（一）引力和相对论：广义相对论基础；天体物理学相对论。（二）经典宇宙学：各向同性宇宙；引力透镜；年龄和距离标度。（三）量子场基础：量子力学和相对论；量子场论；标准模型。（四）早期宇宙：热的大爆炸；拓扑亏损；膨胀宇宙学。（五）观测宇宙学：宇宙中的物质；星系及其演变；运行的星系。（六）星系形成和成团：结构形成动力学；宇宙密度场；星系形成；宇宙背景起伏。超弦理论有希望统一广义相对论的引力理论与量子力学并且预测宇宙是由11维膜碰撞产生的，而且物质是由弦构成的这就使科学家有机会发现万有理论，把宇宙了解个透超弦理论属于弦理论的一种，也指狭义的弦理论.这里的“超”有超对称性的意思.为了将玻色子（bosons）和费米子（fermions）统一，科学家预言了这种粒子，由于实验条件的限制，人们很难找到这种能够证明弦理论的粒子.超弦理论作为最为艰深的理论之一，吸引着很多理论研究者对它进行研究，如果真是理论预言的那样，我们将有可能建立一种大统一理论，来描述我们的宇宙.超弦理论是物理学家追求统一理论的最自然的结果.爱因斯坦建立相对论之后自然地想到要统一当时公知的两种相互作用－－万有引力和电磁力.他花费了后半生近40年的主要精力去寻求和建立一个统一理论，但没有成功.现在回过头来看历史，爱因斯坦的失败并不奇怪.实际上自然界还存在另外两种相互作用力－－弱力和强力.现在已经知道，自然界中总共4种相互作用力除万有引力之外的3种都可有量子理论来描述，电磁、弱和强相互作用力的形成是用假设相互交换“量子”来解释的.但是，引力的形成完全是另一回事，爱因斯坦的广义相对论是用物质影响空间的几何性质来解释引力的.在这一图像中，弥漫在空间中的物质使空间弯曲了，而弯曲的空间决定粒子的运动.人们也可以模仿解释电磁力的方法来解释引力，这时物质交换的“量子”称为引力子，但这一尝试却遇到了原则上的困难－－量子化后的广义相对论是不可重整的，因此，量子化和广义相对论是相互不自洽的.超弦理论是人们抛弃了基本粒子是点粒子的假设而代之以基本粒子是一维弦的假设而建立起来的自洽的理论，自然界中的各种不同粒子都是一维弦的不同振动模式.与以往量子场论和规范理论不同的是，超弦理论要求引力存在，也要求规范原理和超对称.毫无疑问，将引力和其他由规范场引起的相互作用力自然地统一起来是超弦理论最吸引人的特点之一.因此，从1984年底开始，当人们认识到超弦理论可以给出一个包容标准模型的统一理论之后，一大批才华横溢的年轻人自然地投身到超弦理论的研究中去了.经过人们的研究发现，在十维空间中，实际上有5种自洽的超弦理论，它们分别是两个IIA和IIB，一个规范为Apin(32)/Z2的杂化弦理论，一个规范群为E8×E8的杂化弦理论和一个规范为SO（32）的I型弦理论.对一个统一理论来说，5种可能性还是稍嫌多了一些.因此，过去一直有一些从更一般的理论导出这些超弦理论的尝试，但直到1995年人们才得到一个比较完美的关于这5种超弦理论统一的图像.这一图像可以有用上图来表示.存在一个唯一的理论，姑且称其为M理论.M理论有一个很大的模空间（各种可能的真空构成的空间）.5种已知的超弦理论和十一维超引力都是M理论的某些极限区域或是模空间的边界点（图中的尖点）.有关超弦对偶性的研究告诉我们，没有模空间中的哪一区域是有别于其他区域而显得更为重要和基本的，每一区域都仅仅是能较好地描述M理论的一部分性质.但是，在将这些不同的描述自洽地柔合起来的过程中我闪也学到了对偶性和M理论的许多奇妙性质，尤其是各种D－膜相互转换的性质.在此我们不得不提到超弦理论成功地解释了黑洞的熵和辐射，这是第一次从微观理论出发，利用统计物理和量子力学的基本原理，严格了导出了宏观物体黑洞的熵和辐射公式，毫无疑问地确立了超弦理论是一个关于引力和其他相互作用力的正确理论.