现代的化学（以及相关的物理）已经发展到什么程度？
化学：从元素周期表到分子设计大师
我们先从化学说起。你可能还记得高中化学课上那个熟悉的元素周期表，它曾经是化学家的“圣经”。但如今，化学家的工作早已超越了对已知元素的简单描述。
量子化学与电子的精确舞步： 现代化学的核心之一是量子化学。我们不再仅仅是将原子想象成小小的弹珠，而是理解它们是由原子核和环绕的电子组成的。量子化学利用复杂的数学模型和强大的计算能力，能够精确预测分子的结构、性质甚至它们是如何发生化学反应的。这就像我们现在能精确计算出每颗电子在空间中的“概率分布”，了解它们是如何成键、如何传递能量的。这使得化学家能够“设计”分子，而不是仅仅“发现”它们。
材料科学的革新： 基于对分子和原子层面理解的加深，材料科学迎来了爆炸式发展。我们不再满足于传统的金属、陶瓷、塑料。现在，我们可以定制材料的属性，比如：
纳米材料： 碳纳米管、石墨烯，这些二维甚至一维的材料，拥有惊人的强度、导电性和导热性，它们正在改变电子产品、生物医学和能源领域。我们可以精确控制这些材料的尺寸和形状，发挥其独特的量子效应。
智能材料： 能够根据外界刺激（如温度、光、电场）改变自身性质的材料。想想记忆合金，它能在冷却后“记住”并恢复形状，或者能够自修复的涂层。
超分子化学： 这门学科研究的是由非共价键（如氢键、范德华力）连接起来的大分子集合体。这就像是在分子层面构建复杂的“机器”，可以用于药物输送、分子识别甚至构建人造生命。
催化剂的精雕细琢： 化学反应的效率很大程度上取决于催化剂。现代化学致力于设计更高效、更具选择性的催化剂。这包括金属有机框架（MOFs），它们是具有巨大表面积和可调孔径的多孔材料，可以用于气体储存、分离和催化反应。酶催化，模仿生物体内的催化过程，也变得越来越重要，它们通常在温和的条件下就能高效工作，并且具有极高的特异性。
生物化学与化学生物学的融合： 化学与生物学的界限变得越来越模糊。化学生物学就是研究生命系统中化学过程的学科。我们现在能够合成复杂的生物分子，例如基因序列，这为基因疗法和合成生物学奠定了基础。我们还能研究蛋白质如何折叠，DNA如何修复，甚至在分子水平上“编辑”生命。
绿色化学与可持续发展： 随着对环境问题的日益关注，绿色化学成为了现代化学的重要方向。这意味着要开发更环保的化学过程，减少有毒物质的使用和排放，提高原子利用率（让投入的原子尽可能多地转化到产品中），使用可再生资源。例如，寻找替代石油基的生物塑料，或者开发更高效的二氧化碳捕获和转化技术。
物理：从原子核到宇宙起源的探索
物理学的发展同样是翻天覆地的。它已经从描述宏观世界的运动规律，深入到了构成物质最基本单元以及宇宙最深处的奥秘。
粒子物理学：寻找宇宙的基本砖块： 粒子物理学是探索物质最基本组成部分的学科。在大约一个世纪前，我们知道了原子由质子、中子和电子构成。现在，我们知道这些还不是终点。标准模型描述了构成物质的基本粒子（夸克、轻子）和传递相互作用的基本力（强力、弱力、电磁力、引力）。
大型强子对撞机（LHC） 等实验设备，以巨大的能量碰撞粒子，模拟宇宙大爆炸初期的条件，寻找新的粒子（如希格斯玻色子），或者验证理论预测的超出标准模型的新物理。
暗物质和暗能量： 我们现在知道，我们所见的普通物质只占宇宙总质量和能量的很小一部分。大部分是由看不见的暗物质和暗能量组成的。理解它们的性质是现代物理学面临的最大挑战之一，它们可能指向新的粒子或新的引力理论。
凝聚态物理：材料的奇妙世界： 凝聚态物理研究的是大量粒子组成的物质系统，比如固体和液体。这门学科孕育了我们今天的大部分电子技术。
超导与超流： 在极低的温度下，某些材料会失去电阻（超导）或粘滞性（超流），这有着巨大的能源和交通应用潜力。
拓扑物态： 近年兴起的拓扑学在物理学中的应用，发现了一类具有奇特电子性质的材料，它们的性质对杂质和缺陷非常稳定，这有望在量子计算中发挥关键作用。
量子材料： 结合量子力学和材料科学，我们正在创造和研究具有前所未有的量子现象的材料，这为未来的计算、传感和能源技术提供了新的可能性。
天体物理学与宇宙学：探索宇宙的过去、现在与未来： 物理学的发展与我们对宇宙的认知息息相关。
引力波天文学： 随着LIGO和Virgo等探测器的启用，我们现在可以直接“听到”宇宙中的巨大事件，比如黑洞和中子星的合并。这开启了全新的观测窗口，验证了爱因斯坦的广义相对论，并为理解宇宙演化提供了新的线索。
宇宙微波背景辐射（CMB）： 对CMB的精确测量，使我们能够研究宇宙大爆炸的“余晖”，了解宇宙的年龄、成分以及结构的形成过程。
