نــــــظــــــريــــــة الـكــــوانــتــم (الــنــظــريــة الــكــمومــيــة)
تغيرت العديد من الأشياء و القوانين مع قدوم نظرية الكوانتم (النظرية الكمومية). فمع بداية القرن العشرين, أصبح واضحا أنه على الرغم من أن قوانين نيوتن و علاقات ماكسويل ناجحة جداً في تفسير حركة الكواكب و تصرف الضوء, فإنها لم تستطع أن تفسر مجموعة كاملة من الظواهر.فقد فشلت جداً في تفسير ناقلية المواد للكهرباء و انصهار المعادن عند درجات حرارة معينة وإصدار الغازات للضوء عند تسخينها و تحول بعض المواد إلى نواقل فائقة عند درجات حرارة منخفضة,حيث تحتاج كلها إلى فهم للديناميكية الداخلية للذرات.كان الوقت مناسبا لثورة , وكانت مائتان وخمسون عاماً من الفيزياء النيوتونية على وشك السقوط معلنة طلقات الولادة لفيزياء حديثة.
في العام 1900,اقترح ماكس بلانك في ألمانيا أن الطاقة ليست مستمرة كما اعتقد نيوتن , لكنها تأتي في حزم صغيرة متقطعة دعيت "الكم" أو "quanta". ثم في العام 1905 افترض آينشتاين أن الضوء يتألف من حزم صغيرة متقطعة أو "كوانتا" دعيت فيما بعد "فوتونات",و بهذه الطريقة القوية لكن البسيطة,استطاع آينشتاين أن يفسر التأثير الكهروضوئي,أو لماذا تصدر الإلكترونات من المعادن عندما يسلط الضوء عليها.و اليوم يشكل التأثير الكهروضوئي و الفوتونات أساس عمل التلفاز والليزرات و الخلايا الشمسية و معظم الإلكترونات الحديثة(كانت نظرية آينشتاين حول الفوتون ثورية,بحيث لم يستطع ماكس بلانك الذي كان عادة يؤيد آينشتاين بقوة تصديقها في البداية. وكتب بلانك عن آينشتاين :"إنه قد يخطئ الهدف في بعض الأحيان... كما في فرضيته حول الكوانتم الضوئية على سبيل المثال ولكن لايمكن اعتبار هذا ضده").
ثم في العام 1913 أعطانا الفيزيائي الدنماركي نيلز بوهر صورة جديدة تماما عن الذرة,تمثل صورة مصغرة عن النظام الشمسي.لكن على النقيض من نظام شمسي في الفضاء الخارجي,يمكن للإكترونات أن تتحرك فقط في مدارات أو أغلفة متقطعة حول النواة.وعندما "تقفز" الإلكترونات من غلاف لآخر أصغر منه وبطاقة أقل فإنها تصدر فوتونا من الطاقة.وعندما يمتص الإلكترون فوتونا بطاقة متقطعة فإنه يقفز إلى غلاف أكبر بطاقة أعلى.
ظهرت نظرية كاملة تقريبا للذرة في العام 1925,مع مجيء نظرية الكوانتم و العمل الثوري لإروين شرودينغر وورنر هايزنبرغ و آخرين.و بحسب نظرية الكوانتم,فالإلكترون عبارة عن جسيم لكنه يمتلك موجة مرتبطة معه,مما يعطيه خصائص الجسيم و الموجة معاً.تتبع الموجة علاقة تدعى بعلاقة شرودينغر,و التي تمكن المرء من حساب خصائص الذرات , بما في ذلك "القفزات" التي افترضها بور جميعها.
قبل العام 1925 , اعتبرت الذرات أجساما غريبة واعتقد كثيرون,مثل الفيلسوف أرنست ماخ, أنها قد لا تكون موجودة على الإطلاق. وبعد العام 1925 يمكن للمرء في الحقيقة أن يحدق بعمق في ديناميكية الذرات و يتنبأ بخصائصها. ومن المدهش أن هذا يعني أنه لو كان حاسوب قوي بما يكفي لأمكنك اشتقاق خصائص العناصر الكيميائية من قوانين نظرية الكوانتم. وبالطريقة نفسها التي يمكن للفيزيائيين النيوتونيين أن يحسبوا بواسطتها حركات الأجسام الكونية في الكون كلها لو كانت لديهم آلة حساب قوية بما يكفي, فقد ادعى فيزيائيو الكوانتم أن بإمكانهم من حيث المبدأ أن يحسبوا خصائص العناصر الكيميائية في الكون كلها. ولو كان لدى المرء حاسوب قوي بما يكفي لأمكنه أيضاً كتابة التابع الموجي لإنسان بكامله.