将5种超弦理论和十一维超引力统一到M理论无疑是成功的，但同是也向人们提出了更大的挑战.M理论在提出时并没有一个严格的数学表述，因此寻找M理论的数学表述和仔细研究M理论的性质就成了这一时期理论物理研究热点.道格拉斯（Douglas，MR）等人仔细研究了D－膜的性质，发现了在极短距离下，D－膜间的相互作用可以完全由规范理论来描述，这些相互作用也包括引力相互作用.因此，极短距离下的引力相互作用实际上是规范理论的量子效应.基于这些结果，班克（Banks，T）等人提出了用零维D－膜（也称点D－膜）作为基本自由度的M理论的一种基本表述－－矩阵理论.矩阵理论是M理论的非微扰的拉氏量表述，这一表述要求选取光锥坐标系和真空背景至少有6个渐近平坦的方向.利用这一表述已经证明了许多偶性猜测，得到了一类新的没有引力相互作用的具有洛仑兹不变的理论.如果我们将注意力放在能量为1/N量级的态（N为矩阵的行数或列数），在N趋于无穷大的极限下，可以导出一类通常的规范场理论.许多迹象表明，在大N极限下，理论将变得更简单，许多有限N下的自由度将不与物理的自由度耦合，因而可以完全忽略.所有这些结论都是在光锥坐标系和有限N下得到的，可以预期一个明显洛仑兹不变的表述将是研究上述问题极有力的工具.具体来说，人们期望在如下问题的研究上取得进展：（1）全同粒子的统计规范对称性应从一个更大的连续的规范对称性导出.（2）时空的存在应与超对称理论中玻色子和费米子贡献相消相关联.（3）当我们紧致化更多维数时，理论中将出现更多的自由度，如何从量子场论的观点理解这一奇怪的性质?（4）有效引力理论的短距离（紫外）发散实际上是某些略去的自由度的红外发散，这些自由度对应于延伸在两粒子间的一维D－膜，从场论的观点来看，这些自由度的性质是非常奇怪的.（5）将M理论与宇宙学联系起来.显然，没有太多的理由认为矩阵理论是M理论的一个完美的表述.值得注意的是矩阵理论的确给出了许多有意义的结果，因此也必定有其物理上合理的成分，这很像本世纪初量子力学完全建立前的时期（那时，普朗克提出能量量子导出黑体辐射公式，玻尔提出轨道量子化给出氢原子光谱），一些有关一个全新理论的迹象和物理内涵已经被人们发现了.但是，我们离真正建立一个完美自洽M理论还相距甚远，因此有必要从超弦理论出发更多更深地发掘其内涵.在这方面，超弦理论的研究又有了新的突破.1997年底，马尔达塞纳（Maldacena）基于D－膜的近视界几何的研究发现，紧化在AdS5×S5上的IIB型超弦理论与大NSU（N）超对称规范理论是对偶的，有望解决强耦合规范场论方面一些基本问题如夸克禁闭和手征对称破缺.早在70年代，特胡夫特（?tHooft）就提出：在大N情况下，规范场论中的平面费曼图将给出主要贡献，从这一结论出发，波利考夫（Polyakov）早就猜测大N规范场论可以用（非临界）弦理论来描述，现在马尔塞纳的发现将理论和规范理论更加具体化了.1968年维内齐诺（Veneziano）为了解决相互作用而提出了弦理论，发现弦理论是一个可以用来统一四种相互作用力的统一理论，对偶性的研究引出了M理论，现在马尔达塞纳的研究又将M理论和超弦理论与规范理论（可以用来描叙强相互作用）联系起来，从某种意义上来说，我们又回到了强相互作用的这一点，显然我们对强相互作用的认识有了极大的提高，但是我们仍没有完全解决强相互作用的问题，也没有解决四种相互作用力的统一问题，因此对M理论、超弦理论和规范理论的研究仍是一个长期和非常困难的问题.理论模型超弦理论认为，在每一个基本粒子内部，都有一根细细的线在振动，就像琴弦的振动一样，因此这根细细的线就被科学家形象地称为“弦”.我们知道，不同的琴弦振动的模式不同，因此振动产生的音调也不同.类似的道理，粒子内部的弦也有不同的振动模式，不过这种弦的振动不是产生音调，而是产生一个个粒子.换言之，每个基本粒子是由一根弦组成.