系外行星探测： 我们已经发现了数千颗绕着其他恒星运行的行星，其中一些可能处于宜居带，这激发了寻找地外生命的希望。
黑洞与中子星： 通过射电望远镜、X射线望远镜等，我们能以前所未有的细节观测这些极端天体，验证引力理论，并研究物质在极端条件下的行为。
量子信息科学：重塑计算与通信： 这是物理学中一个新兴且极具颠覆性的领域。
量子计算： 利用量子叠加和纠缠等特性，量子计算机有望在解决某些特定问题（如密码学、材料模拟、药物发现）上，远远超越最强大的经典计算机。
量子通信： 基于量子力学的原理，可以实现绝对安全的通信方式，即量子密钥分发（QKD）。
量子传感： 利用量子效应制造出比现有技术更灵敏的传感器，可用于导航、医学成像和基础科学研究。
交叉融合：新时代的驱动力
如今，化学和物理的界限早已模糊，它们以交叉融合的方式推动着科学的进步：
量子化学与量子计算： 量子化学的计算方法本身就借鉴了量子力学的工具，而量子计算机的出现，更是为解决复杂的量子化学问题提供了前所未有的计算能力，使得精确模拟大型分子和复杂化学反应成为可能。
材料科学与凝聚态物理： 凝聚态物理学家研究的电子、晶格振动等微观性质，直接影响着材料宏观功能的实现。而化学家则通过合成设计，为凝聚态物理学家提供新的研究对象。
生物化学与粒子物理： 粒子物理学的探测技术，如探测器和加速器，其设计原理和制造工艺，也可能为生物学研究提供新的工具。反过来，生物系统本身的复杂性，也为物理学家提供了新的研究对象和灵感。
化学与天体物理： 宇宙中元素的起源（核合成）、星际尘埃的化学成分、行星大气层的分析，都离不开化学的知识。
总而言之，现代化学和物理已经从对“是什么”的描述，转向了对“为什么”和“如何”的深度探究，并且正在积极地“制造”和“设计”新的物质、新的现象和新的工具。我们对世界的认知不再局限于我们肉眼可见的尺度，而是深入到构成万物的最微小粒子，以及笼罩万物的最宏大结构。这场探索仍在继续，并且每一天都有新的发现正在刷新我们对宇宙的理解。
网友意见
本科的时候我觉得化学还蛮多理解的，现在回想起来基本都是在背书。化学本身就是实验科学，是事实的总和，并不会有什么deep insights。
其他的方面都说的差不多了，我说一下生化。当前的生化基本上就是基本有机方法劫持通路各种高通量仪器。你想知道他们的机理？没有人知道的，只有picture，没有structure，人人都在水，都是似是而非的stories，都是中医。传统的基于物理化学的生化研究思想在后基因组时代基本已经完全失效了，现在只能指望super-resolution imaging拯救世界。至于毒物，生命本来就很脆弱。什么叫做bug，你把一个螺丝丢到一个飞机的引擎里面他也会坏掉。反过来一个仪器故障可能拍两下就好了，但是你不知道causality，it is still the old discipline.
我自己水平有限，见识短浅，暂且谈谈自己的看法。
目前化学类的前沿科学分两种。
一种是理论研究，大多数是通过超算模拟，有基础化学研究（探讨化学反应机理），也有材料类的（用计算机模拟出不同条件下材料性能研究）。
第二种就是实用类研究，把理论知识转化到实践中，由于近些年产能提高，很多材料价格降低，以前只能用于实验室的材料也能走入寻常百姓家，比如半导体面板20年前的价格和现在差距太大了，还有电池也是一样的，石墨烯电池听说已经可以量产了，这在以前是不敢想的。
当然也有很多课题组在做新材料，但我了解到的，真正的新材料太少了，大多是改良。
从计算化学的角度讲，已经发展到需要开始寻求借助量子计算机来计算势能面的程度了…
（待续占个坑）
现在的化学，已经发展到了需要被劝退的地步。
发展到目前处于瓶颈期的阶段。。
很巧，我是做有机化学的，身边也有很多朋友是核物理博士。所以我想这个题目正合适我来回答一下。
首先，化学是一门基础学科，化学的发展已经衍生出非常多的下游学科和交叉学科。
- 材料。涉及到高分子材料，航天航空材料，医用材料，胶水，等等吧。几乎你身边随随便便都可以找到和化学相关的材料。这些材料的合成的理论基础都来源于化学。举个例子，拿你手上现在正在用的手机来说吧，你的CPU单晶硅的合成，单晶硅的蚀刻技术都强烈的依赖于化学。
- 具体到我的专业是有机合成。那么有关药物的研发，就完全属于我们的下游产业了。屠老前辈的诺贝尔奖，其中涉及到化合物的提取分离，化合物的结构鉴定。以及以后衍生物的药物开发，都离不开极强的有机化学理论基础。
