互作用力。然后电与磁之间的关联被发现了：奥斯特的电流磁效应，安培发现的电流与电流之间相互作用的规律，然后是法拉第的电磁感应定律，这样电与磁就连通成为一体了。最后，19世纪中叶，麦克斯韦提出了统一的电磁场理论。
第三次综合是从热学开始的，涉及宏观与微观两个层次。根据热学研究总结出热力学的两大基本规律：第一定律，即能量守恒律；第二定律，即熵恒增律。但科学家不满足于单纯在宏观层次上来描述，还想追根问底，企图从分子和原子的微观层次上来阐明物理规律。气体分子动力学便应运而生，用以阐述气体物态方程、气体导热性与粘滞性等的微观基础。
1916年，爱因斯坦的广义相对论应运而生。这一理论的出发点在于肯定惯性质量与引力质量等同的等效原理(这已为实验所证实)，将非惯性参考系中观测到的惯性力与局域的引力等同起来。进而提出一切参考系均有相同的物理规律这一广义相对性原理。广义相对论成功地预言了一些效应，如强引力场中光线的弯曲，引力强度与光谱线频移的关系，并用空间的弯曲很自然地解释了引力的存在。由于广义相对论是针对强引力场和大质量物体而提出来的，因而广泛应用于天体物理学，也构成了现代宇宙论的基础。如果说相对论消除了经典物理学的内在矛盾并推广其应用范围，那么量子论就开启了微观物理学的新天地。
20世纪量子力学确立之后，物理学进入了新的时期，这里统称为当代物理学。物理学逐渐进入微观尺度，进入更深层次的物质结构，就到达了粒子物理学的研究领域。20世纪50和60年代，除核子以外，又发现大量的强子(具有强相互作用的粒子)，其中多数是不稳定的。到20世纪中叶，已经明确了自然界只有四种基本相互作用，即引力、电磁力、弱力与强力。其中引力和电磁力是长程的，而弱力与强力是短程的，限于原子核的范围之内。爱因斯坦晚年致力于统一场论，试图将引力和电磁力统一起来，未取得成功。
虽然爱因斯坦已经成为现代物理学的象征，但是爱因斯坦的失败丝毫没有打消其他物理学家的勇气。相反，他们更加积极接受统一场论的挑战，力求把四种普遍存在的力统一在叫做“超大统一场”的单一连续系统内。在这方面做出突出贡献的就是格拉肖、萨拉姆和温伯格。他们1979年获诺贝尔物理学奖，因为他们提出了弱电统一理论，将弱相互作用力和电磁相互作用力统一在了一起。有人评价说，相对论和量子力学是20世纪物理学最重要的成果，而把电磁力和弱相互作用力统一在一起的弱电相互作用理论，则是20世纪物理学理论的最高点。
70年代中期，人们进一步提出强、弱、电磁三种作用统一的大统一理论。大统一理论的结论之一是预言质子要衰变，这与实验结果有矛盾。所以有一段时间，大统一理论的事业似乎不得不被放弃，但当时年轻一代的物理学家们提出了另一种比先前的任何事物都更难理解的想法。J·谢尔克提出，粒子根本不是微粒，而是在空间自旋和振动的弦，物理世界所有已知的现象都可以由这些振动的不同组合构成，这与一首乐曲是由乐器弦的不同振动构成非常类似。
谢尔克的弦理论证明同盖尔曼的夸克理论是一致的，这种新理论解释了为什么在自然界中观察不到夸克：与盖尔曼所提出的理由相同，弦绝不可能只具有一个单一的末端。当弦的两端被分开，就会产生新的两端；同样当强子破裂时，出现的不是单个的夸克，而是新的成对的夸克。
1976年，谢尔克、F·格利奥兹和D·奥利夫证明，可以把超引力引入弦理论中，使它成为“超弦理论”。弦理论仍然有一些问题，甚至它的基本概念也没有被物理学界普遍接受。不过，可以实现大统一的信心已经增长，几乎很少有研究粒子和场的物理学家会怀疑，总有一天宇宙中所有的力和粒子都会统一在一种理论中，这种理论可能比迄今为人类所思考的几乎任何事物都更抽象，更深奥。
无论大统一最后成功的可能性有多大，关于大统一理论的思考和论证，绝对是当代物理学和天文学的共同前沿，有待后来的有志于天文学的青少年们继续努力！
