On dokuzuncu yüzyılın sonlarında pek çok fizikçi, doğanın temel yasalarının büyük ölçüde keşfedildiğine inanıyordu. Newton'ın mekaniği gezegenlerin hareketini, Maxwell'in denklemleri elektrik ve manyetizmayı, termodinamik ise ısı ve enerjiyi başarıyla açıklıyordu. Bazı bilim insanları, fiziğin geleceğinin yalnızca ölçümleri daha hassas hâle getirmekten ibaret olacağını düşünüyordu. Ancak bu iyimser tablonun ufkunda, çözülemeyen birkaç küçük bulut vardı. Bu bulutlardan biri, sıcak cisimlerin yaydığı ışıkla ilgiliydi.

Bir demir çubuk ısıtıldığında önce koyu kırmızı, sonra turuncu, sarı ve en sonunda beyaza yakın bir renkte parlar. Her sıcak cisim, sıcaklığına bağlı olarak belirli bir renk dağılımına sahip ışık yayar. Fizikçiler bu olayı incelemek için kara cisim adı verilen ideal bir cismi ele aldı. Kara cisim, üzerine düşen bütün ışığı soğuran ve yalnızca kendi sıcaklığına bağlı olarak ışık yayan kuramsal bir cisimdir. Uygulamada küçük bir deliği bulunan ve içi ısıtılan kapalı bir kutu, kara cisme iyi bir yaklaşım sağlar.

Deneyciler, kara cismin farklı sıcaklıklarda yaydığı ışığın renk dağılımını hassas biçimde ölçmeyi başarmıştı. Ancak kuramcılar, bu ölçümleri dönemin fizik yasalarıyla açıklamakta büyük güçlük çekiyordu. Klasik fiziğe dayanan hesaplamalar, düşük frekanslı ışık için deney sonuçlarıyla uyumluydu. Fakat yüksek frekanslara, yani morötesi bölgeye doğru gidildikçe hesaplamalar, kara cismin sonsuz miktarda enerji yayması gerektiğini öngörüyordu. Bu açıkça saçma bir sonuçtu ve sonradan morötesi felaketi olarak adlandırıldı.

1900 yılında Alman fizikçi Max Planck, bu sorunu çözmek için umutsuz bir girişim olarak nitelendirdiği bir varsayımda bulundu. Planck, ışığı yayan ve soğuran atomların enerjiyi sürekli olarak değil, belirli büyüklükteki paketler hâlinde alıp verebildiğini varsaydı. Bu paketlerin her birinin enerjisi, ışığın frekansıyla orantılıydı. Planck bu enerji paketlerine kuanta adını verdi. Bu varsayımla yaptığı hesaplamalar, deney sonuçlarıyla mükemmel bir uyum gösterdi.

Planck'ın varsayımının neden işe yaradığı şöyle açıklanabilir. Yüksek frekanslı ışığın enerji paketleri çok büyüktür. Belirli bir sıcaklıktaki bir cismin atomları, bu büyük paketleri üretebilecek kadar enerjiye nadiren sahip olur. Bu nedenle yüksek frekanslı ışık, klasik fiziğin öngördüğü kadar bol miktarda yayılmaz ve sonsuz enerji sorunu ortadan kalkar. Planck'ın enerji paketlerinin büyüklüğünü belirlemek için kullandığı sabit sayı, bugün onun adıyla Planck sabiti olarak anılır ve fiziğin temel sabitlerinden biri olarak kabul edilir.

İlginç biçimde Planck, başlangıçta kendi varsayımının fiziksel bir gerçekliği yansıttığına inanmıyordu. Onun için bu, deney sonuçlarıyla uyumlu bir formül elde etmek için başvurulan matematiksel bir hileydi. Planck, temelde klasik fiziğe bağlı, tutucu bir bilim insanıydı ve uzun yıllar boyunca kuantumu klasik fizikle uzlaştırmanın yollarını aradı. Bilimsel devrimin öncüsü olmak, onun niyet ettiği bir şey değildi.

Kuantum fikrinin fiziksel bir gerçeklik olduğunu ciddiye alan ilk kişilerden biri, Albert Einstein oldu. 1905 yılında Einstein, ışığın kendisinin de enerji paketlerinden oluştuğunu öne sürdü. Bu düşünceyi, metal yüzeylere ışık düşürüldüğünde elektron koparılması olayını açıklamak için kullandı. Bu olayda koparılan elektronların enerjisi, ışığın şiddetine değil frekansına bağlıydı. Kırmızı ışık, ne kadar şiddetli olursa olsun bazı metallerden elektron koparamazken, zayıf bir mor ışık bunu başarabiliyordu. Bu durum, ancak ışığın enerji paketlerinden oluştuğu varsayılarak açıklanabiliyordu.

Kuantum düşüncesi, sonraki yıllarda atomun yapısının anlaşılmasında da belirleyici bir rol oynadı. Niels Bohr, elektronların atom içinde yalnızca belirli enerji düzeylerinde bulunabileceğini öne sürerek atomların neden belirli renklerde ışık yaydığını açıkladı. Yirminci yüzyılın yirmili yıllarında ise Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger ve diğer fizikçilerin çalışmalarıyla kuantum mekaniği adı verilen kapsamlı bir kuram ortaya çıktı.

Kuantum mekaniği, insanlığın doğaya bakışını kökten değiştirdi. Atomların dünyasında enerji, ışık ve hatta madde, sürekli değil kesikli biçimde davranıyordu. Parçacıklar dalga gibi, dalgalar da parçacık gibi davranabiliyordu. Belirsizlik, doğanın temel bir özelliği olarak ortaya çıkıyordu. Einstein bile kuantum mekaniğinin bazı sonuçlarını kabul etmekte zorlandı ve Tanrı'nın zar atmadığını söyleyerek bu kuramın eksik olduğunu düşündüğünü dile getirdi.

Kuantum mekaniği, ortaya çıktığı günden bu yana deneylerle son derece yüksek bir hassasiyetle doğrulanmıştır. Bugün lazerler, transistörler, manyetik rezonans cihazları ve atom saatleri gibi modern teknolojilerin büyük bölümü, kuantum mekaniğinin ilkelerine dayanır. Bazı tahminlere göre gelişmiş ülkelerin ekonomilerinin önemli bir kısmı, doğrudan ya da dolaylı olarak kuantum fiziğine dayanan teknolojilerle ilişkilidir.

Planck'ın umutsuz bir girişim olarak gördüğü küçük varsayım, fizik tarihinin en büyük devrimlerinden birini başlattı. Bu öykü, bilimde küçük gibi görünen sorunların bazen en büyük keşiflerin kapısını aralayabileceğini gösterir.