- 检测。食品安全检测，食品添加剂。去医院化验。汽车尾气检测。一个朋友做汽车尾气三元设备的，理论基础还是贵金属的催化化学反应。
- 再到化工厂的固氨技术。化肥的生产。
- 涂染。兰博基尼的镀漆为什么这么好看？商业机密的配方一定是化学。
- 就连你做红烧肉第一步焦糖上色，都属于一个人名反应叫做美拉德反应。
- 太多了，不可能讲全的。
所以，化学是什么？化学是研究原子怎么排列成什么样的分子，以及这样的分子会有什么样的作用的一门学科。
化学是人类可控的微观结构最底层。
你问化学发展到什么程度？
可以说渗透到你生活的每一个细节。
再说物理
有的是往小了看，研究原子里面还有什么，基本不可控。只能加速器乱轰，最后研究现象。嗯对的，原子弹和核电站就是最经典的产物。
有的是往大了看，研究宇宙是什么样的，宇宙从哪里来到哪里去。
其实对我们影响最多的物理不是上面提到的那两种。而是由其衍生出其他特定的学科，哪个工科不是由物理研究发展出来的。
物理的进步可以急速推进化学以及其他学科的发展。比如对化学影响巨大的核磁共振技术。
最后，在数学面前，其他学科都是经验主义。
有兴趣的话可以参考知乎上，数学家怼物理学家的故事。
4个参数画大象，再给一个参数让大象鼻子动。
科研界还有一些有趣的鄙视链条。比如
做全合成的鄙视做方法学的，方法学的鄙视药物化学的，所有做化学的鄙视做材料的。
做理论物理的鄙视做实验物理的，做实验物理的鄙视做探测器的。所有做物理的都懒得鄙视做材料的。
完结，撒花~
这些学科涉及物质本质领域界限都开始变得模糊，都不再是单一学科问题。
尤其是量子力学研究兴起，物化学科体系建立后，化学在宏观平衡性质，微观结构结构性质，化学系统动态性质方面有了长足发展。
现阶段，在电子密度泛函理论，以及量子化学计算方法和模型化学体系的建立，很多复杂分子体系问题都得以用数学方法模拟解决。
作为一位参加过化竞的物理系学生，我觉得不怎么样。
你说的这些其实很难界定我们到了哪一个程度。
甚至如果能够极其细致的完全解析每个问题都算是重大突破了。
其他的不发表看法，说说分析化学吧，其实分析化学到现在已经没有多少大突破了，毕竟物理手段能用的都用了。而面对任意物质的分析，我认为可以看作一个终极问题，不过这个问题在实际上他是不是个问题不好说。
反正以目前的技术来说，分析只能告诉你有没有，不能告诉你有什么。如果你拿一杯水溶了些东西，是没办法通过任何分析方法的组合告诉你成分信息的。如果你附带说，里面有没有什么成分，成分有多少，这个是可行的。我们拿标准物质比就好了。
至于这杯东西如果不是水而是一堆泥土，一堆聚合物，一块电池，情况又不同，可能有没有什么都没法直接回答了。因为这里的分都是个难题，别说析了。
而这些也很大程度地限制了我们用化学分析方法（及化学生物学）去探索很多生命问题的本质，其中也包含了你问的其他几个问题。
化学目前的发展水平受到了来自于物质自身性质的限制。
目前分离能力最强的超高效液相色谱，能够进行分离的前提是混合物可以溶解于相应的流动相。
分析鉴定物质，常常使用各种光谱学技术，包括红外光谱、紫外-可见光谱、拉曼光谱、核磁共振氢谱等等，但前提要求材料本身能够透光。
合成一个物质，通常会要求反应原料可溶于某种溶剂。
等等，还有很多。总之，化学目前最难的问题是：1. 找不到万能的材料（查克拉、元素之力）可以通过够定制化来满足所有需求；2. 找不到一双手，可以操纵原子。
现代科技还没有达到这么好的水平。j
众所周知，分子是在不断运动中的，变化的速度远超过你的捕捉速度，你连捉的不可能捉住，自然也不可能研究它
勉强算生物狗一只，目前在学习生化中的蛋白质。
首先过于精细的现象解释推荐你去看文献(不是教科书，是科学论文)，其次有些我发现你的有些是物理或数学和化学的边界处，你可以去看看热力学和统计物理和热化学还有图论什么的。
至于计算机模拟化学反应，有一些化学分支就是为了做这个，你可以去看看计算化学和计算机化学等。
至于你的最后一个问题：
再比如人体那么多的生化物质，如何去了解它们的形成和作用机理？为何有一些毒物很小的量就可以让一个大重量的生物嗝屁，它的作用传播机制真的被完整的发现和描述出来了吗？
恩。。。。。。
是我们生化的和结构生物等的人在做，目前就蛋白质来说都没有研究彻底，你认为毒物的传播和应用机理能完整发现和描述吗？少数研究的比较完善的，实际上大多都是处于一个“发现这个现象，重复仍然如此，它应该就是这样”的有一定“假说”意味的全面。
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