超弦理论认为，粒子并不存在，存在的只是弦在空间运动；各种不同的粒子只不过是弦的不同振动模式而已.自然界中所发生的一切相互作用，所有的物质和能量，都可以用弦的分裂和结合来解释.弦的运动是非常复杂，以至于三维空间已经无法容纳它的运动轨迹，必须有高达十维的空间才能满足它的运动，就像人的运动复杂到无法在二维平面中完成，而必须在三维空间中完成一样.古人只能进行思辨猜测，直至19世纪才逐渐成为科学。1833年瑞典化学家贝采利乌斯第一次从陨星残片成分分析测定了宇宙物质的化学成分，而19世纪中期诞生的光谱分析法使人们获得了恒星的化学组成资料。20世纪后则有了更加广泛的手段，空间观测使得频谱分析扩展到“全波”范围：从射电、红外、可见光到紫外线、X射线、γ射线都能从事宇宙化学的研究，加上空间探测的直接登月、登火星等天体采集岩石、土壤样品，使得该学科获得了巨大的进展，例如星际分子的发现被誉为60年代四大天文发现之一。
按照研究对象不同。宇宙化学又大致可分为：陨石化学、行星系化学、恒星化学、星际化学、同位素宇宙化学、宇宙线核化学等。早期，人们凭靠直觉猜测宇宙万物的基本组成
人类对宇宙物质化学的认识，经历了几个阶段。
宇宙化学早期，人们是凭直觉猜测宇宙万物的基本组成的。我国古代西周晚期(公元前七世纪)，用五行(金、木、水、火、土)来说明万物的组成，用“阳气”和“阴气”解释自然界的各种变化。古希腊人在公元前四世纪认为水、空气、火和土是构成万物的四种基本元素。
十九世纪初期，人们对地球上的矿物和岩石等物质进行大量的化学分析。1833年，瑞典化学家贝采利乌斯对陨石进行化学分析，第一次测定了地球外宇宙物质的化学组成。1858年，化学家本生和物理学家基尔霍夫一起研究并测定了太阳光谱；1859年，基尔霍夫成功解释了太阳光谱中夫琅和费线(即吸收线)产生的原因，第一次证明了太阳(恒星)的化学组成。宇宙化学的一种重要观测方法——光谱分析从此诞生。
二十世纪五十年代以来，随着大气外观测的发展，频谱分析波段由可见光扩展到射电波、红外线、紫外线、X射线、γ射线。六十年代，人们在星际空间发现星际分子，直接登月采集岩石标本。七十年代，又把分析仪器送上火星。宇宙化学的研究手段日益增多，研究内容不断丰富。
著名理论
1、“原子经济性”，即充分利用反应物中的各个原子，因而既能充分利用资源，又能防止污染。原子经济性的概念是1992年美国著名有机化学家Trost（为此他曾获得了1998年度的总统绿色化学挑战奖的学术奖）提出的，用原子利用率衡量反应的原子经济性，为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子，使之结合到目标分子中，达到零排放。绿色有机合成应该是原子经济性的。原子利用率越高，反应产生的废弃物越少，对环境造成的污染也越少。
2、其内涵主要体现在五个“R”上：第一是Reduction一一“减量”，即减少“三废”排放；第二是Reuse——“重复使用”，诸如化学工业过程中的催化剂、载体等，这是降低成本和减废的需要；第三是Recycling——“回收”，可以有效实现“省资源、少污染、减成本”的要求；第四是Regeneration——“再生”，即变废为宝，节省资源、能源，减少污染的有效途径；第五是Rejection——“拒用”，指对一些无法替代，又无法回收、再生和重复使用的，有毒副作用及污染作用明显的原料，拒绝在化学过程中使用，这是杜绝污染的最根本方法。
诺贝尔奖
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二十世纪初
1901年J.H.范霍夫（荷兰）发现溶液中化学动力学法则和渗透压规律。
1902年E.H.费歇尔（德国）合成了糖类以及嘌呤诱导体。
1903年S.A.阿雷尼乌斯（瑞典）提出电解质溶液理论。
1904年W.拉姆赛（英国）发现空气中的惰性气体。
1905年A.冯·贝耶尔（德国）从事有机染料以及氢化芳香族化合物的研究。
1906年H.莫瓦桑（法国）从事氟元素的研究。
1907年E.毕希纳（德国）从事酵素和酶化学、生物学研究。
1908年E.卢瑟福（英国）首先提出放射性元素的蜕变理论。
1909年W.奥斯特瓦尔德（德国）从事催化作用、化学平衡以及反应速度的研究。
1910年O.瓦拉赫（德国）脂环式化合物的奠基人。
1911年M.居里（法国）发现镭和钋。
1912年V.格林尼亚（法国）发明了格林尼亚试剂——有机镁试剂。
P.萨巴蒂（法国）使用细金属粉末作催化剂，发明了一种制取氢化不饱和烃的有效方法。
1913年A.维尔纳（瑞士）从事配位化合物的研究以及分子内原子化合价的研究。
1914年T.W.理查兹（美国）致力于原子量的研究，精确地测定了许多元素的原子量。
1915年R.威尔斯泰特（德国）从事植物色素（叶绿素）的研究。
1916～1917年未颁奖。
1918年F.哈伯（德国）研究和发明了有效的大规模合成氨法。
1920年W.H.能斯特（德国）从事电化学和热动力学方面的研究。
1921年F.索迪（英国）从事放射性物质的研究，首次命名“同位素”。
1922年F.W.阿斯顿（英国）发现非放射性元素中的同位素并开发了质谱仪。
1923年F.普雷格尔（奥地利）创立了有机化合物的微量分析法。
1925年R.A.席格蒙迪（德国）从事胶体溶液的研究并确立了胶体化学。
1926年T.斯韦德贝里（瑞典）从事胶体化学中分散系统的研究。
1927年H.O.维兰德（德国）研究确定了胆酸及多种同类物质的化学结构。
1928年A.温道斯（德国）研究出一族甾醇及其与维生素的关系。
1929年A.哈登（英国），冯·奥伊勒–歇尔平（瑞典人）阐明了糖发酵过程和酶的作用。
1930年H.费歇尔（德国）从事血红素和叶绿素的性质及结构方面的研究。
1931年C.博施（德国），F.贝吉乌斯（德国人）发明和开发了高压化学方法。
1932年I.兰米尔（美国）创立了表面化学。
1934年H.C.尤里（美国）发现重氢。
1935年J.F.J.居里，I.J.居里（法国）发明了人工放射性元素。
1936年P.J.W.德拜（美国）提出分子磁偶极距概念并且应用X射线衍射弄清分子结构。
1937年W.N.霍沃斯（英国）从事碳水化合物和维生素C的结构研究。
P.卡雷（瑞士）从事类胡萝卜、核黄素以及维生素A、B2的研究。
1938年R.库恩（德国）从事类胡萝卜素以及维生素类的研究。
1939年A.布泰南特（德国）从事性激素的研究。
二十世纪中叶
1943年G.海韦希（匈牙利）利用放射性同位素示踪技术研究化学和物理变化过程。
1944年O.哈恩（德国）发现重核裂变反应。
1945年A.I.魏尔塔南（芬兰）研究农业化学和营养化学，发明了饲料贮藏保养鲜法。
1946年***.萨姆纳（美国）首次分离提纯了酶。
J.H.诺思罗普，W.M.斯坦利（美国）分离提纯酶和病毒蛋白质。
1947年R.鲁宾逊（英国）从事生物碱的研究。
1948年A.W.K.蒂塞留斯（瑞典）发现电泳技术和吸附色谱法。
1949年W.F.吉奥克（美国）长期从事化学热力学的研究，物别是对超温状态下的物理反应的研究。
1950年O.P.H.狄尔斯和K.阿尔德（德国）发现狄尔斯-阿尔德反应及其应用。
1951年G.T.西博格、E.M.麦克米伦（美国）发现超铀元素。
1952年A.J.P.马丁、R.L.M.辛格（英国）开发并应用了分配色谱法。
1953年H.施陶丁格（德国）从事环状高分子化合物的研究。
1954年L.C.鲍林（美国）阐明化学结合的本性，解释了复杂的分子结构。
1955年V.维格诺德（美国）确定并合成了含硫的生物体物质（特别是后叶催产素和增压素）。
1956年C.N.欣谢尔伍德（英国）。
N.N.谢苗诺夫（俄国）提出气相反应的化学动力学理论（特别是支链反应）。
1957年A.R.托德（英国）从事核酸酶以及核酸辅酶的研究。
1958年F.桑格（英国）从事胰岛素结构的研究。
1959年J.海洛夫斯基（捷克）提出极谱学理论并发明了电化学分析中的极谱分析法。
1960年W.F.利比（美国）发明了“放射性碳素年代测定法”。
1961年M.卡尔文（美国）提示了植物光合作用机理。
1962年M.F.佩鲁茨、J.C.肯德鲁（英国）测定了蛋白质的精细结构。
1963年K.齐格勒（德国）、G.纳塔（意大利）发现了利用新型催化剂进行聚合的方法，并从事这方面的基础研究。
1964年D.M.C.霍金英（英国）使用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子的空间结构。
1965年R.B.伍德沃德（美国）因对有机合成法的贡献。
1966年R.S.马利肯（美国）用量子力学创立了化学结构分子轨道理论，阐明了分子的共价键本质和电子结构。
1967年R.G.W.诺里会、G.波特（英国）。
M.艾根（德国）发明了测定快速化学反应的技术。
1968年L.翁萨格（美国）从事不可逆过程热力学的基础研究。
1969年O.哈塞尔（挪威）、K.H.R.巴顿（英国）为发展立体化学理论作出贡献。
1970年L.F.莱洛伊尔（阿根廷）发现糖核苷酸及其在糖合成过程中的作用。
1971年G.赫兹伯格（加拿大）从事自由基的电子结构和几何学结构的研究。
1972年C.B.安芬森（美国）确定了核糖核苷酸酶的活性区位研究。
1973年E.O.菲舍尔（德国）、G.威尔金森（英国）从事具有多层结构的有机金属化合物的研究。
1974年P.J.弗洛里（美国）从事高分子化学的理论、实验两方面的基础研究。
1975年J.W.康福思（澳大利亚）研究酶催化反应的立体化学。
V.普雷洛格（瑞士）从事有机分子以及有机分子的立体化学研究。
1976年W.N.利普斯科姆（美国）从事甲****的结构研究
1977年I.普里戈金（比利时）主要研究非平衡热力学，提出了“耗散结构”理论。
1978年P.D.米切尔（英国）从事生物膜上的能量转换研究。
1979年H.C.布朗（美国）、G.维蒂希（德国）研制了新的有机合成法。
二十世纪末
1980年P.伯格（美国）从事核酸的生物化学研究。
W.吉尔伯特（美国）、F.桑格（英国）确定了核酸的碱基排列顺序。
1981年福井谦一（日本）、R.霍夫曼（英国）应用量子力学发展了分子轨道对称守恒原理和前线轨道理论。
1982年A.克卢格（英国）开发了结晶学的电子衍射法，并从事核酸蛋白质复合体的立体结构的研究。
1983年H.陶布（美国）阐明了金属配位化合物电子反应机理。
1984年R.B.梅里菲尔德（美国）开发了极简便的肽合成法。
1985年J.卡尔、H.A.豪普特曼（美国）开发了应用X射线衍射确定物质晶体结构的直接计算法。
1986年D.R.赫希巴奇、李远哲（中国台湾）、
J.C.波利亚尼（加拿大）研究化学反应体系在位能面运动过程的动力学。
1987年C.J.佩德森、D.J.克拉姆（美国）
J.M.莱恩（法国）合成冠醚化合物。
1988年J.戴森霍弗、R.胡伯尔、H.米歇尔（德国）分析了光合作用反应中心的三维结构。
1989年S.奥尔特曼，T.R.切赫（美国）发现RNA自身具有酶的催化功能。
1990年E.J.科里（美国）创建了一种独特的有机合成理论——逆合成分析理论。
1991年R.R.恩斯特（瑞士）发明了傅里叶变换核磁共振分光法和二维核磁共振技术。
1992年R.A.马库斯（美国）对溶液中的电子转移反应理论作了贡献。
1993年K.B.穆利斯（美国）发明“聚合酶链式反应”法
M.史密斯（加拿大）开创“寡聚核苷酸基定点诱变”法。
1994年G.A.欧拉（美国）在碳氢化合物即烃类研究领域作出了杰出贡献。
1995年P.克鲁岑（德国）、M.莫利纳、。
F.S.罗兰（美国）阐述了对臭氧层产生影响的化学机理，证明了人造化学物质对臭氧层构成破坏作用
1996年R.F.柯尔（美国）、H.W.克罗托因（英国）、
R.E.斯莫利（美国）发现了碳元素的新形式——富勒氏球（也称布基球）C60。
1997年P.B.博耶（美国）、J.E.沃克尔（英国）、
J.C.斯科（丹麦）发现人体细胞内负责储藏转移能量的离子传输酶。
1998年W.科恩（奥地利）J.波普（英国）提出密度泛函理论。
1999年艾哈迈德-泽维尔（美籍埃及）将毫微微秒光谱学应用于化学反应的转变状态研究。
二十一世纪初
2000年黑格（美国）、麦克迪尔米德（美国）、白川英树（日本）因发现能够导电的塑料有功。
2001年威廉·诺尔斯（美国）、野依良治（日本）在“手性催化氢化反应”领域取得成就。
巴里·夏普莱斯（美国）在“手性催化氢化反应”领域取得成就。
2002年约翰-B-芬恩（美国）、田中耕一（日本）在生物高分子大规模质谱测定分析中发展了软解吸附作用电离方法。
库特-乌特里希（瑞士）以核电磁共振光谱法确定了溶剂的生物高分子三维结构。
2003年阿格里（美国）和麦克农（美国）研究细胞膜水通道结构极其运作机理。
2004年阿龙·切哈诺沃（以色列）、阿夫拉姆·赫什科（以色列）、
欧文·罗斯（美国）发现了泛素调节的蛋白质降解——一种蛋白质“死亡”的重要机理。
2005年伊夫·肖万（法国）、罗伯特·格拉布（美国）、理查德·施罗克（美国）研究了有机化学的烯烃复分解反应。
2006年罗杰·科恩伯格（美国）“真核转录的分子基础”。
2007年格哈德·埃特尔（德国）固体表面化学研究。
2008年下村修（美籍日裔）、马丁·查尔非（美国）、钱永健（美籍华裔）GFP（绿色荧光蛋白）的发现与进一步研究。
2009年万卡特拉曼-莱马克里斯南（美籍英裔）、托马斯-施泰茨（美国）、阿达-尤纳斯（以色列）“核糖体的结构和功能”的研究。
2010年查理德·赫克（美国）、根岸英（日本）、铃木章（日本）钯催化交叉偶联反应。
2011年丹尼尔·谢克特曼（以色列），发现了准晶体这种材料。
2012年罗伯特·莱夫科维茨（美国）、布莱恩·克比尔卡（美国）“G蛋白偶联受体研究”。
2013年马丁?卡普拉斯、迈克尔?莱维特、阿里耶?瓦谢勒“为复杂化学系统创立了多尺度模型“。
发展前景
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保证人类的生存并不断提高人类的生活质量。如：利用化学生产化肥和农药，以增加粮食产量；利用化学合成药物，以抑制细菌和病毒，保障人体健康；利用化学开发新能源、新材料，以改善人类的生存条件；利用化学综合应用自然资源和保护环境以使人类生活得更加美好。
化学是一门是实用的学科，它与数学物理等学科共同成为自然科学迅猛发展的基础。化学的核心知识已经应用于自然科学的各个区域，化学是改造自然的强大力量的重要支柱。化学家们运用化学的观点来观察和思考社会问题，用化学的知识来分析和解决社会问题，例如能源问题、粮食问题、环境问题、健康问题、资源与可持续发展等问题。
化学与其他学科的交叉与渗透，产生了很多边缘学科，如生物化学、地球化学、宇宙化学、海洋化学、大气化学等等，使得生物、电子、航天、激光、地质、海洋等科学技术迅猛发展。
培养不断进取、发现、探索、好奇的心理，激发人类对理解自然，了解自然的渴望，丰富人的精神世界。
当今，化学日益渗透到生活的各个方面，特别是与人类社会发展密切相关的重大问题。总之，化学与人类的衣、食、住、行以及能源、信息、材料、国防、环境保护、医药卫生、资源利用等方面都有密切的联系，它是一门社会迫切需要的实用学科。
